畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 師簽名： 摘要 近幾年來(lái)，因?yàn)榄h(huán)境的污染變得越來(lái)越嚴(yán)重，電動(dòng)車(chē)這一領(lǐng)域逐漸得大家的關(guān)注的支持，而在近幾年，電子商務(wù)的急速發(fā)展的,使得電商物流得到了快速的發(fā)展，電商物流的流量急劇增長(zhǎng)，所以電動(dòng)物流車(chē)也成了這一領(lǐng)域的重要分支之一，在專(zhuān)用車(chē)領(lǐng)域占很大的比例。并且在城市里面的污染也變得越來(lái)越嚴(yán)重的情況下，一種新型交通工具—純電動(dòng)物流車(chē)，逐漸得到的政府大力推廣。電動(dòng)汽車(chē)絲毫沒(méi)有污染排放，并且穩(wěn)定性大于傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，在經(jīng)濟(jì)性方面也有明顯的優(yōu)點(diǎn)。此外,驅(qū)動(dòng)橋作在純電動(dòng)物流車(chē)中作為傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部分，在電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)中有著非常重要的作用。驅(qū)動(dòng)橋的構(gòu)造和驅(qū)動(dòng)形式以及驅(qū)動(dòng)橋的安放對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響，本文主要是針對(duì)在現(xiàn)有輕型貨車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將傳統(tǒng)的輕型物流車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)結(jié)合，通過(guò)在結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)形式上的改進(jìn)，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)部分產(chǎn)生較大的影響，電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)對(duì)于電動(dòng)物流車(chē)的形式動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的部分提高有著重要的設(shè)計(jì)以及指導(dǎo)意義。 論文主要根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)要求，參考相關(guān)書(shū)目和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，分析驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式布置形式以及驅(qū)動(dòng)形式，并且對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的減速齒輪差速器半軸等結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算，然后進(jìn)行校核，最后運(yùn)用CATIA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋的建模，并對(duì)所建的模型進(jìn)行理論分析，分析受力情況以及形變等，然后用有限元軟件進(jìn)行仿真，以查看設(shè)計(jì)所得結(jié)構(gòu)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)所需要求。 研究結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的新型電動(dòng)物流車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋的滿(mǎn)足題目中給的條件要求。 本文的特色：參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)并建模，最后用有限元軟件分析。 關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；驅(qū)動(dòng)橋；CATIA；有限元分析 Abstract In recent years, due to more and more serious environmental pollution, electric vehicles in this area gradually get everyone's favor, and in the rapid development of e-commerce under the strong pull, electricity business logistics to maintain a sharp growth, so the electric logistics car has become One of the important branches of this field, in the field of special vehicles accounted for a large proportion. And in the case of urban pollution more and more serious, pure electric vehicle traffic car has gradually become a new type of transport vehicles, electric vehicles with zero pollution emissions, the advantages of high economic advantages, and the driving stability of the noise is small, and the drive axle in the electric Automobile power transmission accounted for an important proportion of the drive axle structure and drive the form and layout of the car will have a great impact on the power and economy, this paper is mainly for the existing light truck drive bridge on the basis of The design of the drive axle of the traditional light logistics vehicle has a great influence on the transmission efficiency of the drive axle through the improvement of the structure and function. The design of the electric vehicle driving axle is the dynamic and economical Sexual promotion has important guiding significance. Based on the design requirements of the electric vehicle, the paper analyzes the structure and the driving form of the drive axle with reference to the relevant bibliography and design standards, and calculates the parameters of the axle of the reduction axle of the drive axle, Core, and finally use CATIA to carry on the modeling of the driving axle, and carry on the theoretical analysis to determine the force situation, then uses the finite element software to carry on the simulation to see whether the designed structure satisfies the design request, The results show that the design of the new electric vehicle driving axle meets the requirements. The characteristics of this article: reference to the relevant standards for design and modeling, and finally with finite element software analysis. Key Words：electric vehicle; driving axle; CATIA; finite element analysis 目錄 第1章緒論 1 1.1 研究的目的和意義 2 1.1.1研究目的 2 1.1.2研究意義 2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1.2.