毕业设计（论文）-电动车驱动桥后桥设计

毕业设计题 目 电动车驱动桥后桥设计 目 录摘要3ABSTRACT4第1章 绪 论51.1 课题研究背景51.2电动车的国内外研究现状71.3课题研究意义91.4 课题研究任务及研究方法9第2章 电动车观光车的总体设计102.1 技术参数102.1.1 电动机参数：112.1.2 轮胎参数112.1.3 传动比计算112.1.4 最大爬坡度计算112.2 总体布置计算122.2.1 各部分质量及重心坐标：122.2.2 空载及满载时重心坐标122.2.3 轴荷分配计算132.3 驱动桥形式的确定14第3章 电动车驱动桥设计153.1减速器的设计153.1.1运动和动力参数计算153.1.2 齿轮参数计算153.2 轴的设计253.2.1 轴的强度校核263.3 半轴的设计313.3.1 半轴的形式313.3.2 半轴轴径的确定313.3. 3 半轴连接螺钉强度校核323.4 轮毂的设计323.4.1 轮毂的外形设计323.4.2 轮毂与轮辋的连接螺栓强度校核323.5 驱动桥壳的设计333.5.1 驱动桥壳的结构设计333.5.2 驱动桥壳的强度计算333.5.3 桥壳与减速器连接螺钉强度校核36结 论37致 谢38参考文献39电动车驱动桥设计摘要当今，能源和环境对人类越来越重要。改善人类生活环境的要求越来越高。为了适应这一发展趋势，各国政府、学术界和工业界纷纷加大对电动汽车发展的投入，加快电动汽车的商业化进程。虽然电动汽车在能源和行驶里程上还不尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，经过漫长而艰难的历史，电力是一种清洁能源，不仅可以取代化石燃料，而且还可以减少有害气体的二氧化碳排放量，防止环境恶化，地球。电动汽车面临重大技术突破，预计将成为第二十一世纪的重要车辆。电动汽车驱动桥的设计采用单电机驱动系统、齿轮箱总成、差速器总成和驱动桥，主动齿轮减速器直接连接到驱动电机上，并通过两级减速器和差速器，将扭矩传递到驱动轮左右。电机轴与轮轴平行，因此减速器由两个圆柱齿轮驱动。半轴采用全浮动结构，通过螺钉与轮毂连接并传递扭矩。桥体采用组合式结构，一端由轮毂轴承支承在车轮上，另一端与减速器连接。关键词：电动车；驱动桥；减速器 Design of driving axle for electric vehicleABSTRACTNowadays, energy and environment are becoming more and more important to human beings. The demand for improving human living environment is becoming more and more louder. In order to adapt to this trend of development, governments, academia and industry all over the world are increasing their investment in electric vehicle development, speeding up the commercialization of electric vehicles. Although the electric vehicle has not been satisfactory in energy and mileage, it has been enough to meet the basic needs of people. From the perspective of technology development, after a history of long and difficult, the electric power is a kind of clean energy, not only can replace fossil fuels, but also can reduce carbon dioxide emissions of harmful gases and prevent the deterioration of the environment, the earth. Electric vehicles are facing major technological breakthroughs and are expected to become important vehicles for the year twenty-first Century.The electric vehicle drive axle design uses a single motor driving system, a gear box assembly, differential assembly and drive axle, driving gear reducer is directly connected to the driving motor and, through two stage