电控2档自动变速电机设计

电动助力车2档电控变速电机方案设计（开发代号G05）编制：校对：审核：批准：年月日一sulrliifL^IsnwL3・一目苣L3・量匙L3・L3・暑甦L3・5WKMHL^.S3SS#^ML4・B・L4・20口黄笑民2fiii4s2.lmMs®專s^sss.3M^WW2.4WO2・5.^0#2.2.2.33・riwm3・2•玺歪民舊3・^.ss^8^3・前言我国处于经济转型时期，经济增长方式转向内涵式可持续发展，清洁的可再生的新能源的开发和利用，电动力汽车的商品化成为热点领域。电动车，尤其是电动轻便摩托车和电动自行车，由于其节能环保，价廉物美，使用方便，作为一种终端的交通工具，迅速普及千家万户，日益替代自行车成为老百姓短距离出行的代步工具。目前产量已经超过燃油摩托车，全国年产达到5000万辆规模。保有量多于1.4亿，中国曾是自行车王国，有多于5亿辆自行车，它们正在被电动车所代替。目前的产能还赶不上更新报废的速度；现有的电动车主要使用永磁无刷电机驱动，这种电机使用稀土磁铁，使得能够设计出低速大扭矩的轮毂电机或功率体积比高的高速电机。但是永磁电机使用磁铁励磁，“几乎不可调”，只能依靠调电压调速，通常只能降压调速，即把速度调低，而不能在不增加功率的情况下把速度调高，象车辆驱动实际需要的那样。因而对于实际需要的使用工况变化发范围，需要更多的功率储备，这是不经济的。通过增加变速机构来拓展电机的动力性能是问题的解决方案之一。而本方案是一种能够根据车速（负荷）大小自动切换变速器档位从而输出低速和高速两种速度和相应扭矩的小功率一体化驱动电机。这是我司创新实际的一种电机，比现有产品性能上大幅度提高，产品领先同行业。本电机有一下主要构成：电磁离合器切换变档，两档三轴齿轮常啮合结构48V500W高速电机侧挂方式带制动机构2档电控变速一体化电机结构图1、电磁铁，2、摩擦盘，3滚子控制器，4、超越离合器本中心凸5轮滚7、11档齿，8、I档齿，9、11档从动齿，10、1档从动齿2、中间单连齿，13、后轮驱动轴，14、大齿轮，15、电机定子，16、转子，17电机轴，18变档开关丄初定性能指标为：额定功率500W，最大功率850W，配派姆指定车型低速档最大扭矩75±2.5牛米，高速档车速35km/h，电机效率75%，匹配20Ah电动车专用蓄电池，时速30km/h时，续航里程大于50km其余符合标准QC/T792-2007电动摩托车和电动轻便摩托车用电机及控制器技术条件

1整机性能及成车匹配计算1.1整车配置及性能长X宽X咼1.8X0.67X1.28m离地间隙180mm轴距1.25m前轮规格3.0-10整备质量M=70kg后轮规格3.0-10电池类型铅酸48V20AH电机型式侧挂2档自动变速永磁无刷电机电机功率 额定500W，最大750W要求性能最高车速：V三45km/h爬坡力a三12°续驶里程：50km整车挂机尺寸和电机的外形尺寸177 77整车的性能指标验算驾驶员75kg，车轮半径按0.2m计算1.3.1行驶阻力F=Fr+Fw+Fg其中滚动阻力为Fr=M*f・cosa=145*9.8*0.011*cosl2°=15.29(N)0其中：M为车轮载荷，70+75=145kg；a为路面倾斜角12°("21%),系数0.011取自平整的硬化路面坡度产生阻力为Fg=M・g・sina=145X9.8Xsin12°=295.29(N)空气阻力为Fw=0.5pAfCD(V+Vw)2=表1表1车速V10km/h30km/h35km/h40km/h2.8m/s15m/s9.7m/s11.1m/s空气阻力Fw1.5N15N21N27N其中：p空气密度1.2258；Af为迎风面积0.55tf；C°阻力系数0.57。1.3.2爬坡性能坡道行驶阻力之和为F=15.29+295.29+1.5=312(N)已知电机为输出功率P2=500W则车速V=P2/F=500/312=1.6m/s=5.77km/h如果要求爬坡车速不低于10km/h(2.8m/s)则功率W=VXF=2.8X312=867W或者500W*10km/h能爬坡度为ASIN(F/Mg)=(500/2.8/(145X9.8))=7.2°(12.6%)注：国家标准规定1级公路坡度最大4%，4级公路坡度最大9%，实际可按850W设计。1.3.3最高车速