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 3 1.2.2 國(guó)外現(xiàn)狀 3 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 4 第2章驅(qū)動(dòng)橋總成介紹及動(dòng)力參數(shù)匹配 5 2.1 純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋原理 5 2.2純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)選型 5 2.2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的布置形式 5 2.2.2驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式 6 2.3純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)匹配 6 2.3.1純電動(dòng)物流車(chē)基本參數(shù)和設(shè)計(jì)要求 8 2.3.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算 9 第3章驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 3.1斜圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì) 12 3.1.1材料 12 3.1.2齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3.1.3校核齒面接觸強(qiáng)度 14 3.3.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 3.2.1材料 15 3.2.2軸徑計(jì)算 15 3.2.3軸的設(shè)計(jì) 16 3.2.4軸強(qiáng)度驗(yàn)算 16 3.3軸承計(jì)算 19 3.3.1齒輪傳動(dòng)軸承選型 19 3.3.2差速器軸承 19 3.4差速器的選型及分析 19 3.5半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 3.5.1概述 23 3.5.2半軸受力分析 23 3.5.3全浮半軸桿部直徑的初選 24 3.5.4全浮半軸強(qiáng)度計(jì)算 24 3.5.5全浮式半軸花鍵強(qiáng)度計(jì)算 24 3.6驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)計(jì)算 25 3.6.1三種工況分析 25 3.6.2各種工況計(jì)算 26 第4章驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析 29 4.1橋殼基本參數(shù) 29 4.2橋殼的分析 29 4.2.1材料的選擇 29 4.2.2驅(qū)動(dòng)橋殼的載荷與約束 30 4.2.3橋殼在四種工況下的靜力學(xué)分析 31 參考文獻(xiàn) 35 致謝 36 第1章緒論 現(xiàn)代汽車(chē)已經(jīng)發(fā)展了幾百年了,他們的技術(shù)也越來(lái)越成熟，從第一臺(tái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)到現(xiàn)在，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)有了極大的發(fā)展和改善，在這巨大的汽車(chē)市場(chǎng)里面，各種汽車(chē)都都在各個(gè)廠商和政府的支持下涌現(xiàn)出來(lái)，尤其是在中國(guó)市場(chǎng)里面，由于我國(guó)的人口數(shù)量本來(lái)就巨大和近年來(lái)人們生活水平的不斷提高，一是改革開(kāi)放以來(lái)各種合資車(chē)國(guó)產(chǎn)車(chē)的涌入市場(chǎng)，使得現(xiàn)在市場(chǎng)上的非純電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)有存在數(shù)量巨大。但是在這龐大的汽車(chē)市場(chǎng)前面，由于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)排放造成的污染是巨大的,近年來(lái),煙霧現(xiàn)象越來(lái)越受到人們的重視，交通也越來(lái)越擁堵，由此對(duì)人們的健康造成的危害也越來(lái)越嚴(yán)重。在環(huán)境問(wèn)題以及能源危機(jī)突出的情況下，世界上的各個(gè)國(guó)家對(duì)排放的控制越來(lái)越嚴(yán)格，因此出現(xiàn)了電動(dòng)汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)根據(jù)形式的不同可以分為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)，在最近幾年中，混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展迅速，盡管混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)相比于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如有著著油耗相對(duì)較低并且行駛里程相對(duì)普通的電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榻鼛啄晔袌?chǎng)上出現(xiàn)了很多混合動(dòng)力汽車(chē)，但是混合動(dòng)力汽車(chē)由于內(nèi)燃機(jī)的繼續(xù)存在汽車(chē)?yán)锩妫詿o(wú)法避免的會(huì)產(chǎn)生一部分污染現(xiàn)象，而純點(diǎn)動(dòng)汽車(chē)由于其完全無(wú)污染，在此后必然會(huì)取代這一種過(guò)渡產(chǎn)物，并且隨著新能源技術(shù)的不斷更新，純電動(dòng)汽車(chē)的的發(fā)展和應(yīng)用也越來(lái)越廣，從國(guó)外的寶馬的電動(dòng)轎車(chē)到最近很火特斯拉的電動(dòng)跑車(chē)以及轎車(chē)的進(jìn)入市場(chǎng)，以及近年來(lái)國(guó)內(nèi)的各種電動(dòng)車(chē)的興起，純電動(dòng)汽車(chē)的在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用也越來(lái)越寬廣,在汽車(chē)、商用車(chē)以及代步車(chē)等都有著廣泛的應(yīng)用。純電動(dòng)物流車(chē)作為穿電動(dòng)汽車(chē)方向的一個(gè)方向點(diǎn)，越來(lái)越有著重要的作用，這幾年來(lái)純電動(dòng)物流車(chē)市場(chǎng)增長(zhǎng)迅猛，是我國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)要持續(xù)發(fā)展不可避免的一個(gè)重要組成部分，并且在目前階段物流車(chē)占到專(zhuān)用車(chē)市場(chǎng)比例的半數(shù)以上。近年來(lái)隨著電子商務(wù)的不斷普及，人民生活水平的不斷提高，電動(dòng)物流車(chē)市場(chǎng)勢(shì)頭發(fā)展迅猛，在去年以及前年都是是純電動(dòng)物流車(chē)實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展的幾年，在目前國(guó)內(nèi)的物流市場(chǎng)整體趨于成熟的情況下，實(shí)現(xiàn)最后一公里的這一交通工具不盡理想，不論是從能源與環(huán)境，交通安全還是運(yùn)輸?shù)男识?，但是純電?dòng)物流車(chē)有著續(xù)航里程短的缺點(diǎn)，但是可以滿(mǎn)足在同一座城市里面運(yùn)輸?shù)男枨螅⑶液芏噍p型物流車(chē)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上就可以進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)的物流運(yùn)輸要求。 