reducer and differential, torque transmitted to the drive wheel around two. The motor axis is parallel to the wheel axis, so the reducer is driven by two pole cylindrical gears. The half axle adopts a full floating structure, which is connected with the wheel hub by screws and transmits torque. The axle housing adopts a combined structure, one end is supported by a wheel hub bearing on a wheel, and the other end is connected with a reducer.Key words: electric vehicle; drive axle; reducer 第1章 绪 论1.1 课题研究背景电动车的发展史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是电动车。后来，由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动车在能源技术和行驶里程的研制上长期未能取得突破，从20世纪20年代初至60年代末，电动车的发展进入了一个沉寂期。进入70年代以来，由于中东石油危机的爆发以及人类对自然环境的日益关注，电动车才再度成为技术发展的热点。 近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。尽管电动车在能源和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性的进展，但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型电动车，改善其性能。 当今能源和环境对人类的压力越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。为了适应这个发展趋势，世界各国的政府、学术界、工业界正在加大对电动车开发的投资力度，加快电动车的商品化步伐。虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未 能尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。 自从汽车诞生的那一天起，环境问题就一直伴随其左右，世界人口和汽车的增长趋势如下图所示。今后50年，世界人口将由60亿增加到100亿，汽夺数量将由7千万增加到2亿5千万。如果这些车辆都采用内燃机，那么所需的燃油从何来?而其排出的废气又如何处置，那样我们的天空将永远是灰色的而不是蓝色的。因此我们必须开发出清洁、高效、智能的交通车辆，才能使2l世纪的交通可持续发展。从当今世界的能源与环保的现状来看，解决这个问题的最好的方法就是大力发展电动车。因为从环保的角度来看，电动汽车是零排放的交通工具，即使计入发电厂增加的排气，总量上看，它也将使空气污染大大减少。从能源的角度来看，电动汽车将使能源的利用多元化(例如可使用各种再生能源)和高效化，达到能源的可靠、均衡和无污染地利用的目的。在改善交通安全和道路使用方面，电动汽车更容易实现智能化。电动汽车的发展将使集中考虑能源、环保利交通成为可能，而且，它对于促进高科技的发展、新兴工业的兴起以及经济的发展都将产生深远的影响。电动车并不是一个新兴的科技产品，它其实比内燃机汽车的历史都要久远。早在1834年，Thomas davenport制造了一辆电动三轮车，它由组不可充电的干电池驱动但只能行驶一小段距离。四年后Robert davidson也制造厂一辆用干电池驱动的电动汽车。1881年在法国巴黎街上出现了第一辆以可充电池为动力的电动汽车它是法国工程师GustaveTrouve装配的以铅酸电池为动力的三轮车。1886年，Frank Sprague设计生产了有轨电车。从此，电动汽车变得流行起来，并在车辆运输中起着很重要的作用。在当时的美国每年销售的4200辆汽车中有38是电动汽车，22是燃油汽车，40是蒸汽机汽车。那时，电动汽车是金融巨头的代步工具及财富的象征。一辆电动汽车的价格相当于今天的一辆劳斯莱斯。 图1-2 Morrs和Salom电动客车和货车公司生产的电动汽车进入无马车时代以后，电功汽车就进人了个商业化的发展阶段，此时的电动汽车有辐条车轮、充气轮胎、舒适的弹簧椅和豪华的车内装饰。到1912年美国有34000辆电动汽车注册。1899到1916年期间Baker电气公司一直是美国最重要的电动汽车制造厂之一。在1901到1920年，英国伦敦电动汽车公司生产了后轮轮毅电动机式、后轮驱动、斜轮转向和允气轮胎的电动汽车1907到1938年期间，底特律电气公司生产的电动汽车不仅具有无噪声、清洁可靠的优点，而且最高时速达到40Km/h，续驶里程为129Km。