平路最高车速阻力为F=Fr+Fw车速低于50km/h，其中滚动阻力Fr按下式使计算Fr=M・g・f0=145X9.8X0.011=15.63N对应车速30〜45km/h行驶阻力Fw和功率消耗见表2表2车速V30km/h35km/h40km/h8.3m/s9.7m/s11.1m/s空气阻力/N152130滚动阻力/N15.6315.6315.63总阻力/N30.6336.6342.87总阻力矩/N・m6.127.39.13功率消耗/W2583554761.3.4续航里程及效率已知：电瓶48V,C=20，放电率0.5,经济车速30km/h(8.83m/s)放电率在0.5C左右。即放电电流:I=0.5C=10A,以车速V=30km/h计算，后轮功率P2=258W，如果电压为48V,效率分别按0.5、0.6、0.7、0.8计算输入功率、电流、理论放电时间和续航里程为：效率n0.50.60.70.8输入功率/wP1=P2/n516430368.6322.5输入电流I=P2/4810.758.967.686.7放电时间T=40/I1.862.22.62.98续航里程S=V*T657891104其余条件不变，如果车速为35km/h(9.72m/s)，后轮功率P2=355W,如果电压为48V,效率分别按0.5、0.6、0.7、0.8计算输入功率、电流、理论放电时间和续航里程为：效率n0.50.60.70.8输入功率/WP1=P2/n710591.7507443输入电流I=P2/4814.812.310.69.24放电时间T=40/I1.351.61.892.16续航里程S=V*T47.356.866.2575.7其余条件不变，如果车速为40km/h(11.1m/s)，后轮功率P2=476W,如果电压为48V,效率分别按0.5、0.6、0.7、0.8计算输入功率、电流、理论放电时间和续航里程为：效率n0.50.60.70.8输入功率/WP1=P2/n952793680595

输入电流I=P2/4819.816.51412.4放电时间T=40/I1.1.211.41.6续航里程S=V*T35424956.51.3.5行驶阻力特性图分析图中点划线a-b-e-f为850WS时理想的驱动特性，a-b段为恒扭矩，用于起动加速；b-e-f为恒功率变速特性，速度变化自动适应行驶阻力的增加而降低。最高车速可达45km/h。图中虚线为本电机为分档变速特性曲线，a-c-h-25为低速档特性，h-e-f为高速档特性，对应车速37.5km/h。图3行驶阻力特性Tm/Nm坡度=12°片一 850W恒功率变速理想特性a7050永磁电机减速比7.53618d902040坡度=12°片一 850W恒功率变速理想特性a7050永磁电机减速比7.53618d9020401030永磁电机减速比12.3600W电机e坡度=0°行驶阻力矩TR50V/km如果限流20A，输出功率降为600W，则爬坡能力下降为10度，50Nm左右，追高车速35km/h电机的总体技术方案1.4.1转速•扭矩•功率和效率依据1.3节对电机和车辆的动力特性匹配分析，综合考虑离合器的工作特性，现有电机的选择范围做出电机的基本要求输出功率500输入功率750/1400最大扭矩72最大电流28最高转速4500额定电压48最大功率850最咼效率80档位和传动比a1档变速比电机最大扭矩略为5.5Nm(28A)，而整车行驶最大阻力矩270Nm，故低速档转速比为S1^70^5.5=12.73b最大车速35km/h时：折合后轮转速为n=35X1000^(2X3.14X0.2X60)=465r/min电机空载最高转速约4500r/min,因此2档速比S2W4500F465=9.7查电机输出特性，满足效率三75%(<3800)和离合器转速(三2500r/min)以上特性段，兼顾1档效率，取3500r/min,此时扭矩2.5Nm，按3500r/min,试算S223500宁465=7.52如果取值7.5。输出扭矩2.5X7.52=18Nm变档转速变档转速的确定考虑在两档之间衔接后效率平台最大化。根据所选电机的特性变速起点设计在2000r/min，对应1档，后轮转速160r/min以内，车速12km/h以下，用于爬坡时输出大的扭矩。完全结合点设置在2500r/min.对应2档，后轮转速333r/min以上，车速25km/h以上到35km/h。