電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u23957電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)案例 125331.1車輛參數(shù) 1164981.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 2211501.3蓄電池的選擇 2156361.4主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 6215671.5變速器傳動(dòng)比參數(shù)選擇 7185021.6變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 8184421.7變速器傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算 1023522（1）輸入軸設(shè)計(jì)計(jì)算 1013028（2）輸出軸設(shè)計(jì)計(jì)算 11211051.8軸承的校核計(jì)算 13通過前面的敘述可以了解，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)汽車整體性能的重要性，但是決定整車性能的不光有傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇很重要，傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)選擇也同樣尤為重要，本次設(shè)計(jì)將從以下參數(shù)的設(shè)計(jì)和選擇對(duì)江淮純電動(dòng)汽車的整車性能考慮：主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池組的選擇等。1.1車輛參數(shù)表3-1江淮純電動(dòng)汽車整體參數(shù)表基本參數(shù)參數(shù)值基本參數(shù)參數(shù)值整車質(zhì)量主減速器傳動(dòng)比滾動(dòng)阻力系數(shù)軸距機(jī)械效率車輪滾動(dòng)半徑迎風(fēng)阻力迎風(fēng)面積旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)/表3-2江淮純電動(dòng)汽車性能參數(shù)表基本性能參數(shù)參數(shù)值基本性能參數(shù)參數(shù)值最高車速續(xù)駛里程最大爬坡度加速時(shí)間/s1.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案圖中為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置方案。上圖為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置方案，其中1是一擋主動(dòng)齒輪；2是二擋主動(dòng)齒輪；3是一擋從動(dòng)齒輪；4是二擋從動(dòng)齒輪；5是主減速器主動(dòng)齒輪；6是主減速器從動(dòng)齒輪。I是變速器輸入軸；II是變速器輸出軸；III是主減速器輸出軸，T是同步器。1.3蓄電池的選擇電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油車得區(qū)別主要就在于一個(gè)動(dòng)力來源是電池組，一個(gè)是燃油燃燒的能量轉(zhuǎn)化，一提起電動(dòng)汽車，續(xù)航里程一直是人們最關(guān)注也是最重要的部分，讓電動(dòng)汽車不再有續(xù)航里程的焦慮，電動(dòng)汽車的蓄電池選擇就顯得尤為重要，電池組的使用性能越好、容量越大，那么電動(dòng)汽車的續(xù)航里程自然也就越遠(yuǎn)，但是，并不是一味的通過增加電池?cái)?shù)量的手段來增加續(xù)航里程，因?yàn)檐囕v的空間有限，除了電池組的布局還有很多其他機(jī)械元件的布置，所以，電池的儲(chǔ)電量多，體積小才是最優(yōu)的選擇，這樣不光可以從電池的電量上滿足車輛的使用，還能再空間和自身重量上優(yōu)化，做到更節(jié)能，通過前面我們對(duì)幾種常用的電池性能和實(shí)際情況的考慮，本次設(shè)計(jì)對(duì)江淮純電動(dòng)汽車的電池選擇選用鎳氫電池，能夠在保證續(xù)航里程和耐久的情況下，減少對(duì)環(huán)境的污染，在充放電的速度上也是優(yōu)于其他電池[17]。本次選用電池的主要性能參數(shù)如下表3-4所示：表3-4蓄電池參數(shù)額定電壓峰值功率額定容量Ah尺寸額定能量體積通過查閱資料，可知該款鎳氫電池在不同條件下充放電的性能曲線如下圖所示3-6、3-7、3-8所示圖3-6蓄電池室溫放電曲線圖3-7蓄電池高溫放電曲線圖3-8蓄電池室溫充電曲線通過電池組數(shù)與各運(yùn)行速度曲線的關(guān)系如下圖3-9所示：圖3-9行駛230km時(shí)速度一電池模塊數(shù)曲線通過上圖我們可以看到當(dāng)車輛在行駛狀態(tài)下各速度的電池模塊數(shù)關(guān)系，當(dāng)速度達(dá)到三十千米每小時(shí)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電池模塊數(shù)取整為25塊，下圖3-10為每組蓄電池的對(duì)應(yīng)參數(shù)：蓄電池額定容量額定能量額定電壓峰值功率電池組數(shù)目電池組重量圖3-10蓄電池參數(shù)1.4主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇電動(dòng)汽車作為汽車能夠達(dá)到的最快速度是其中性能的一個(gè)方面，在最快行駛速度下所匹配的功率就是該車的額定功率：（1.1）帶入?yún)?shù)，通過計(jì)算可以得到：Pe=11.97KW。