目前市場(chǎng)上的穿電動(dòng)物流車(chē)正面臨著輕量化和更長(zhǎng)的行駛里程的方面發(fā)展，而這其中驅(qū)動(dòng)橋的研究是不可或缺的，驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式以及發(fā)揮的性能的不同會(huì)對(duì)汽車(chē)的整車(chē)質(zhì)量的輕量化以及汽車(chē)的動(dòng)力性還有燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大或者巨大的影響，如果驅(qū)動(dòng)橋的質(zhì)量過(guò)大，對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都不利，國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)橋的制作大多運(yùn)用傳統(tǒng)工藝，難以對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)的要求做到滿(mǎn)足，驅(qū)動(dòng)橋是電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的不可或缺的一部分重要結(jié)構(gòu)，所以要求驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)中不僅要有足夠的強(qiáng)度和剛度，還有要有更小的質(zhì)量來(lái)滿(mǎn)足輕量化和更好的受力特性來(lái)滿(mǎn)足上述性能要求，為了滿(mǎn)足上述要求，本文在設(shè)計(jì)計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋的基礎(chǔ)上加以三維軟件建模并且進(jìn)行系統(tǒng)分析對(duì)純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行設(shè)計(jì)。 電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋有所差別，這些差別主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面，本身由于電動(dòng)機(jī)有很大的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩范圍，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)在轉(zhuǎn)速和扭矩方面表現(xiàn)的特性大不相同，因而電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋省略了離合器與變速器，取而代之的是通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，連接二級(jí)主減速器，進(jìn)而來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的要求。驅(qū)動(dòng)橋在設(shè)計(jì)中盡量進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足現(xiàn)在輕型物流車(chē)的行駛里程和裝載質(zhì)量的要求。 1.1 研究的目的和意義 1.1.1研究目的 隨著這幾年純電動(dòng)物流車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，以及國(guó)家對(duì)于環(huán)保的要求，純電動(dòng)物流車(chē)逐漸受到物流車(chē)市場(chǎng)的青睞，各大汽車(chē)企業(yè)也在爭(zhēng)相在這一領(lǐng)域有所突破或者搶占先機(jī)，但是國(guó)內(nèi)企業(yè)的在驅(qū)動(dòng)橋的生產(chǎn)中卻還是使用的傳統(tǒng)工藝進(jìn)行技術(shù)生產(chǎn)，與國(guó)外的差距很大,材料和質(zhì)量更高，并不能滿(mǎn)足近年來(lái)輕型物流車(chē)輕量化的要求，并且傳統(tǒng)的輕型物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋和純電動(dòng)物流車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋有所區(qū)別，所以本文針對(duì)純電動(dòng)物流車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足在驅(qū)動(dòng)橋性能的強(qiáng)度剛度的要求下盡量減少驅(qū)動(dòng)橋的質(zhì)量，用計(jì)算機(jī)上的三維軟件和分析軟件進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，可以極大的并且有效地減少設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，減少生產(chǎn)成本，并且提高驅(qū)動(dòng)橋的可靠性。 1.1.2研究意義 在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)方面，國(guó)內(nèi)的研究還處于尚未成熟的程度，但是在國(guó)外，很多企業(yè)的技術(shù)已經(jīng)變得非常成熟，想在這相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)趕超這些發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)是很難做到的，但在新能源應(yīng)用方面,各國(guó)都是同一戰(zhàn)線上面，我國(guó)在研發(fā)上面并不處于落后階段，在物流車(chē)方面，電動(dòng)物流車(chē)市場(chǎng)近年來(lái)不斷得到人們的關(guān)注，是新能源汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分，現(xiàn)階段物流專(zhuān)用車(chē)是我國(guó)專(zhuān)用車(chē)市場(chǎng)發(fā)展的有力支撐，產(chǎn)量占市場(chǎng)總量的一半以上，尤其是在電子商務(wù)興起之后，物流車(chē)市場(chǎng)上的數(shù)量越來(lái)越大，在《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，國(guó)家撥款來(lái)支持和培育發(fā)展能量消耗少的新能源汽車(chē)，以此來(lái)相對(duì)有效的在生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)展新能源和減少環(huán)境壓力，同時(shí)也是加快汽車(chē)發(fā)展新方向的升級(jí)，培育新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展點(diǎn)的重要方法，發(fā)展新型的純電動(dòng)物流車(chē)，一方能夠減輕環(huán)境的壓力，減少污染的排放，而且可以為我國(guó)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 對(duì)于純電動(dòng)物流車(chē)市場(chǎng)的興盛，傳統(tǒng)的商用車(chē)企業(yè)也已近進(jìn)入這一領(lǐng)域，其中包括東風(fēng)汽車(chē)公司，重慶瑞馳以及北汽福田、陸地方舟、唐駿歐鈴、陜西通家、江西江鈴、北京汽車(chē)等企業(yè)。在2015年上半年，純電動(dòng)物流車(chē)的總共產(chǎn)量達(dá)到了兩千多輛，有二十六個(gè)車(chē)企，他們生產(chǎn)超過(guò)五十多個(gè)車(chē)型。15年運(yùn)輸車(chē)的數(shù)量保持兩倍以上快速增長(zhǎng)，廂式物流車(chē)已經(jīng)成為專(zhuān)用車(chē)主要車(chē)型，在15年這一整年的純電動(dòng)專(zhuān)用車(chē)銷(xiāo)量總共達(dá)到接近五萬(wàn)輛之多，其中的物流車(chē)占到了百分之九十五以上，并且如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看的話(huà)，一方面是是城市物流車(chē)的需求量會(huì)越來(lái)越大，并且新生消費(fèi)會(huì)不斷的使得物流車(chē)的需求越來(lái)越多，而且電動(dòng)物流車(chē)隱藏市場(chǎng)空間寬闊，而且在國(guó)家下發(fā)了各種補(bǔ)貼和支持政策，因此看來(lái)電動(dòng)物流車(chē)仍然會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。 