2电机系统设计计算由于无刷电机可采用多种相数，以及无刷电机控制器控制方法也有差别。所以对于不同的无刷电机，虽然电机电磁计算基本原理是相同的，但电机电磁性能计算公式中有一些是不同的。该电磁计算程序只适用于方波永磁无刷电机，电机为内转子，外定子，并且采用两相导通星2.1.主要数据及要求序号名称公式单位500W电机1额定功率PNW677.72额定电压UNV493额定转速nNr/min41004额定电流INA18.825额定效率nN=(PN/(UN*IN))*100%73.488906726工作制定额SI(连续)7外壳防护等级IP658绝缘等级B级9冷却方式自然冷却10绕组工作温度t°C80磁钢工作温度t1°C502.2电机主要尺寸计算11计算功率P'=[1+0.01*2*nN)/(0.01*3*nN)]*PNW759.193333312永磁材料类型N3513永磁体剩磁密度Br20T1.22工作温度时的剩磁密度Br=[1+(t1-20)aBr/100]*(1-IL/100)*Br20T1.19438aBr为Br的温度系数%K-1-0.0714151617181920212223242526272829永磁体计算矫顽力永磁体相对回复磁导率在最高工作温度（铁氧体为低温）退磁曲线拐占八'、电枢铁心材料电负荷预估值气隙密度预估值计算极弧系数磁场波形系数绕组系数长径比预估值电枢内径电枢外径电枢长度极对数相数齿数电路电压降Hc20工作温度时的矫顽力为Hc=[1+(t1-20)aBr/100]*(1-IL/100)*Hc20Ur=Br/p0Hc*10A3M0=4n*10"—7bkDW470A'B'6=(0.6.〜0.85)Brai=0.6~0.85kukw入=0.6〜1.5Di1=[(6.1*P'*10"4)/(ai*A'*B'14151617181920212223242526272829永磁体计算矫顽力永磁体相对回复磁导率在最高工作温度（铁氧体为低温）退磁曲线拐占八'、电枢铁心材料电负荷预估值气隙密度预估值计算极弧系数磁场波形系数绕组系数长径比预估值电枢内径电枢外径电枢长度极对数相数齿数电路电压降Hc20工作温度时的矫顽力为Hc=[1+(t1-20)aBr/100]*(1-IL/100)*Hc20Ur=Br/p0Hc*10A3M0=4n*10"—7bkDW470A'B'6=(0.6.〜0.85)Brai=0.6~0.85kukw入=0.6〜1.5Di1=[(6.1*P'*10"4)/(ai*A'*B'6*Nn*入*ku*kw)]"(1/3)取Di1为取D1为La=A*Di1取La为PmlQ△uKA/mKA/mH/mA/cmcmcmcmcmcm868849.7721.119E+001.256E-060.000E+00DW4701000.740.831.110.8660.3757.99046655112120.130电枢铁心材料DW47031铁芯叠片系数Kfe0.9532电枢外径D1cm1233电枢内径Di1cm834电枢长度Lacm335电枢计算长度对于钕铁硼永磁Lef=La+283.136极距t=n*Di1/(2*p)cm3.1415937齿距t=n*Di1/Qcm2.09439333338齿宽bz=tB'6/(Bt*Kfe)cm0.95966010339取齿部磁密B'tT1.7取bz为cm1.0440槽口宽度b01cm0.1841槽口高度h01cm0.1642轭部高度Hj1=aiTB'6*10000/(2*Kfe*Bj1)cm0.6347251943取轭部磁密Bj'1T1.6取hjl为cm0.644槽深hz=(Dl-2hjl-Dil)/2-h01cm1.2445气隙长度6cm0.052.4转子计算46永磁磁极结构瓦片型，隐极式安装47极弧系数ap0.848磁瓦圆心角ep,对于瓦片型结构ep=ap*i8oo14449主极计算弧长b'p=apTp+262.61327250计算极弧系数a'p=b'p/Tp0.83183101651永磁体厚度hMcm0.352永磁体轴向长度LMcm3对于钕铁硼永磁LM=La53铁心材料DW47054铁芯叠片系数Kfe0.9555转子外径D2=Dil-26cm7.956转子冲片轭部内径Di2cm5.857转子铁芯长度L2=LM358转子轭高hj2=(D2-2hM-Di2)/2cm1.0559永磁体外径Dme=D