人们常说“一个人的敌人同时也是他的伙伴”，这句话用于描述电动汽车的发展尤为合适，因为电动机是电动汽车驱动的关键部件同时它又帮助燃油汽车与电动汽车竞争对抗。1911年，Kettering发明了汽车起动机，使得燃油汽车比依赖于方便驾驶的电动汽车来说更具吸引力，从此打破了电动汽车在市场的主导地位。而福持的想法彻底结束了电动汽车的生命，他大批量生产福特T型车，使其价格从1909年的850美元降到了1925年的260美元，因此加速了纯电动汽车的消失。而燃油汽车的续驶里程是电动汽车的23倍，且使用成本低，因而使得电动汽车的制造商想占领一定的市场份额已不可能。到20世纪30年代，电动汽车几乎消失了。而直到近30年，能源危机和石油短缺才使得电动汽车重获新生。曾经有人说过决定21世纪发展的是能源,上世纪70年代全球三次石油危机爆发后，各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划，在研发电动汽车的专项上投入了大量的人力、物力和财力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今为止，这些科研成果真正能转化为产品，并实现产业化生产的项目并不多。国外大汽车公司投入远比我国更多的资金和人力，已投入批量生产的电动汽车产品也寥寥无几。随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这二个技术难点的最佳途径。从汽车工业的发展来看，电动汽车的迅速发展是不可逆的趋势。因此，我国作为世界汽车生产大国应该抓住这一机遇，加快电动汽车这一块的发展。环境保护是当今世界上最热门的话题。在汽车领域，电动汽车的发展势在必行。在电动汽车的商业化运作中，无论是从产品技术还是从市场发展。还存在许多亟待解决的问题，需要政府的支持。例如，加快相关技术标准的发展，节能环保汽车的减税和补贴政策的出台，提供便利条件如广泛的关系电动汽车技术和产业决定了电动汽车的发展是一个跨行业、跨部门的系统工程，跨区域的联合研究，技术突破和产业创新基础设施建设。对于电动汽车的发展在世界上的关键时期，必须充分发挥政府的组织、企业的积极作用，通过产业、高校、科研院所、国家汽车创新工程由政府组织，实现新突破和新一代汽车技术。1.2电动车的国内外研究现状今天，汽车制造商不断推动电动汽车技术的发展。并将开始电动汽车的商业化，在世界上，特别是在美国，日本和欧洲，许多汽车制造商开始生产电动车或涉及电动汽车领域。通用汽车、福特、克莱斯勒、美国电动汽车公司，以及Solectria起响应加利福尼亚法规在电动汽车发展的重要作用。在日本几乎所有的汽车制造商，如丰田，日产，本田，马自达，三菱，大发，铃木，五十铃公司制定了商用电动汽车发展计划。在许多欧洲国家，尤其是法国、德国、意大利和英国推出电动汽车的电动汽车发展计划的市场，这是积极的汽车公司雪铁龙、雷诺、奔驰宝马、苯、奥迪、沃尔沃、大众、欧宝、菲亚特等。除了汽车制造商，一些电力公司和电动汽车示范电池制造商也发挥了积极作用，其目的是促进电动汽车充电电池的商业化，获得商业利益。他们通常和汽车厂商发展电动汽车，电动汽车，他评估和证明购买电动或电动汽车具有较高的能源效率和能源的多样性和环境保护的特点，使电动汽车的使用适当的响应，能源和环境保护机构也积极参与促进发展电动汽车技术和商业活动。此外，一些研究机构和大学继续研究新技术的电动汽车，使电动汽车可以与燃料汽车竞争。电动汽车分为三大类型：纯电动汽车，混合动力电动汽车和燃料电池汽车。世纪70年代，汽车保有量呈指数级增长，造成严重的环境污染。随着光化学污染等环境污染的发生，西方发达国家的政府开始重视环境保护和保护环境。一些知名汽车企业转向研发电动汽车。从20世纪70年代起，世界上发达国家就大力发展电动汽车的商业化应用。到20世纪90年代，发达国家在欧洲和美国制定了汽车尾气排放标准，并严格执行。 与世界其他国家一样电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑设立“电动汽车重大科技专项”，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关：为此，从2001年10月起，国家共计拨款88亿元作为这一重大科技专项的经费。 目前使用的电动汽车一次充电后在市场里程100-300公里，这个数字通常是需要保持适当的速度及具有良好的电池控制系统可以保证，且绝大多数电动汽车在一般行驶环境的里程只有50 100公里。电动汽车的里程缩短已成为传统燃料汽车的致命弱点普通电池的充放电次数只有300400次，即使电池充放电次数好的性能也可达到700900倍，由当年的200充放电量计算，电池寿命可达4年以上，与油车寿命相比太短。另外，不同类型的电池在性能上各有优缺点，如铅酸蓄电池成本低，原料丰富，易于回收，但里程短，加速功率差，寿命短。镍镉电池加速动力，使用寿命长，但成本高，回收率差。钠硫电池具有较高的比能，能提供较长的里程。但它需要苛刻的工作环境，其销售物质具有高度腐蚀性和爆炸性。总的来说，成熟电池的寿命比较短。现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和质量。