在這些生產(chǎn)純電動(dòng)物流車(chē)的廠家里面，東風(fēng)汽車(chē)公司生產(chǎn)的純電動(dòng)物流車(chē)在物流車(chē)行業(yè)里面排名領(lǐng)先；北汽股份生產(chǎn)純電動(dòng)共物流車(chē)生產(chǎn)數(shù)量處于第二；上汽大通也以他們的有力車(chē)型V80寬體輕客型物流車(chē)在純電動(dòng)物流車(chē)市場(chǎng)排名第三。 在驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)制造方面，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程中大多還是采用傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，但近些年來(lái)由于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的快速發(fā)展，各種設(shè)計(jì)研究都會(huì)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)結(jié)合，對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向和縱向的比較，因?yàn)椴粌H提高了生產(chǎn)效率，而且大量減少了生產(chǎn)時(shí)間，減少了實(shí)驗(yàn)測(cè)試次數(shù)。 1.2.2 國(guó)外現(xiàn)狀 一、日本電動(dòng)汽車(chē) 日本在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展方面在幾個(gè)技術(shù)強(qiáng)勁的國(guó)家中處于領(lǐng)頭位置, 尤其是在混合動(dòng)力汽車(chē)方面的技術(shù)以及生產(chǎn)制造方面, 日本更是在全世界處于絕對(duì)的帶頭地位。在混合動(dòng)力這個(gè)市場(chǎng)上，由于日本目前的技術(shù)水平，我們所熟知的就有包括豐田和本田在內(nèi)的兩大汽車(chē)生產(chǎn)公司，并且其產(chǎn)品的銷(xiāo)量也較高。這種銷(xiāo)量高的原因如下幾點(diǎn)：汽車(chē)制造業(yè)技術(shù)先進(jìn)的發(fā)達(dá)給日本帶了了一系列的優(yōu)勢(shì)，因此在混動(dòng)汽車(chē)這個(gè)市場(chǎng)里，他們的車(chē)型具有性能也相對(duì)優(yōu)秀、油耗較低、排量少等許多的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)可得，在二零一三年日本電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量占日本新車(chē)銷(xiāo)量的十幾個(gè)百分點(diǎn)。從市場(chǎng)銷(xiāo)量上來(lái)看，混動(dòng)版車(chē)型也買(mǎi)的相對(duì)較好。 二、美國(guó)電動(dòng)汽車(chē) 美國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀：美國(guó)汽車(chē)公司在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭并不迅猛, 美國(guó)國(guó)內(nèi)包括福特通用等的大型的汽車(chē)公司在純電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)和銷(xiāo)售方面產(chǎn)量并不多，這主要還是和他們的傳統(tǒng)汽車(chē)觀念不同，但是近幾年來(lái)猶如石油價(jià)格的一路上漲，國(guó)民也在追求低排放的要求，美國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展以三個(gè)大汽車(chē)公司領(lǐng)頭帶動(dòng)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，通過(guò)公司之間相對(duì)的發(fā)展合作來(lái)生產(chǎn)制造電動(dòng)汽車(chē)的各種零件。幾年來(lái)通過(guò)技術(shù)發(fā)展，美國(guó)已經(jīng)在混動(dòng)汽車(chē)方面已近有相對(duì)先進(jìn)的技術(shù)，并且產(chǎn)量也在逐年上升。美國(guó)電動(dòng)汽車(chē)全部銷(xiāo)量在二零一四年已經(jīng)達(dá)到一個(gè)新的水平，并且今年來(lái)由于特斯拉這一新興純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，純電動(dòng)汽車(chē)在美國(guó)也得到了相對(duì)較強(qiáng)勁的發(fā)展，但是混動(dòng)動(dòng)力汽車(chē)在美國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)仍然是的銷(xiāo)量較高的汽車(chē)。 三、歐洲電動(dòng)汽車(chē) 在歐洲的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展方面。歐洲一部分國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車(chē)有著很大的興趣，例如“城市電動(dòng)車(chē)”協(xié)會(huì)這種機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)。早在九五年，歐洲有電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)制造，在發(fā)展電動(dòng)車(chē)較好的幾個(gè)國(guó)家里，其中法國(guó)和德國(guó)在發(fā)展的前端。在最近幾年中，電動(dòng)汽車(chē)在歐洲發(fā)展快速，部分國(guó)家在發(fā)展純電動(dòng)車(chē)方面投資大，發(fā)展迅速。特別是自由貿(mào)易聯(lián)盟的發(fā)展使得電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量有較大的突破。 1.3本文研究的主要內(nèi)容 本文的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋，采用分階段設(shè)計(jì)，首先了解市場(chǎng)上已經(jīng)存在的純電動(dòng)物流車(chē)，進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，確定本文的設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行詳細(xì)的改進(jìn)措施，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)力的校核，針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)特點(diǎn)，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件CATIA ，在其中建模來(lái)得到驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)零部件三維模型，并在CATIA里面進(jìn)行總裝得到驅(qū)動(dòng)橋總成模型。使用軟件ANSYS來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足所給的要求，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下對(duì)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)以及材料進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和重新設(shè)計(jì)，減少制造的質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的缺點(diǎn)，因而提高驅(qū)動(dòng)橋可靠性。 