2cm7.960永磁体内径Dmi=Dme-2hMcm7.361永磁体的面积SM=ap*n/2pDme*LMcm7.445568362转子圆周速度Va=nD2nN/6000m/s16.959350022.5绕组计算63相邻两齿间机械角度am=360/Q3064相邻两齿间电气角度ae=p*am12065绕组型式两相导通，星形三相六状态66每极每相绕组数q=Q/2pm10.567U相绕组1-4-7-10（头尾相连）68V相绕组2-5-8-11（头尾相连）69W相绕组3-6-9-12(头尾相连)70预计空载转速N0r/min480071电枢每相匝数Wu=7.5*a'p(UN-2*△U)/(P*N0*u6*kw)30.54206718取Wu为3072导体总数Na=2m1*Wu18073每槽导体数Ns=Na/Q1574每元件匝数Wy=Ns/27.575实际电负荷A=2*Na*IN/(m1*n*Di1)A/cm89.8589567776相电流Ia=INA18.8277预计电枢电流密度J'1(5~13)A/mmA278预计导线截面积A'cua=Ia/J'2,根据此截面积选用相近铜线mm"23.42181818279并绕根数Nt根1480导线裸线线径dimm0.5181导线绝缘后线径d=di+0.08mm0.5982实际导线截面积Acua=n*Nt*di*di/4mm"22.85994645783实际电枢电流密度J1A/mm"26.58054277884实际热负荷AJ1A^2/cm*mmA2591.32070985槽净面积（槽形采用3D建模，测量除去槽绝缘层及槽契面积后槽的净面积）As=Ai-Sicmq1.371144033槽面积Ai=1/2(bsl+bs2)(hz-hi)cm1.521312035bsl=n(Di1+2h01)/Q-bzcm1.138169067bs2=n(D1+2hj1)/Q-bzcm1.787431槽契厚度hicm0.2槽绝缘占面积Si=Ci(2hz-2hi+bs1+bs2)cmq0.150168002绝缘纸厚度Cicm0.0386槽满率（槽满率要不能高于70%，否则需重新调整参数计算并满足该要求）Sf=Nt*Ns*dA2/As%53.3138738687绕组平均半匝长度Lav=La+Ke(D1-2hj1+Di1)/4pcm5.58395777588绕组绕线系数Ke0.789每相电枢绕组电阻（20°C）Ra20=2gWuLav/Acua/100Q0.02050092890铜电阻系数EQ.mm"2/m0.017591每相电枢绕组电阻（工作温度）Rt=(1+p*(t-20))*Ra20Q0.02533504792铜温度系数pQ/C0.0039393电源导线电阻（20C）R1=2gL0/S0/1000.04666666794电源导线电阻（工作温度）R1t=R1*(1+p*(t-20))Q0.05767066795导线长度L0cm20096导线截面积S0mm"21.597控制器单个场效应管内阻R0Q0.0152.6磁路计算98预计满载气隙磁通U'6=a、pTLefB'6x10A-4Wb0.00059948599气隙系数K6=t/(t-((k0人2*5/(5+k0)))1.037319057

101气隙磁密B6=U'6*10人4/(a、pTLef)T0.74102每对极气隙磁位差F6=1.6K66B6*10000A614.0928819103定子电枢齿磁密Bz=t*B6Lef/(bz*KFeLa)T1.620964341104定子电枢齿磁场强度Hz（查磁化曲线）A/cm34105定子电枢齿磁位差Fz=2hzHzA84.32106定子电枢轭磁密Bj1=U'6*10000/(2*Kfe*hj1*La)T1.752878938107定子电枢轭磁场强度Hj1（查磁化曲线）A/cm84108定子电枢轭磁位差Fj1=C1Lj1Hj1A112.8144969109电枢轭部修正系数C10.3110电枢轭部平均计算长度Lj1=n(D1-hj1)/2pcm4.47676575111转子轭磁密Bj2=oU'6*10000/(2hj2*L2*Kfe)T1.131858971112漏磁系数o1.13113转子轭磁场强度Hj2（查磁化曲线）A/cm2.7114转子轭磁位差Fj2=C2Lj2Hj2A4.861414176115转子轭部修正系数C