如果电动汽车自身装备质量大就会影响加速性能和最大车速的提高。例如，现有电动汽车电池的外体积一般要达到550 L当把这么大体积的电池用于家庭轿车上时，就必然要挤占轿车的行李厢空间。主要是电池技术复杂，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技术，致使电动汽车的造价居高不下。电动汽车蓄电池的价格约为100美元kWh，甚至有的高达350美元kWh，成本太高，用户难以承受。电动汽车本身虽无排放污染，但其间接污染也是不容忽视的。如铅酸电池中的铅，从开采、冶炼到生产的排污，都会对环境造成污染。再如所用电能，相当大一部分来自火力发电，煤炭燃料也会造成大气污染。自上世纪爆发石油危机后，不少跨国汽车公司都开始研制电动汽车。其中不乏福特，丰田等知名大型汽车厂。可以预见到电动汽车的发展将会是本实际汽车工业的重点和主流。电动汽车具有无排放污染、噪声低、易于操纵、维修及运行成本低等优点，在环保和节能上具有不可比拟的优势，它是解决人类巨大能源和环境压力的最有效途径。上文已经提到电动车问世以来，主要有三种形式，即纯电动车、混合动力汽车和燃料电池电动车。下面就详细的来说说这几种形式的电动车。纯电池电动车是完全由二次电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力的汽车。纯电池技术发展已经相当成熟，国外汽车发达国家和我国都进行了小批量生产。近日，北京公交线上推出的两辆以铅酸蓄电池和锂离子电池为动力的电动车已投入商业运行，表现出了较好的经济性和环保性。纯电池电动车具有无污染，零排放等优点，但其缺点也十分突出，能量低，质量大，充电时间长，成本高，折旧快，还容易对环境造成二次污染，其应用范围有限。混合动力汽车采用内燃机和电动机两种动力，克服了纯电池电动车行驶里程短、充电时间长等致命弱点，虽然混合动力车不能实现零排放，但其兼俱环保与节能，同时又能实现规模生产，因此，具有非常好的发展前景。近年来，世界各大汽车公司纷纷推出这种车型日本已经走在了世界前列，如丰田汽车公司推出的PRIUS汽车，本田推出的 INSIGHT汽车均早已上市。PRIUS汽车尾气排放水平仅相当于日本现行法规的1/10，耗油量和二氧化碳排放量相当于普通汽车的1/2，最高时速达 140公里。我国的混合动力汽车研究也进入了实质性阶段。1999年，清华与厦门金龙展出了联合研制的混合力客车，今年4月，一汽展出了刚生产的混合动力红旗轿车。专家指出，燃料电池汽车是未来汽车的发展方向。日本媒体认为燃料电池技术，将成为21世纪汽车工业的核心技术，谁掌握了这种技术开发主导权，谁将成为汽车业的领袖。燃料电池，这是一种能与燃油发动机相比的电池，可以使用包括再生燃料在内的所有含氢元素的燃料。燃料电池车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生电能启动电动机进而驱动汽车。由于大量的纯氢难以贮存在汽车上，而且加氢站也没有那么多，因此，汽车制造商们正试图使用汽油或甲醇，不过要在汽车上安装燃料重整装置，从这些物质里提出氢。但是这将会产生极少的二氧化碳和氮氧化物，总的来说，这类化学反应除了电能，就只产生水，因此，燃料电池车被称为“地道的环保车”。曾研发出“氢动一号”（液氢燃料电池概念车）的美国通用汽车公司，最近推出了汽油燃料重整技术燃料电池，新研制的CENIII型车载燃料重整器比起前期产品体积、重量大大减少，预计其能量利用，污染物排放几乎为率可达.40%，而且可以充分利用现有的加油站等设施，它为燃料电池车批量生产奠定了基础。我国第一辆具有自主知识产权的燃料电动公共汽车也已在东风汽车工程研究院问世，它的研制成功，缩短了中国汽车工业在这一领域与国外同行的差距。据有关专家分析，我国的汽车工业几乎没有结构调整的沉重包袱，完全可以充分利用后发优势，以电动车为新契机，集中力量解决以电池为中心的关键技术问题，在21世纪凭借国内仍较低的劳动力成本，在国际汽车市场上以电动汽车与工业发达国家展开竞争。在上世纪我国已经错失了汽车工业的黄金发展期。在即将到来的新能源汽车，不管是电动还是其他能动的汽车上这一块，我们都应该加倍努力的去把握住。1.3课题研究意义当今，能源和环境对人类越来越重要。改善人类生活环境的要求越来越高。为了适应这一发展趋势，各国政府、学术界和工业界纷纷加大对电动汽车发展的投入，加快电动汽车的商业化进程。虽然电动汽车在能源和行驶里程上还不尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度看，经过漫长而艰难的发展过程，电动汽车面临着重大的技术突破，有望成为第二十一世纪的重要交通工具。通过本次毕业设计，培养自己的综合运用机械原理、机械设计、材料力学、机械设计理论力学课程；掌握基本的步骤，并知道一些细节需要注意在电动汽车驱动桥的设计过程。系统掌握机械设计知识，完善理论与实践，分析问题和解决问题的能力，将理论知识与生产实践相结合学习，为今后的工作和工作创造性地打下坚实的基础。