主要內(nèi)容包括以下幾部分： （1）驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)分析及選型； （2）減速器、差速器、殼體等零部件參數(shù)的計(jì)算選擇； （3）主要零件強(qiáng)度校核； （4）裝備圖和零件圖繪制及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)； 第2章驅(qū)動(dòng)橋總成介紹及動(dòng)力參數(shù)匹配 2.1純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋原理 純電動(dòng)物流車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)橋在結(jié)構(gòu)并不相同，純電動(dòng)物流汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋相對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)取消了傳統(tǒng)汽車(chē)的的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器，結(jié)構(gòu)上由驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)減速器差速器帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪前進(jìn)或者倒退行駛，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)由驅(qū)動(dòng)電源帶動(dòng)，并且經(jīng)過(guò)電機(jī)的控制機(jī)構(gòu)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的不同速度行駛。 純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力是依靠電池產(chǎn)生的電源帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不僅使得排放污染完全為零，并且由于沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)變速器等結(jié)構(gòu)，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)到車(chē)輪上的效率增高，提高了電池能源的理由效率，除此之外，由于純電動(dòng)汽車(chē)相較于傳統(tǒng)的汽車(chē)沒(méi)有變速箱以及內(nèi)燃機(jī)等部件，其質(zhì)量也減輕了許多，使得整車(chē)的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，對(duì)于純電動(dòng)物流車(chē)而言，使得整車(chē)有了更多的裝載質(zhì)量，提高了汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性。 純電動(dòng)物流車(chē)的驅(qū)動(dòng)橋在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的最后端，其要實(shí)現(xiàn)的基本功能包括： 　?。?）把驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳遞來(lái)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)二級(jí)減速結(jié)構(gòu)、差速器、半軸等部件傳到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，因而實(shí)現(xiàn)降低車(chē)速并且增大轉(zhuǎn)矩； 　　（2）通過(guò)差速器的差速作用使得兩側(cè)車(chē)輪產(chǎn)生差速作用，保證內(nèi)、外側(cè)的車(chē)輪以不同的車(chē)速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能； （3）驅(qū)動(dòng)橋殼實(shí)現(xiàn)支撐車(chē)架和傳遞力和力矩的作用； 驅(qū)動(dòng)橋在傳動(dòng)系統(tǒng)的最后端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)橋的傳遞后的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩改變，并將其傳遞給驅(qū)動(dòng)輪。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、傳動(dòng)裝置以及驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。另外，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)身之間的制動(dòng)力矩和反作用力，垂直力，以及縱向力和橫向力。 2.2純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)選型 2.2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的布置形式 目前市場(chǎng)上的純電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)布置形式包括四種，分別是：機(jī)電集成化布置式、傳統(tǒng)前置后驅(qū)式、輪轂電機(jī)布置形式。傳統(tǒng)的前置后驅(qū)式僅僅是從傳統(tǒng)的原型車(chē)改裝而來(lái)，雖然改造過(guò)程簡(jiǎn)單，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題，例如整車(chē)的質(zhì)量并未減少，經(jīng)濟(jì)性較差，并且將傳統(tǒng)汽車(chē)的行李箱犧牲來(lái)作為電池的放置點(diǎn)，并且不利于整車(chē)重心的分配；第二種是輪轂電機(jī)的布置形式，這種電機(jī)雖然在結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，傳動(dòng)效率高，但是制和研究成本高，汽車(chē)的差速等功能的實(shí)現(xiàn)要靠電子差速器等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)復(fù)雜；最后一種是機(jī)電集成化布置，這種布置形式是將電機(jī)，減速器，差速器驅(qū)動(dòng)橋殼等元件集成在一起，這種結(jié)構(gòu)相較于前兩種來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單并且制造成本低，用在純電動(dòng)物流車(chē)等后驅(qū)車(chē)型上來(lái)說(shuō)有較好的的成本和動(dòng)力性以及經(jīng)濟(jì)性。 本文涉及的對(duì)象是在城市內(nèi)運(yùn)行的純電動(dòng)物流車(chē)，續(xù)航公里在150KM到300KM之間，既要考慮成本因素又要考慮裝載質(zhì)量，因此采用機(jī)電集成化布置式，即將電機(jī)布置在驅(qū)動(dòng)橋上，并且在驅(qū)動(dòng)電機(jī)和差速器之間加二級(jí)主減速器，在這種布置中包括兩種電機(jī)的布置形式，包括電機(jī)平行于橋殼布置和電機(jī)垂直于橋殼布置，電機(jī)垂直于橋殼布置所以至于在傳動(dòng)軸連接的主動(dòng)錐齒輪那里連接電動(dòng)機(jī)即可，但是這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)就是會(huì)增加汽車(chē)的縱向長(zhǎng)度和底盤(pán)高度，并且錐齒輪的造價(jià)性對(duì)于圓柱齒輪成本更高，而電機(jī)平行于驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式更加緊湊，并且由于采用了斜圓柱齒輪，制造成本降低，汽車(chē)質(zhì)心高度有所降低，有利于提高汽車(chē)的行駛平穩(wěn)性和操縱穩(wěn)定性，對(duì)于純電動(dòng)物流運(yùn)輸車(chē)比較適用，因此本文的設(shè)計(jì)采用的是電機(jī)平行于驅(qū)動(dòng)橋殼的布置形式。 2.2.2驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)形式 驅(qū)動(dòng)橋殼的作用是支撐并保護(hù)主減速器，半軸等零件，使得左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的位置相對(duì)不變，并且支撐上面懸架以及車(chē)身的質(zhì)量，在汽車(chē)行駛的時(shí)候，傳遞車(chē)輪傳來(lái)的各種力和力矩。 在驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)中，首先要保證驅(qū)動(dòng)橋殼有足夠的剛度和強(qiáng)度，其次要求驅(qū)動(dòng)橋的質(zhì)量不能過(guò)重，保證非簧載質(zhì)量要輕，使得汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性更好。驅(qū)動(dòng)橋殼從結(jié)構(gòu)上可以分為分段式橋殼和整體式橋殼。整體式橋殼具有較大的強(qiáng)度以及剛度，并且便于減速器裝配和維修，整體式橋殼由于制造方法的不同又分為整體制造、鋼板沖壓焊接，鋼管擴(kuò)張成型等多種形式；而分段式橋殼由兩段橋殼分別制造，然后由螺栓連接到一起，雖然分段式橋殼相對(duì)于整體式橋殼制造更加容易，加工相對(duì)簡(jiǎn)單，但是維修不方便。 