20.7116转子电枢轭部计算长度Lj2=n(D2-2*hM+Di2)/4pcm2.572176813117磁铁与转子间磁势F^6=1.6△B6*10000A23.68118磁铁与转子安装间隙△6cm0.002119外磁路总磁位差EF=F6+Fz+Fj1+Fj2+F△SA839.768793120转子永磁体外磁路的总磁通Um=ou6wb0.000677418121气隙主磁导A6=U'6/EFH7.13869E-07122磁导基值Ab=BrAm*10A-5/(Hc*2*hM)H1.74416E-07123主磁导标么值入6=A6/Ab4.092904301124外磁路总磁导入n=o入64.62498186125永磁体负载工作点bmN=入n(1-f'a)/(1+入n)0.761792539f'a=2Fa*0.1/(oHc*2*Hm)0.073494914126负载时直轴电枢去磁磁动势Fad=3"0.5/4*INWU*KwA211.7187893由于磁路已饱和，电枢反应只对磁场产生畸变，并有去磁作用127实际气隙磁通U6=bmNBrAm*10人4/0Wb0.000599513U6与U'6应非常接近，否则须重新计算。2.7电枢反应及去磁七.电枢反应及去磁计算128电机启动电流Ist=(UN-2△U)/(2Ra+2R0+R1)A326.7816525由于无刷电机控制器采用限流控制，最大电流控制为22A129取1st为A22130电枢反应直轴最大磁动势Fad=3"0.5/4*IstWUKwA247.4927399132 最大去磁工作点磁通133 去磁判断bmst=132 最大去磁工作点磁通133 去磁判断bmst=入n(l-fadst)/(l+入n)fadst=2Fad*0.1/(O*2hMOHe)Umst=bmst*Br*Sm/o*10"-4Wb因为bmst>0,所以Bmk>0,故磁铁工作中不会退磁。0.076029460.0005978732.8性能计算134每相电枢绕组铜耗Pcu=INA(2Rat+Rlt+2R0)W48.99924599135电路压降损耗Pb=INAUW1.882136电枢铁损耗PFe=pt1Bt1A2*Gt1+pj1Bj1A2*Gj1W69.39498931137电枢齿部单位铁损耗pt1=1.65pNn/6000+4.2*(pNn/6000)"2W/kg35.88866667138电枢齿部重量Gt1=0.0078*(hzbz+(nDil/Q-b01)h01)*La*Q*Kfekg0.235308728139电枢轭部单位铁损耗pj1=2.2pNn/6000+3.5*(pNn/6000)"2W/kg32.16222222140电枢轭部重量Gj1=0.0078*n((D1人2-(D1-2hj1)人2)/4*La*Kfekg0.477688813141轴承摩擦损耗PB=Km*G2*Nn*10"-3W9.170183424142系数Km1.5143转子重量G2=K1*0.0078*n*(D2"2)4*L2kg1.491086736144系数K11.3145附加损耗Pf=K2*PfeW20.81849679146附加损耗系数K20.3147减速机构损耗PsW100148总损耗Ep=Pcu+Pb+PFe+pB+Pf+PsW250.2649155149输入功率P1=PN+EpW927.9649155150实际效率n=PN/P1*100%73.03077828151实际电流I'N=P1/UNA18.9380595152电流校核要求IN-I'N/IN*100%〈5%，否则须重新计算%-0.627308715153每相感应电动势Em=(UN-2△U-(2Rat+R1+2R0)*I'N)/2V23.09004722154实际负载转速n'N=15a'pEm/(p*WU*U6)r/min4004.7120772.9.有限元分析结果500W5E刷电机磁路有限元分析2&3940]792470r557^012345760202&3940]792470r557^01234576020BG5319753lo2211111说明：电机外径说明：电机外径120111,厚度3Omni,磁钢采用昭5]45G7BOr7B9O12345G7BOrl-2OB753197531]45G7BOr7B9O12345G7BOrl-2OB753197531o2211111500U5E刷电机负载工作点磁路分析说明：绕组匝数为匕两相导通，相电流2.10.