根据机械设计、制造和自动化的特点，着重介绍了以下五个方面：（1）有能力研究和学习中外文学，阅读和翻译；（2）综合运用基础理论、专业理论和知识分析，解决实际问题的能力；（3）访问和使用专门设计手册的能力；（4）有设计、计算和绘图的能力，包括使用电脑绘图的能力；（5）能够撰写设计指导书（论文）。1.4 课题研究任务及研究方法设计了电动汽车驱动桥，完成了方案的确定、绘制和编写，满足了毕业设计的所有要求，并顺利通过了毕业设计的答辩。按照毕业设计的具体设计任务，学习文献检索，电动汽车驱动桥的工作原理的理解，国内外现状，功能和发展，阐明了设计思路，确定初步设计方案的方向发展。学习使用设计过程CAD软件必备绘图。其次，根据设计任务书，给出参数和技术要求，确定电动汽车驱动桥结构，设计电动汽车驱动桥。在老师的帮助下，可以完成部分零件的设计，从而达到预期的效果，完成了电动汽车驱动桥的设计。主要研究方法有：（1）利用我国图书馆文献资源进行文献检索；（2）向老师寻求帮助，参加各种实验练习；（3）理论联系实际，多做，多思考。第2章 电动车观光车的总体设计2.1 技术参数电动车是指利用太阳能电池的光伏特性将太阳能转化为电能，并利用该电能作为能源驱动行使的汽车。它由驱动桥、转向系、制动系、车架、车身、太阳能电池板、蓄电池、驱动电机和电控系统等组成。电动汽车的驱动桥处于传动系的末端，它的基本功用是增大由传动器传来的转矩，将转矩分配给左右驱动车轮，并使左右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于 路面和车架之 间的铅垂力、纵向力和横向力。转向系的功用是改变汽车的行驶方向和保持汽车稳定的直线行驶。汽车一般采用前轮转向。转向系的主要组成机构包括：转向盘、转向器、转向传动杆系等。制动系是用来强制汽 车减速或停车，并可使汽车在坡道上停放的装置。为保证汽车在紧急情况下可靠的制动，应有两 套独立的制动系统，其中一种是用机械方式传递其操纵力的。制动系的主要组成机构包 括：制动踏板、驻车制动杆、车轮制动器等。车身包括驾驶室和各种形式的车厢，用以容纳驾驶员、乘客和装载货物。电动观光车参数：性能：最高车速30km/h， 最大爬坡度：20%（满载）后轮距： 1200 mm轮胎：165/70 R13整备质量：1200kg，载重 1100 kg电机：额定功率5kW, 额定转速2500rpm, 额定转矩18Nm 电机外形最大直径190mm, 长度260mm2.1.1 电动机参数：最大功率P=（V+V） （2-1）=(30+30)=1.56kw其中：传动效率0.9，g重力加速度，滚动阻力系数0.0165，C空气阻力系数0.65，A汽车正面投影面积，m汽车质量。取 安全裕量系数为1.1，则电机最大功率应为2.18kW，根据电机资料，以最接近原则选取2.2kW的串励直流电机，其额定转速为，额定转速时的扭矩为； 2.1.2 轮胎参数直径工作半径，单边宽最大承载437kg，胎压0.3MPa；2.1.3 传动比计算=9.15 （2-2）式中：为汽车的最高车速；是最高车速时发动机的转速；为车轮的滚动半径。2.1.4 最大爬坡度计算= =46.6=36.6Km最大牵引力F= = =118Kg=0.0165 =11.8%10%，故满足设计要求。2.2 总体布置计算2.2.1 各部分质量及重心坐标：蓄电池：尺寸522240242,总电压48V,容量160AH,重260Kg,重心坐标（720,371）.直流电动机：功率2.2KW,电压48V,电流57A,转速2800r/min,重26Kg，重心坐标(1840，260).太阳能电池:多晶硅,%,功率430W,最大功率时电压52V,尺寸2200160050,重约60Kg,重心坐标(1600,1875).转向系统:包括前车轮、悬架、制动器,重约60Kg,重心坐标(100,260).驱动系统:包括减速器、差速器、半轴、后车轮、制动器,重约100Kg,重心坐标(1950,260).车架、车身:重约80Kg,重心坐标(1000,225).2.2.2 空载及满载时重心坐标空载总质量约600Kg,满载总质量约880Kg则空载时重心坐标 （2-5） 计算结果x=1020，y=460满载时重心坐标 计算结果=1080,=5702.2.3 轴荷分配计算满载静止时 （2-6）其中：前轴负荷，后轴负荷，汽车总质量L汽车轴距，a质心距前轴距离，b质心距后轴距离=405Kg,=475Kg满载行驶时 其中为附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上，该值为0.70.8，取0.75。=275Kg,=605Kg满载制动 Kg,341Kg2.3 驱动桥形式的确定一般的汽车结构中，驱动桥包括减速器、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件。根据其齿轮类型、主动齿轮和从动齿轮的安置方法以及减速方式的不同，减速器的结构形式也不同。减速器的传动比、驱动桥的离地间隙和计算载荷是减速器设计的原始数据，要在总体设计时就确定。由于发动机在汽车上是纵向安置的，减速器将用来改变转矩的传递方向。为了使汽车有足够的牵引力和适当的最高车速，减速器进行增大转矩、降低转速的变化。差速器用来解决左右车轮间的转矩分配问题和差速要求。