因此本文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋殼采用整體式驅(qū)動(dòng)橋殼中的鋼板沖壓焊接式，橋殼剛度大，強(qiáng)度高，制造工藝簡(jiǎn)單。成本低故適用于輕型物流車(chē)。 2.3純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)匹配 新能源汽車(chē)有三大核心零部件，其中之一是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)行駛中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車(chē)行駛的主要性能指標(biāo)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、控制器、功率轉(zhuǎn)換器、以及電源等部分構(gòu)成。與一般所使用的電機(jī)不同，用于汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)該具有的幾個(gè)特點(diǎn)如下： 1恒功率的范圍大，能夠保證汽車(chē)的變速性能 2啟動(dòng)的扭矩夠強(qiáng)，調(diào)速范圍強(qiáng) 3轉(zhuǎn)換的效率高 4瞬間的功率大，過(guò)載本領(lǐng)強(qiáng) 5功率的密度大，重量小，體積小， 6環(huán)境適應(yīng)能力高，能夠適應(yīng)各種險(xiǎn)惡環(huán)境 7能量反饋的效率高 根據(jù)驅(qū)動(dòng)的原理不同，電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)大致分為以下四種：  1、直流電動(dòng)機(jī)    直流電機(jī)具有調(diào)速范圍廣，控制方式容易的特點(diǎn)。但是這種電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)突出，瞬時(shí)過(guò)載能力和電機(jī)轉(zhuǎn)速不高；并且電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作的時(shí)候，機(jī)械傳動(dòng)的磨損，使得維修和維護(hù)成本顯著增高。并且散熱困難，這些原因使得直流電動(dòng)機(jī)限制了整車(chē)性能。因此，由于直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)太過(guò)突出，直流電機(jī)被排除在外。 圖2.1 直流電動(dòng)機(jī)  2、交流異步電動(dòng)機(jī)     交流異步電機(jī)的特點(diǎn)是定子和轉(zhuǎn)子之間并不相互接觸，因此結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠耐用，維修方便。交流異步電機(jī)在使用時(shí)相對(duì)于交流電機(jī)有更高的效率，質(zhì)量約輕了接近一半左右。由于有著效率高、比功率較大、等優(yōu)勢(shì)，并且能在較高的轉(zhuǎn)速下工作，因此交流異步機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)上在大功率這一塊使用頻率最高的電機(jī)。     但在交流異步電動(dòng)機(jī)也有缺點(diǎn)，就是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候電機(jī)發(fā)熱較為嚴(yán)重，要有較好的冷卻方法，并且異步電機(jī)的控制系統(tǒng)很麻煩，電機(jī)的成本也并不便宜，因此不是最優(yōu)化的選擇電機(jī)。 圖2.2 交流異步電動(dòng)機(jī) 3、永磁式電動(dòng)機(jī)     永磁式電動(dòng)機(jī)可以分開(kāi)為兩種類(lèi)型，一種無(wú)刷直流電機(jī)；另一種是永磁同步電機(jī)。由于永磁式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子都是永磁體，勵(lì)磁產(chǎn)生的的損耗大大減少，并且在結(jié)構(gòu)上使得冷卻相對(duì)容易。此外，這種電機(jī)維修方便，能量利用效率較高，運(yùn)行相對(duì)安全可靠。 4、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、成本低、可靠性高、質(zhì)量輕、效率高、易于維修等諸多優(yōu)點(diǎn)。這種電機(jī)同時(shí)適用于惡劣環(huán)境。 在分析了以上四種電機(jī)的結(jié)構(gòu)以及性能要求，并且在研究分析國(guó)內(nèi)輕型物流車(chē)的基礎(chǔ)上，本文確定該純電動(dòng)物流車(chē)需要滿(mǎn)足的各項(xiàng)性能參數(shù)以及要求的基礎(chǔ)上，因此該純電動(dòng)物流車(chē)的整車(chē)的造型參數(shù)等于傳統(tǒng)車(chē)保持大致相同，根據(jù)整車(chē)的性能要求計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的各項(xiàng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的參數(shù)。 經(jīng)過(guò)各種參數(shù)計(jì)算后，本文擬采用永磁無(wú)刷電機(jī)。 2.3.1純電動(dòng)物流車(chē)基本參數(shù)和設(shè)計(jì)要求 本車(chē)型選用的目的是為了滿(mǎn)足城市物流運(yùn)輸車(chē)的要求，所以基本性能參數(shù)是以傳統(tǒng)車(chē)型為基礎(chǔ)，整個(gè)物流運(yùn)輸車(chē)的整車(chē)尺寸、重量以及造型等基本保持不變。在最大爬坡度以及加速性能方面稍作改變，最高車(chē)速稍微降低。需要滿(mǎn)足的指標(biāo)如下表所示： 表2.1 整車(chē)動(dòng)力性設(shè)計(jì)指標(biāo) 技術(shù)參數(shù) 目標(biāo)性能 最高車(chē)速 Vmax ≥80 km/h 加速性能 t 0-50 km/h≤10 s 最大爬坡度 i ≥20 % 表2.2整車(chē)基本參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 設(shè)計(jì)總質(zhì)量m2/kg 2280 滾動(dòng)阻力系數(shù)f 0.012 空氣阻力系數(shù)Cd 0.45 車(chē)輪滾動(dòng)半徑r/m 0.280 減速器傳動(dòng)比 6 迎風(fēng)面積A/m23.05 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)δ1.06 機(jī)械傳動(dòng)效率η 0.9 2.3.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算 2.3.2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率以及峰值功率 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率主要取決于車(chē)輛的動(dòng)力性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的不同對(duì)物車(chē)整車(chē)的動(dòng)力性加速性能等方面有較大的影響，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率較大時(shí)，整車(chē)的動(dòng)力性提高，這中包括加速性能加上爬坡性能，但是因此電池的能量效率將會(huì)降低，影響物流車(chē)的行駛里程。 在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中包含許多參數(shù)，這其中包括最高車(chē)速、最大爬坡度、以及加速時(shí)間。計(jì)算公式如下： Pe=1?TGfcosαua3600+Gsinαua3600+CDAua376140+δmua3600dudt (2-1) Pe表示汽車(chē)行駛功率?T為傳遞效率，G為整車(chē)總重力，α為坡度角，ua為汽車(chē)行駛速度，CD為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，δ為汽車(chē)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，m為整車(chē)整備質(zhì)量 1、按照最高速度來(lái)計(jì)算 設(shè)汽車(chē)在平坦路面上的最高速度為uamax。 