車輛的速度性能指標(biāo)在選定的參數(shù)下通常有主電機(jī)的最大功率的大小決定的，比如在零百加速等加速性能的測(cè)試中，最大的輸出功率即為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大功率： （1.2）代入最大爬坡角度11.31°，行駛速度20km/h，得到最大功率P1=20.67KW，零百加速測(cè)試中通過參數(shù)計(jì)算得到電機(jī)在此時(shí)運(yùn)行的最大功率 （1.3）將零百加速過程的時(shí)間十秒代入得：P2=102.46KW。通過上述參數(shù)計(jì)算，可以得出江淮純電動(dòng)汽車最大的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為Pmax=102.46KW （1.4）當(dāng)ne=3500r/min，可以計(jì)算出Te=38.12N·m。nmax=5800r/min，可以算出Tmax=168.71N·m。通過參數(shù)的計(jì)算可以確定主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)如下表3-5：表3-5主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)電機(jī)參數(shù)參數(shù)值電機(jī)參數(shù)參數(shù)值額定功率峰值轉(zhuǎn)矩峰值功率額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩峰值1.5變速器傳動(dòng)比參數(shù)選擇在車輛行駛過程中，汽車的一檔傳動(dòng)比是汽車在進(jìn)行上坡的過程中克服地面對(duì)車輛的阻力驅(qū)使車輛在向上的力讓車輛行駛的最小參數(shù)：（1.5）代入?yún)?shù)值，通過計(jì)算得：i11.73。另一個(gè)參數(shù)臨界值就是在汽車的驅(qū)動(dòng)力小于車輛在行駛過程中所受的阻力時(shí)的臨界值的參數(shù)： （1.6）常見的行駛路面我們通過查閱資料可知，帶入?yún)?shù)φ=0.6，計(jì)算出臨界范圍值：i1≤12.86。綜合最大臨界值和最小臨界值可以得出一檔傳動(dòng)比的范圍：[1.73，12.86]。二擋傳動(dòng)比同樣需要設(shè)定最大值和最小的臨近取范圍： （1.7）代入?yún)?shù)計(jì)算可知：1.03 又 （1.8）代入?yún)?shù)值條件：i26.73。綜合上面計(jì)算的臨界范圍二檔傳動(dòng)比值范圍為：[1.03，6.73]。通過查閱資料可知通常汽車的最大值imax范圍在[12-18][6]，考慮在使用過程中變速器的換擋的使用平順和流暢需要滿足，且，綜合上述條件，本次設(shè)計(jì)中選擇i1=1.68，i2=2.46。1.6變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算（1）一擋齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算：變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算首先需要考慮的就是選擇強(qiáng)度和剛度能夠滿足齒輪在運(yùn)行過程中所受的應(yīng)力作用，根據(jù)條件確定合適的材料作為變速器齒輪的制作材料，查閱資料和強(qiáng)度的要求變速器1、3齒輪的材料選擇20CrMnTi，表面處理采用滲碳、淬火和回火的方式提高材料的強(qiáng)度。根據(jù)選擇材料的強(qiáng)度界值要求，保證使用的安全性和耐久，安全系數(shù)取SH為1.5，SF為2.0，通過參數(shù)值： ， （1.9）計(jì)算得出：[σH1]和[σH3]的值相等均為1000Mpa，[σF1]與[σF3]的值相等均為426Mpa。K取1.3,=0.6通過以上參數(shù)可計(jì)算出齒輪上的力矩值：，。取z1=20，z2=z1×i1=69.4，取z2=70，則實(shí)際傳動(dòng)比。，，計(jì)算出YFa1=2.78，YFa3=2.13，YSa1=1.67，YSa3=1.86。計(jì)算得 又 （1.10）則mn=2.66，取整mn=3。中心距：=147.04mm，取a=150mm。，齒輪1的分度圓直徑=61.91mm，齒寬=37.15mm，取b3=40mm，b1=45mm。驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 （1.11）取ZE=189.8，Zβ=，齒輪的圓周速度，因此選7級(jí)精度是合適的。（2）各齒輪參數(shù)σH=868.88Mpa<[σH]，安全。變速器的齒輪選定參數(shù)見下表3-3所示：表3-3變速器各齒輪參數(shù)表檔位齒輪法向模數(shù)齒寬中心距螺旋角旋向精度等級(jí)一檔Z1右Z3左二檔Z2右Z4左主減速器Z52左Z6右1.7變速器傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算（1）輸入軸設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)軸的輸入軸由于強(qiáng)度要求與一軸不相同，所以兩者選擇的材料也不相同，輸入軸選擇的材料為20CrMnTi，表面處理方法與一軸相似，采用滲碳、淬火、回火處理[20]。根據(jù)輸入軸強(qiáng)度和功率轉(zhuǎn)速的要求，可得： （1.12）算出該車輛變速器輸入軸得最小直徑，即直徑大于等于29.19mm.=30.65mm。所以綜上所述選取得為：b×h×L=10×8×36。輸入軸每段周得長度和軸得直徑可見零部件圖。