当汽车转弯或在不平路面上行驶时，左右车轮在同一时间内所滚动的行程是不一样的，因此其转速也应不同。因此，要求驱动桥在传递转矩给左右车轮的同时，能使它们以适应上述运动学要求的不同角速度旋转，这一要求是由差速器来实现的。装有差速器的汽车，当左右齿轮与地面的附着系数不同且一个驱动车轮滑转而失去牵引力时，另一个附着好的驱动车轮也将丧失牵引功能。驱动车轮的传动装置的功用在于将转矩由差速器半轴齿轮传到驱动车轮。对转向驱动桥，则必须在驱动车轮的传动装置中安装等速万向节，对于非转向驱动桥来说，驱动车轮的传动装置也要用万向节传动。如果驱动车轮不是转向轮，则车轮直接由连接差速器和轮毂的半轴来驱动，这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，轮边减速器的主动齿轮与半轴齿轮以半轴连接。桥壳起着支撑汽车荷重的作用，并将载荷传递给车轮，作用在车轮上的牵引力、制动力等力都是通过桥壳传到车架上。因此，桥壳既有承载作用，又有力的传递，同时还是减速器、差速器、半轴的外壳。在汽车行使过程中，桥壳承受繁重的载荷。因此，桥壳既要结构简单，降低成本以及方便拆装维修，又要考虑在动载荷下有足够的强度和刚度。轮胎与车轮支撑汽车质量，并承受路面的各种反力，如驱动力和制动力，在汽车转弯时，还要承受侧向力以及吸收汽车行使时产生的动载荷和振动。车轮由轮辋和轮辐组成。轮胎装在轮辋上，轮辐用轮胎螺栓固定在轮毂上。轮辋是轮胎安装的基础，既要支撑轮胎，又要保证轮胎拆卸方便。本设计驱动系统采用单电机集中驱动系统，由减速箱总成、差速器总成及驱动桥组成，驱动电机与减速器主动齿轮直接相连，通过两级减速，将扭矩传送到左右两个驱动轮。电机轴线与车轮轴线平行，因此减速器采用两极圆柱齿轮传动。半轴采用全浮式结构，与轮毂用螺钉连接传递转矩。桥壳采用组合式结构，一端由轮毂轴承支承在车轮上，另一端与减速器相连。桥壳的设计还要与悬架等配合，根据它的结构和尺寸设计连接部件。第3章 电动车驱动桥设计3.1减速器的设计3.1.1运动和动力参数计算高速轴： 中间轴： 低速轴 3.1.2 齿轮参数计算高速级齿轮传动设计：（1）齿轮均采用斜齿传动，6级精度，齿面渗碳淬火。材料选择：小齿轮：38SiMnMo,调质，硬度 320340HBS；大齿轮：35SiMn，调质，硬度 280300 HBS。查得，=790,=760； =640，=600。（2）按接触强度初步确定中心距，并初选主要参数。 式中 小齿轮传递的转矩=7.5载荷系数K：K=1.6。齿宽系数：取=0.4。齿数比u:暂取u=3.55。许用接触应力： 取最小安全系数=1.1，按大齿轮计算=691将以上数据代入计算中心距的公式得=56圆整为标准中心距为=60。按经验公式，=（0.0070.02）=（0.0070.02）60=0.421.2 取标准模数=1。初取，=。 取，精求螺旋角 所以 （3）校核齿面接触疲劳强度 式中分度圆上的圆周力 使用系数动载系数： 根据齿轮圆周速度，齿轮精度等级为9级。将有关值代入式（3-17）得齿向载荷系数： 齿向载荷分配系数：按，查得节点区域系数：按，查得。查得接触强度计算的重合度及螺旋角系数查得：首先计算当量齿数求当量齿轮的端面重合度。按，分别查得。所以。按，纵向重合度。按，查得。将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得计算安全系数： 式中，寿命系数：先计算应力循环次数：对调质钢，查得。润滑油模影响系数：按照，选用220号中级压型工业齿轮油，其运动粘度，查得。工作硬化系数：因为小齿轮齿面未硬化处理，齿面未光整，故取。接触强度计算的尺寸系数。将以上数值代入安全系数的计算公式得查得，。，故安全。（4）校核齿根弯曲疲劳强度 式中弯曲强度计算的载荷分布系数：弯曲强度计算的载荷分配系数：复合齿行系数：按，查得。弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数：按，查得将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得计算安全系数： 式中，寿命系数：对调质钢，按，查得，按，查得相对齿根圆角敏感系数。相对齿根表面状况系数：齿面粗糙度，得。尺寸系数：查得。将以上数值代入安全系数的公式得查得，取。及均大于，故安全。（5）主要几何尺寸取低速级齿轮传动设计（1）齿轮均采用斜齿传动，6级精度，齿面渗碳淬火。材料选择：小齿轮：38SiMnMo,调质，硬度 320340HBS；大齿轮：35SiMn，调质，硬度 280300 HBS。查得，=790,=760； =640，=600。（2）按接触强度初步确定中心距，并初选主要参数。 式中 小齿轮传递的转矩=26.625载荷系数K：K=1.6。齿宽系数：取=0.54。齿数比u:暂取u=2.54。许用接触应力： 取最小安全系数=1.1，按大齿轮计算=691将以上数据代入计算中心距的公式得=74.9圆整为标准中心距为=100。按经验公式，=（0.0070.02）=（0.0070.02）100=0.72 取标准模数=1.5。初取，=。 取，精求螺旋角 所以 （3）校核齿面接触疲劳强度 式中分度圆上的圆周力 使用系数动载系数： 根据齿轮圆周速度，齿轮精度等级为9级。