Pemax1=1?TGfuamax3600+CDAuamax376140 (2-2) 2、按照最大爬坡度來(lái)計(jì)算 Pemax2=1?TGfcosαmaxua3600+Gsinαmaxua3600+CDAua376140 (2-3) 取ua=10km/h 3、按照加速時(shí)間來(lái)計(jì)算 u=umttmx (2-4) um輛加速完成時(shí)的速度，km/h；tm加速時(shí)間；x擬合系數(shù)，在這里取0.5。 設(shè)汽車(chē)在平坦路面上加速，在整個(gè)加速過(guò)程中加速過(guò)程的平均功率和電機(jī)提供的最大功率相同，汽車(chē)的加速過(guò)程，那么 Pemax3=1?TGfua3600+CDAua376140+δmua3600dudt Pemax3=Wtm=0tmpi+pj+pwdttm=1?TGfum1.5×3600+CDAum32.5×76140+δmum7.2×3600×tm (2-5) Pemax1為電動(dòng)車(chē)在最高速度時(shí)的最大功率，Pemax2為電動(dòng)車(chē)在按照最大爬坡度計(jì)算時(shí)的最大功率，Pemax3為按照加速時(shí)間來(lái)算的最大功率，pi為坡度阻力產(chǎn)生的功率，pj為加速阻力產(chǎn)生的功率，pw為空氣阻力產(chǎn)生的功率。 代入后得出： Pemax1=18kw，Pemax2=12.9kw,Pemax3=29.7kw 故取該車(chē)電機(jī)的峰值功率Pemax=32kw，取電機(jī)的額定功率P額=20kw 2.3.2.2電機(jī)轉(zhuǎn)速匹配計(jì)算 該車(chē)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)時(shí)考慮到電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍大，故取消了變速器，采用二級(jí)主減速器，并且在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到該車(chē)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)車(chē)速應(yīng)該大于最高設(shè)計(jì)車(chē)速即為： nmax≥uamaxi0.377×r (2-6) nmax為驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，i為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)比，r為車(chē)輪半徑 計(jì)算可得nmax≥4547r/min，故取電機(jī)最高轉(zhuǎn)速4700 r/min 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的關(guān)系為： n額=nmaxβ (2-7) n額為驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，β為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的恒功率區(qū)的系數(shù)，一般取2-4，此處取β=1.88，得n額=2500 r/min。 2.3.2.3電機(jī)扭矩的選擇 選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩，首先要保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大扭矩要求，但是電機(jī)的峰值扭矩也不應(yīng)該過(guò)于大，若扭矩過(guò)大將對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)對(duì)軸的強(qiáng)度要求以及軸承殼體等要求會(huì)變大，從而增加不必要的成本，所以電動(dòng)機(jī)的峰值扭矩應(yīng)該滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)爬坡的性能要求之下盡量小，由以下公式可得： Ttqmaxi?Tr=Gfcosα+Gsinα (2-8) Ttqmax為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大扭矩，?T為傳遞效率，α為道路坡度角，r為車(chē)輪半徑，在這里取α=11.31°，可以求得Ttqmax=240.85N·m，故取峰值扭矩250 N·m 表2.3 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 名稱(chēng) 數(shù)值 名稱(chēng) 數(shù)值 峰值功率/kW 32 額定功率/kW 20 最大轉(zhuǎn)矩/（N·m） 250 額定轉(zhuǎn)矩/（N·m） 122 最高轉(zhuǎn)速/(r/min) 4700 額定轉(zhuǎn)速/(r/min) 2500 第3章驅(qū)動(dòng)橋機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1斜圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì) 選擇主減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算的時(shí)候，考慮到本驅(qū)動(dòng)橋是應(yīng)用在純電動(dòng)物流車(chē)，其主要作用是在城市之中輕型物流運(yùn)輸作用，這類(lèi)電動(dòng)車(chē)時(shí)速要求不高，載重相對(duì)較輕，并且在驅(qū)動(dòng)電機(jī)由較大轉(zhuǎn)速比的前提下，采用固定傳動(dòng)比的減速器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單方便，制造成本相對(duì)低，并且沒(méi)有傳統(tǒng)變速器的變速機(jī)構(gòu)，因而傳動(dòng)效率也有所提高，在本文純電動(dòng)物流車(chē)驅(qū)動(dòng)橋主減速器的設(shè)計(jì)中，采用固定傳動(dòng)比的主減速器，采用二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)，二級(jí)主減速器的第二級(jí)輸出軸齒輪和差速器殼體相連，完成二級(jí)齒輪傳動(dòng)，在二級(jí)傳動(dòng)齒輪中的齒輪使用的是斜圓柱齒輪，有較好的嚙合性，傳動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，噪聲較小，并且斜齒輪的重合度大，齒輪的載荷降低，并且齒輪不易產(chǎn)生跟切，并且斜圓柱齒輪相對(duì)于縱向布置的雙曲面齒輪，降低了制造成本。并且在錐齒輪的設(shè)計(jì)中，錐齒輪的軸向力相互抵消，減小軸向力。 圖3.1 二級(jí)齒輪傳動(dòng) 3.1.1材料 常用的齒輪材料為各種鋼、鑄鐵等材料。齒輪用鋼有鍛鋼和鑄鋼兩種，鍛鋼在尺寸打的時(shí)候使用，在本文齒輪設(shè)計(jì)中采用鑄鋼。選擇齒輪的材料，確定許用應(yīng)力：大小齒輪均采用20CrMnTi鋼，并且對(duì)材料進(jìn)行滲碳淬火處理，硬度56~62HRC。并且查得該材料的疲勞極限應(yīng)力σFlim=430Mpa，接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim=1500Mpa。 3.1.2齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，按照輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，公式如下： mn≥12.43KT1YFSψdz12σFP (3-1) mn為法向模數(shù),ψd為齒寬系數(shù)，z1為輸入軸齒輪齒數(shù)，T1為齒輪名義轉(zhuǎn)矩，σFP為許用彎曲應(yīng)力，YFS為復(fù)合齒形系數(shù)。 （1） 確定許用彎曲應(yīng)力σFP 取YST=2，SFmin=1.8。取齒輪的循環(huán)次數(shù) N=60nat=60×2500×300×16×8=3.6×109 (3-2) 取壽命系數(shù)YN=1，得 σFP1=σFlimYSTSFminYN=430×21.8=477.8Mpa (3-3) （2） 計(jì)算齒輪的名義轉(zhuǎn)矩T1 T1=9550P1n1=9550×202500=76.4N·m (3-4) （3） 選取載荷系數(shù)K 加工精度為7級(jí)，且為斜齒輪傳動(dòng)，故選K=1.3 （4） 初步選定齒輪參數(shù) z1=20,z2=i1z1=20×2=40,ψd=0.5,β=15°，μ=2。 （5） 確定復(fù)合齒形系數(shù)YFS 由計(jì)算可知： zv1=z1cosβ3=29cos15°3=22 (3-5) zv1為當(dāng)量齒數(shù) 查圖可得YFS1=4.3。 