FaFaFrFtAB53204CFaFrFHAFHBFtFVAFVB46.5圖3-11輸入軸受力分析圖T1=162351.67N·mm，則，，。通過力得平衡可知在垂直平面內(nèi)方程組： ， （1.13）計(jì)算得：FVA大小為2001.54N，F(xiàn)VB大小為106.82N。通過力得平衡可知在水平平面內(nèi)方程組： ， （1.14）計(jì)算得：FHA大小為4264.04N，F(xiàn)HB大小為978.80N。 （1.15）根據(jù)上述式子可知，當(dāng)α為1時(shí)，可以得到得Memax=260128.44N·mm。 （1.16）求得σe=10.96Mpa<[σ-1b]=90Mpa，計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際應(yīng)用情況。（2）輸出軸設(shè)計(jì)計(jì)算令輸出軸與輸入軸材料相同，表面處理方式也一樣: （1.17）P2=P1×η軸承×η齒輪=99.42KW，n2==951.09r/min，取C=95，得：d=44.85mm，取整則dmin=45mm。輸出軸一擋主動(dòng)齒輪受力圖如下：圖3-12輸出軸受力簡圖T2=T1×η軸承×η齒輪=596398.72N·mm，。通過力得平衡可知在垂直平面內(nèi)并列方程組：得：FVD大小為1440.00N，F(xiàn)VE大小為1919.42N。通過力得平衡可知在水平平面內(nèi)方程組：求得：FHD大小為7222.66N，F(xiàn)HE大小為11805.77N。 （1.18）根據(jù)上述式子可知，當(dāng)α為1時(shí)，可以得到Memax=944018.18N·mm。 （1.19）求得σe=14.62Mpa<[σ-1b]=90Mpa，計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際應(yīng)用情況。1.8軸承的校核計(jì)算(1)輸入軸的軸承校核輸入軸的軸承型號(hào)選擇：30307，裝配方式正裝。，， （1.20）取，則。計(jì)算可知：，。，所以軸承A得狀態(tài)為壓緊狀態(tài)，軸承B得狀態(tài)為放松狀態(tài)。，，，，可知：，；， （1.21）計(jì)算知：PA=5442.60N，PB=984.71N。所以根據(jù)計(jì)算結(jié)果軸承的狀態(tài)可知只需要對(duì)A進(jìn)行校核即可。 （1.22）正常家用車使用時(shí)常按照常規(guī)時(shí)間計(jì)算，擬定常規(guī)使用時(shí)間為十年，每年使用天數(shù)在三百天左右，每天正常使用時(shí)間為三小時(shí)，則總使用時(shí)長為9000小時(shí)，可以得到ε=，則，結(jié)果符合要求。(2)輸出軸的軸承校核輸入軸的軸承型號(hào)選擇：30310，裝配方式正裝，，。 （1.23），則。，。，所以軸承D得狀態(tài)為壓緊狀態(tài)，軸承E得狀態(tài)為放松狀態(tài)。=10521.45N，，，，，；， （1.24）大小為13669.62N，大小為11959.79N。所以根據(jù)計(jì)算結(jié)果軸承的狀態(tài)可知只需要對(duì)D進(jìn)行校核即可。 （1.25）=1.2，=1，=，，則，故滿足要求。1.9驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)橋主要由主減速器、差速器等部件組成。（1）主減速器的選擇主減速器常見的幾種形式主要有以下幾類：中央主減速器、單級(jí)主減速器、雙速主減速器、雙擊貫通式主減速器，本次設(shè)計(jì)對(duì)象為江淮純電動(dòng)汽車，本文方案是將電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系集成在一起，由差速器、減速器和軸組成，這種設(shè)計(jì)所具有的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)平穩(wěn)、體積小、質(zhì)量輕、動(dòng)力輸出直接。綜合比較幾款主減速器的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用單級(jí)主減速器[15]。通過車輛參數(shù)根據(jù)車輛的最大轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)比計(jì)算主減速器的載荷:代入?yún)?shù)計(jì)算可知：轉(zhuǎn)矩Tce=19670.41Nm.主減速器強(qiáng)度計(jì)算，按照最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算：計(jì)算得P=100.38<102.46，符合要求。（2）差速器的選擇汽車在行駛的過程中，單位距離內(nèi)左右車輪所駛過的距離是不相等的，在長距離行駛之后，如果汽車的左右車輪剛性連接，則會(huì)加劇輪胎的磨損和老化，為避免這種情況，設(shè)置合理型號(hào)的差速器是非常有必要的。常見的差速器主要有對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器、強(qiáng)制鎖止式防滑差速器、以及自鎖式差速器，本次設(shè)計(jì)對(duì)象為江淮純電動(dòng)汽車，主要在較好的路面上行駛，因此本方案是采用成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。通過查閱資料可知，貨車和越野車多采用四個(gè)行星齒輪，本次設(shè)計(jì)為江淮純電動(dòng)汽車，所以取行星齒輪數(shù)n=2。根據(jù)車輛參數(shù)對(duì)選擇的差速器進(jìn)行彎曲強(qiáng)度的計(jì)算：（1.26