将有关值代入式（3-17）得齿向载荷系数： 齿向载荷分配系数：按，查得节点区域系数：按，查得。查得接触强度计算的重合度及螺旋角系数查得：首先计算当量齿数当量齿轮的端面重合度。按，分别查得。所以。按，纵向重合度。按，查得。将以上各数值代入齿面接触应力计算公式得计算安全系数： 式中，寿命系数：先计算应力循环次数：对调质钢，查得。润滑油模影响系数：按照，选用220号中级压型工业齿轮油，其运动粘度，查得。工作硬化系数：因为小齿轮齿面未硬化处理，齿面未光整，故取。接触强度计算的尺寸系数。将以上数值代入安全系数的计算公式得查得，。，故安全。（4）校核齿根弯曲疲劳强度 式中弯曲强度计算的载荷分布系数：弯曲强度计算的载荷分配系数：复合齿行系数：按，查得。弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数：按，查得将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得计算安全系数： 式中，寿命系数：对调质钢，按，查得，按，查得相对齿根圆角敏感系数。相对齿根表面状况系数：齿面粗糙度，得。尺寸系数：查得。将以上数值代入安全系数的公式得查得，取。及均大于，故安全。3.2 差速器的设计差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右驱动车轮以不同的角速度滚动，以保证两侧驱动车轮与地面间作纯滚动运动。图 汽车转弯时驱动轮运动示意图汽车行驶时，左右轮在同一时间内所滚动的路程往往不等。如图1-1所示，在转弯时内、外两侧车轮转弯半径R1和R2不同，行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内测车轮；汽车在不平的路面行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直的路面行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、胎面磨损程度不同以及制造误差等因素的影响，也会引起左、右车轮因滚动半径不同而使左、右车轮行驶不等。如果驱动桥的左、右车轮钢性连接，则行驶时不可避免地会产生驱动轮在路面上滑移或是滑转。这样不仅会加剧轮胎磨损与功率和燃料的消耗。而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车就要安装差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角速度，满足了汽车行驶运动学的要求。而为了方便安装和调试差速器，还解决现在差速器的从动齿轮尺寸不受限制所以设计了安装在轮毂的差速器称为轮边差速器，在两轴间分配转矩，保证两输出轴有可能以不同的角速度转动。使汽车行驶时能作纯滚动运动，提高了车辆的通过性。差速器采用对称式锥齿轮结构，其原理如下图 所示。 图 差速器差速原理图差速器壳3与行星齿轮5连成一体，形成行星架。因为它又与主减速器从动齿轮6固连在一起，故为主动件，设其角速度为o;半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为1和2.A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿轮的中心点为C，A、B、C三点到差速器旋转轴线的距离均为r。当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处在同一半径r上的A、B、C三点的圆周速度都相等，其值为or.于是，1=2=o，即差速器不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳3的角速度。行星齿轮在公转的同时也在进行自传，如图当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度4自转时，啮合点A的圆周速度为1r=or+4r4，啮合点B的圆周速度为2r=or-4r4.于是有1r+2r=（or+4r4）+(or-4r4)即 1+2=2o若角速度以每分钟转数n表示，则 n1+n2=2no （2-1）式（2-1）为两半轴齿轮直径相等的对称式齿轮差速器的运动性方程式。它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。因此，在汽车转弯行驶或其他行驶情况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。由式（2-1）可得知：当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；当差速器壳转速为零时，若一侧半轴齿轮受到其他外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动。对称式锥齿轮差速器的转矩分配O：由主减速器传来的转矩，经由差速器壳、行星齿轮轴和行星齿轮传给半轴齿轮。行星齿轮相当于一个等臂杠杆，而两个半轴齿轮的半径也是相等的。