磁铁工作图3传动系统设计计算3.1.传动比本机传动系统为定轴轮系，三轴两级，三轴分别为连接转子的电机轴、中间轴、连接驱动轮的输出轴，两级一级为末级减速，一级初级变速。列表如下1档齿数速比2档齿数速比末级传动电机轴主动主动中间轴从动从动17输出轴69超越离合器选型和设计一档从动齿超越离合器选用专业轴承厂生产的一体化单向轴承，扭矩大于40Nm可满足需要。变速用超越离合器是一种特殊的可控超越离合器，只有在存在控制力（机械触发信号）的条件下，才能单向传递动力或运动，拆除控制力后，离合器脱开，正反方向都不传递动力或运动。目前只有靠自制。如果把单向器比作电路中的二极管，则这种可控单向器好比电路里使用的可控硅，为动力传递路径的改变提供了新的途径。本机为了实现变速功能，设计了可控超越离合器。可控超离有许多可选设计方案，结合本机特点，选用了电磁力控制，圆柱滚子，单向自锁方案。其工作原理是：当变档开关18断开时，带你磁铁不起作用，超离的滚子控制器在弹簧的控制下处于中心凸轮滚道的脱开位置端同本体不接触，本体不随心轮转动。档接通变档开关，电磁铁对滚子控制器产生吸力，使其压向摩擦盘，受到摩擦阻力，相对于转速较高的心轮，滚子退入滚到狭

窄处，进入自锁状态，本体连同二档主动齿变为于电机轴同步旋转。由于二档从动齿转速高于档，一档在单器的作用下被超越，不再传递动力。电机动力经由二档输出到后轮驱动轴。关重齿轮强度校核3.3.1一档啮合齿轮强度校核a电机轴一档齿轮和中间轴相对应齿轮的基本参数小齿轮为Z1,大齿轮为z2。Z1=22，2=63；da1=37.776，Z1=22，2=63；da1=37.776，d=98.05；d=31.01，2 b1d=88.801；Qa=1.433，b2.635，n2=1.139；b1=14b2=10；d=33,d=94.52电机轴材料及相关要求：材料：20CrMnTi芯部硬度30~45HRC表面硬度78~83HRA电机轴转速3800r/min中间轴一档转速1327r/min最大功率800W齿轮寿命5475hb计算齿面接触疲劳强度计算公式Fo=ZZZZZ厂H BDHE£卩db齿根弯曲疲劳强度计算公式Fo=lKkkkyyyFbmAVFBFaFS£Bn(1)计算式中各参数和系数的确定：ZD)=1.416TOC\o"1-5"\h\zZ Z ZZD)=1.416BD的计算：M1=0.873、M2=1.416,BD=MAX(x+xI 2~ZZH的计算：z+ZZH的计算：1 2=0.0105,查图32.1—13得H=2.325ZZE的计算：查表32.1—37得189.8”MPaZZe的计算:Q £a=1.433, B=0,查图32.1—14得0.93B的计算：取1.0F F=2000-Ft的计算：t d，T=9549n代入数据得121.84K的计算：查表32.1-31得1aK的计算：K=【

vvk zv1~+k】1kf2100u2+1 a 1 Kb ，查表计算得Kv=1.06U2zU的计算：U=2=z12.864K的计算和K的计算：查表取两者都为1Hp FpK和K 的计算：查表32.1-36得1.2Ha H卩的计算的计算：s的计算：p对于小齿轮为3.84，对于大齿轮为3.96.查图32.1-18得0.77查图32.1-19得1Q 的计算:HlimQ 的计算：FlimZ的计算：NNT查图32.1-22得1500MPa查图32.1-27得460MPa=60j.n.t。Z=0.95HNT的计算：图32.1-31得0.95NTZ的计算：表32.1-38得1LVRZ的计算：取1wZ的就算：查图32.1-33得1Xy的计算：因为q>1.5故取为1OrelT s的计算：图32.1-35,因粗糙度R=1.6,所以取值1.075RrelT zy的计算：取值为1x的计算：取值为2STS的计算：取值为1.25FminS的计算：取值为1Hmin计算应力Q=462MPa,许用应力QH1=27.3MPa,许用应力QF1=273.3MPa许用应力QH2=38.2MPa,许用应力QF2=1104MPa；HP1=939.55MPa;FP1=1104MPa；HP2=939.55MPaFP22）代入数据结果显示如下：S=4.0:HzS=4.0:Hz2S=24.6Fz2Hz1齿根弯曲疲劳强度安全系数S'=34.4,Fz1二档啮合齿轮强度校核a电机轴二档齿轮和中间轴相对应齿轮的基本参数：小齿轮为Z，大齿轮为z。12齿数:Z=31，Z=54；齿顶圆直径：d =50.826,=85；基圆直径：d=43.696,d=76.115；12 a1 a2 b1 b2端面重合度：8=1.507，a滑动率：n=0.722，n=0.847；齿宽：b=12，b=10；分度圆直径：d=46.5,d=81121212电机轴齿轮材料及相关要求：材料：20CrMnTi芯部硬度30~45HRC表面硬度78~83HRA电机轴转速3800r/min中间轴二档转速2181r/min最大功率800W齿轮寿命5475hb计算齿面接触疲劳强度计算公式b=ZZZZZHBDHE8齿根弯曲疲劳强度计算公式Fb=lKKKKYYYFbmAVF卩 FaFS8卩n1）计算式中各参数和系数的确定：Z=MAX（Z、Z）=1

BD BDZ的计算：Z=MAX（Z、Z）=1

BD BDBDx+xZ的计算： ——「=0.0105，查图32.1-13得Z=2.325H Z+Z H12Z的计算：查表32.1-37得189.8・MPaEZ的计算：8=1.507，8 =0，查图32.1-14得0.9158 aZ的计算：取1.0F的计算：F=2000—，T=9549—代入数据得86.5t t d nK的计算：查表32.1-31得1a~atbK的计算：K=【占厂+，查表计算得K=1.12vz卩的计算：u=2=1.74z1K的计算和K的计算：查表取两者都为1H卩 F卩K和K的计算：查表32.1-36得1.2Ha H卩的计算：Fs的计算：£的计算：P的计算Hlim的计算：Flim的计算：NNT对于小齿轮为3.92，对于大齿轮为3.95.查图32.1-18得0.75查图32.1-19得1查图32.1-22得1500MPa查图32.1-27得460MPa=60j.n.t。Z=0.95

HNT的计算：图32.1-31得0.95NTZ的计算：表32.1-38得1LVRZ的计算：取1wZ的就算：查图32.1-33得1X的计算：因为q>1.5故取为1OrelT s的计算：图32.1-35，因粗糙度R=1.6，所以取值1.075RrelT z的计算：取值为1x的计算：取值为2STS的计算：取值为1.25FminS的计算：取值为1Hmin计算应力o=192MPa,许用应力OH1计算应力OF1计算应力OH2计算应力O=1104MPa；HP124MPa,许用应力O=939.55MPa;FP1151.2MPa许用应力OHP228.7MPa,许用应力O1104MPa；939.55MPaF2FP22）代入数据结果显示如下：齿面疲劳接触强度安齿根弯曲疲劳强度安系数系数S=5.75,S7.3；HzSFz39.2,Hz2Fz232.7输出轴齿轮啮合强度校核a输出轴齿轮和相对应的中间轴齿轮的基本参数：小齿轮为Z，大齿轮为z。12齿数：Z=16,a输出轴齿轮和相对应的中间轴齿轮的基本参数：小齿轮为Z，大齿轮为z。12齿数：Z=16,z=69；齿顶圆直径：d12 a1d=97.258；端面重合度：£=1.405,=28.386,d=107.44；基圆直径a2d=22.553b1b2 a滑动率：n=1.206，n=1.238；齿宽：b=17，b=121212输出轴齿轮材料及相关要求：分度圆直径：d=24,d=103.512材料：20CrMnTi芯部硬度30~45HRC表面硬度78~83HRA电机轴转速3800r/min输出轴最高转速506r/min最大功率800W齿轮寿命5475hb计算齿面接触疲劳强度计算公式b=ZZZZZHBDHEF~厂£口db1齿根弯曲疲劳强度计算公式Fb=lKkkkyyyFbmAVF卩 FaFS£卩n1）计算式中各参数和系数的确定：Z=MAX（Z、Z）=1.074BDBDZ=MAX（Z、Z）=1.074BDBDBDZ的计算：X1+x2=0.0105，查图32.1-13得Z=2.325H z+Z H12Z的计算：查表32.1-37得189.8fMPaEZ的计算：£=1.405，£ =0，查图32.1-14得0.935£ a PZ的计算：取1.0PF的计算：F=2000-，T=9549-代入数据得292t t d nK的计算：查表32.1-31得1aK的计算：K=［占厂+，查表计算得K=1.02vzu的计算：u=2z1=4.3125K的计算和KH卩的计算：查表取两者都为1邛K和K的计算：查表32.1-36得1.2Ha H卩的计算的计算：s的计算：P的计算Hlim的计算：Flim的计算:NNT对于小齿轮为3.95，对于大齿轮为3.97.