因此，当行星齿轮没有自转时，总是将转矩O平均分配给左、右两半轴齿轮，即1=2=02。当两半轴齿轮以不同的转速朝相同的方向转动时，设左半轴转速n1大于右半轴转速n2，则行星齿轮将按顺时针的方向绕行星齿轮轴自转。此时行星齿轮孔与行星齿轮轴轴颈间以及齿轮背部与差速器壳之间都产生摩擦。行星齿轮所受的摩擦力矩r方向与行星齿轮的转向相反，此摩擦力矩使行星齿轮分别对左、右半轴齿轮附加作用了大小相等而方向相反的两个圆周力，因此当左、右驱动车轮存在转速差时，1=（0-r）2，2=（0+r）2.左、右车轮上的转矩之差等于差速器的内摩擦力矩r。为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性，常以锁紧系数K表示K=（2-1）0=r0差速器内摩擦力矩r和其输入转矩0（差速器壳体上的力矩）之比定义为差速器锁紧系数K。快慢半轴的转矩之比21定义为转矩比，以Kb=21=(1+K) (1-K)目前广泛使用的对称式锥齿轮差速器的内摩擦力矩很小，其锁紧系数K=0.050.15，转矩比Kb为1.11.4.可以认为，无论左、右驱动车轮转速是否相等，其转矩基本上总是平均分配的。这样的分配比例对于汽车在好的路面上直线或转弯行驶时，都是令人满意。但是当汽车在坏的路面行驶时，却严重影响了通过能力。例如，当汽车的一个驱动车轮接触到泥泞或冰雪路面的时候，在泥泞路面上的车轮原地滑转，而在好路面上的车轮静止不动。这是因为在泥泞路 车轮与路面上车轮与路面之间附着力很小，路面只能对半轴作用很小的反作用很小的反作用转矩，虽然另一车轮与好路面间的 附着力较大，但因对称式锥齿轮差速器 有转矩平均分配的特性，使这一个车轮分配到的转矩只能与传到滑转的驱动车 轮上的很小的转矩相等，致使总的驱动力不足以克服行驶阻力，汽车便不能前进。在图 容易看 出汽车在直线行驶时候两半轴的转速相等和在转弯行驶时实现两半轴转速不等： 图 差速器工作时转矩变化图 当汽车在直线行驶时，此时行星齿轮轴将转距平均分配两半轴齿轮，两半轴齿轮转速恒等于差速器壳的转速，传递给左右车轮的转矩也是相等的。此时左右车轮的转速时相等的。而当汽车转弯行驶时，其中一个半轴转动一个角，两半轴的转矩就得不到平均分配，必然出现一个转速大，一个转速小，此时汽车就平稳地完成了转弯行驶。 差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合状态，只有当汽车转弯或左右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度校核。轮齿弯曲强度为: MPa 上式中： 为差速器一个行星齿轮传给一个半轴齿轮的转矩，其计算式在此将取为498.06Nm； 为差速器的行星齿轮数； b2、d2分别为半轴齿轮齿宽及其大端分度圆直径mm； 为尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关， 当时，在此0.629； 为载荷分配系数，当两个齿轮均用骑马式支承型式时，1.001.1；其他方式支承时取1.101.25。支承刚度大时取最小值。 为质量系数，对于汽车驱动桥齿轮，当齿轮接触良好，周节及径向跳动精度高时，可取1.0； 为计算汽车差速器齿轮弯曲应力用的综合系数，可取=0.225。 当T=minTce,Tcs时，=980 Mpa；当T= Tcf时，=210Mpa。 根据上式可得：=478.6MPa980 MPa所以，差速器齿轮满足弯曲强度要求。3.3 轴的设计材料选择45钢，调质处理，硬度217255HBS，许用疲劳应力。（1）高速轴a 最小轴径的确定取A=115由于有花键，适当增加轴径，取。b 主要分布零件有：齿轮、轴承、轴承端盖等。c 根据工况，选择轴承类型为滚动轴承 6002。 基本尺寸：15mm32mm9mm 配合轴段直径为15mmd 齿轮安装：安装轴段直径24mm，轴段长度26mm。e 齿轮定位：由于齿轮分度圆直径小于两倍轴径，故齿轮采用齿轮轴。（2）中间轴a 中间轴为实心轴，故 取A=115由于开有键槽，轴径适当增加，取。b主要分布零件有：齿轮、轴承、键、轴承端盖等。c 根据工况，选择轴承类型为滚动轴承 6004。 基本尺寸：20mm42mm12mm 配合轴段直径20mmd 齿轮安装：安装轴段直径 大齿轮25mm，小齿轮25mm。 安装轴段长度 大齿轮32mm，小齿轮40mm。e 齿轮定位：大齿轮：一端采用轴肩定位，轴段直径32mm，轴段长度8mm。 另一端采用套筒定位，套筒内径20mm,外径28mm,长度10mm。 径向定位采用平键，基本尺寸33mm10mm8mm。小齿轮：一端采用轴肩定位，轴段直径25mm，轴段长度42mm。 另一端采用套筒定位，套筒内径20mm,外径32mm,长度4mm。 径向定位采用平键，基本尺寸26mm8mm7mm。3.3.1 轴的强度校核（1）高速轴高速轴的受力分析如图3-1所示。高速轴传递的转矩 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 计算作用在轴上的支反力：如图3-1（a）,垂直面内的支反力：如图3-1（c）,水平面内的支反力 ：计算齿