查图32.1-18得0.79查图32.1-19得1查图32.1-22得1500MPa查图32.1-27得460MPa=60j.n.toZ=0.95H NT的计算：图32.1-31得0.95NTZ的计算：表32.1-38得1LVRZ的计算：取1wZ的就算：查图32.1-33得1Xy的计算：因为q>1.5故取为1OrelT s的计算：图32.1-35，因粗糙度RRrelT的计算：取值为1x的计算：取值为2STS的计算：取值为1.25FminS的计算：取值为1Hmin计算应力◎=1.6,所以取值1.075z=432.9MPa,许用应力◎H1=43.7MPa,许用应力◎F1=210.3MPa许用应力◎H2=61.8MPa,许用应力◎F2=1104MPa；HP1=939.55MPa;FP1=1104MPa；HP2=939.55MPaFP22）代入数据结果显示如下：齿面疲劳接触强度齿根弯曲疲劳强度系数系数S=2.55,SSHz21.5,SFz5.25；Hz2=15.2Fz23.4.轴承选择及承载能力校核轴承布局如下所示：输出轴：车轮 轴承6（深沟球轴承）轴承7（深沟球轴承）中间轴：轴承4（深沟球轴承） 轴承5（滚针轴承）电机轴：轴承1（深沟球轴承）轴承2（深沟球轴承）轴承3（深沟球轴承）输入3.5.1电机轴轴承的选择与承载能力校核a轴承1的选择与承载能力校核：根据图纸的标注，轴承代号为6201。参数如下：内径d=12mm、外径D=32mm、宽B=10mm、基本额定动载荷Cr=6.82KN，功率P=750W，电机轴转速n=3800r/min。根据公式P=Fr.V，V是大径线速度，Fr是作用在轴承上的径向力。代入数据得Fr=117.2N,考虑其他因素影响，取Fr=200N.基本额定动载荷的计算值C二nT基本额定动载荷的计算值C二nT不考虑轴向力，故p=Fr。要求轴承的寿命为5475h,故查表得寿命因素h=2.21，力矩载荷因素 m=1.5（力矩载荷较小）,ff冲击载荷因素d=1.1（轻微冲击），电机轴转速为3800r/min， 所以速度因素“=0.206，f温度因素T=1.0代入数据计算出C=3.54KN〜Cr=6.82KN，所以可取。b轴承2的选择与承载能力校核：根据图纸的标注，轴承代号为16003。参数如下：内径d=17mm、外径D=35mm、宽B=8mm、基本额定动载荷Cr=6.00KN，功率P=750W，电机轴转速n=3800r/min。根据公式P=Fr.V,V是大径线速度，Fr是作用在轴承上的径向力。代入数据得Fr=107N,考虑其他因素影响，取Fr=190N.基本额定动载荷的计算值C=不考虑轴向力，故基本额定动载荷的计算值C=不考虑轴向力，故p=Fr。nT要求轴承的寿命为5475h，故查表得寿命因素f=2.21，力矩载荷因素f=1.5（力矩载荷较小）,hm冲击载荷因素f=1.1（轻微冲击），电机轴转速为3800r/min， 所以速度因素f=0.206，温度dn

代入数据计算出C=3.363KN<Cr=6.00KN,所以可取。c轴承3的选择与承载能力校核：根据图纸的标注，轴承代号为6001。参数如下：内径d=12mm、外径D=28mm、宽B=8mm、基本额定动载荷Cr=5.10KN，功率P=750W，电机轴转速n=3800r/min。~h m根据公式P=Fr.V,V是大径线速度，Ff是作用在轴承上的径向力。代入数据得Fr=134.8N,考虑其他因素影响，取Fr=200N.= ~h m基本额定动载荷的计算值nT，不考虑轴向力，故p=Fr。f基本额定动载荷的计算值要求轴承的寿命为r5475h，故查表得寿命因素h=2.21，力矩载荷因素m=1.5（力矩载荷n=0.206，较小），冲击载荷因素d=1.1（轻微冲击），电机轴转速为3800r/min，所以速度因素温度因素fn=0.206，代入数据计算出C=3.54KN<Cr=「I。KN，所以可取。3.5.2中间轴轴承选择与承载能力校核a轴承4的选择及承载能力校核根据图纸的标注，轴承代号为6201。参数如下：内径d=12mm、外