帶入計(jì)算參數(shù)可得： mn=12.43KT1YFSψdz12σFP=12.431.3×76.4×4.30.5×202×477.8mm=2.04mm 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=2.5，計(jì)算中心距 a=mnz1+z22cosβ=2.5×20+402×cos15°mm=77.65mm (3-6) 取a=78，得 cosβ=mnz1+z22a=2.5×20+402×78=0.961538 (3-7) 式中，β為螺旋角，a為中心距，z1為輸入軸齒輪齒數(shù)，z2為中間軸齒輪齒數(shù)，得β=15.942°。 （6） 計(jì)算幾何尺寸 d1=mnz1cosβ=2.5×200.961538mm=52mm d2=mnz2cosβ=2.5×400.961538mm=104mm (3-8) b2=ψdd1=0.5×52mm=26mm (3-9) b1=b2+5~10mm=31~36mm (3-10) 式中，d1、d2分別為齒輪1、2的分度圓直徑，b1、b2分別為齒輪1、2的齒寬，在這里取b1=34mm。 3.1.3校核齒面接觸強(qiáng)度 σH=109ZEKT1bd12u+1u≤σHP (3-11) 式中：σH為齒面接觸應(yīng)力，Mpa，ZE為彈性系數(shù)，K為載荷系數(shù)，T1為名義轉(zhuǎn)矩，u為兩齒輪齒數(shù)比，σHP為許用接觸應(yīng)力，Mpa 取彈性系數(shù)ZE=189.8Mpa，得 σH=109×189.81.3×76.426×5222+12Mpa=952.35Mpa σHP=σHlimSHminZNZW=15001.4×1×1Mpa=1071Mpa (3-12) 由于σH≤σHP，故接觸疲勞強(qiáng)度足夠。 因此將計(jì)算所得的各個(gè)齒輪參數(shù)列在下表中： 表3.1 齒輪參數(shù) 齒輪名稱(chēng) 模數(shù) 齒數(shù) 分度圓直徑 齒厚 螺旋角 Z1 2.5 20 52 34 15.942° Z2 2.5 40 104 26 15.942° Z3 3 20 62 38 14.593° Z4 3 60 186 31 14.593° 3.3.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸按照形狀的不同包括直軸和曲軸，在本文的設(shè)計(jì)中，采用直軸來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，在軸的設(shè)計(jì)計(jì)算中，首先要滿(mǎn)足軸的強(qiáng)度剛度，而且要求軸的壽命滿(mǎn)足要求，在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在最后進(jìn)行軸強(qiáng)度的校核，使之滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 3.2.1材料 在選擇軸的材料時(shí)，不僅要滿(mǎn)足州的剛度以及強(qiáng)度的要求，還有加工工藝性以及價(jià)格等因素，軸的材料有碳素鋼合金鋼等，其中45號(hào)剛用的最多，并且價(jià)格低廉，所以本文設(shè)計(jì)中材料選用45鋼。 3.2.2軸徑計(jì)算 C為由軸的材料以及承載確定的一個(gè)常數(shù)，在這里取C=100，輸入軸功率經(jīng)過(guò)軸承P1=P×η1，η1為軸承效率取0.99,P2=P×η1×η2，η2為齒輪嚙合效率，取0.98，P3=P×η1×η2×η3，η3為軸承效率，取0.99。 輸入軸初步估算軸徑 d1min=C3P1n1=110332×0.992500mm=25mm d2min=C3P2n2=110332×2×0.99×0.982500mm=32.4mm d3min=C3P3n3=110332×2×3×0.99×0.99×0.982500mm=46.1mm (3-13) 由于中間軸采用鍵連接，故軸徑增大5% 取d1=26mm，d2=35mm，d3=47mm。 3.2.3軸的設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要滿(mǎn)足工藝性和強(qiáng)度剛度要求，設(shè)計(jì)見(jiàn)圖紙。 3.2.4軸強(qiáng)度驗(yàn)算 受力圖如下圖3.2所示： 圖3.2 輸入軸齒輪受力圖 （1） 齒輪作用力的大小 輸入軸齒輪 轉(zhuǎn)矩T1 T1=9550×P2n1=9550×322500N?m=122.24N?m (3-14) 圓周力Ft1 Ft1=T1×2d1=122240×252N=4701.54N (3-15) 徑向力Fr1 Fr1=Ft1×tanαncosβ=4701.54×tan20°cos14.593N=1768.26N (3-16) 軸向力Fa1 Fa1=Ft1×tanβ=4701.54×tan14.593N=1224.05N (3-17) 軸承的支反力 水平面上的支反力 FA=BCAB×Ft1=75.5107×4701.54N=3317.44N FB=ACAB×Ft1=31.5107×4701.54N=1384.10N (3-18) 垂直面上的支反力 FA'=Fa1d12+Fr1×31.5107=1224.05522+1768.26×31.5107=818N FB'=-Fa1d12+Fr1×75.5107=-1224.05522+1768.26×75.5107=950.26N (3-19) 合成彎矩圖如下圖所示。 截面C處的彎矩包括水平面上的彎矩和垂直面上的彎矩。 （1）水平面上的彎矩 MC=31.5×FA×10-3m=31.5×3317.44×10-3N?m=104.5N?m (3-20) （2）垂直面上的彎矩 MC1'=31.5×FA'×10-3m=31.5×818×10-3N?m=25.767N?m MC2'=31.5FA'+Fa1d12×10-3=31.5×818+1224.05522×10-3N?m=57.59 (3-21) 計(jì)算合成彎矩 MC1=MC2+MC1'2=104.52+25.7672N?m=107.63N?m MC2=MC2+MC2'2=104.52+57.592N?m=119.32N?m (3-22) 畫(huà)彎矩圖如下圖所示。 取α=σ-1bσ0b≈1，截面處的當(dāng)量彎矩 MvC1'=MC12+αT12=162.87N?m MvC2'=MC22+αT12=170.82N?m (3-23) 受力簡(jiǎn)圖如下： 圖3.3 齒輪受力簡(jiǎn)圖 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 σc=McW=170.82×1030.1×453Mpa=18.75Mpa<σ-1b=60Mpa (3-24) 通過(guò)計(jì)算可得，校核通過(guò)。 3.3軸承計(jì)算 3.3.1齒輪傳動(dòng)軸承選型 輸入軸軸承根據(jù)軸徑選擇軸承型號(hào)為6205，主要尺寸d=25，D=52，B=15中間軸采用6207軸承，主要尺寸為d=35，D=72，B=17。 3.3.2差速器軸承 差速器軸承：止推自動(dòng)調(diào)心滾子軸承29412，主要尺寸為d=60，D=130，B=42。 3.4差速器的選型及分析 電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Mmax=250N,n=1222.4rmp，傳動(dòng)效率η=0.96，安全系數(shù)n=1.5，減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i=6。 輸出轉(zhuǎn)矩T0=niMmaxη=1.5×6×250×0.96=2160 N?m 差速器的轉(zhuǎn)矩比S=1.1~1.4，這里取S=1.3。最大轉(zhuǎn)矩為T(mén)b，最小轉(zhuǎn)矩為T(mén)s。 S=TbTsTb+Ts=T0 (3-25) 解得Tb=1220.87N，Ts=939.13N。 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 （1） 行星齒輪數(shù) 由于是采用的輕型物流運(yùn)輸車(chē)故行星齒輪數(shù)采用2個(gè)。 （2） 行星齒輪節(jié)錐距A0和球面半徑Rb。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式Rb=Kb3Td，Kb=2.5~3.0，此處取Kb=3.0 Rb=Kb3Td=3×32160=38.78mm (3-26) 取Rb=40，A0=0.98~0.99Rb，取A0=0.98×40=39.2mm （3）行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的選擇 輕型物流運(yùn)輸車(chē)齒輪強(qiáng)度要求不高，可以選取行星齒輪齒數(shù)，半軸齒輪齒數(shù)初選為24，與的齒數(shù)比為1.5，兩個(gè)半軸齒數(shù)和為48，所以能夠保證裝配，滿(mǎn)足要求。 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、分別為 (3-27) 當(dāng)量齒數(shù)： (3-28) 由上式中計(jì)算可得當(dāng)量齒數(shù)都大于17，因此 錐齒輪大端端面模數(shù)m為 取m=2.75 行星齒輪分度圓直徑，半軸齒輪分度圓直徑。壓力角采用推薦值，齒高系數(shù)為0.8。 （4）行星齒輪軸直徑d及支承長(zhǎng)度L 行星齒輪安裝孔直徑與行星齒輪軸直徑相同，行星齒輪在軸上的長(zhǎng)度是行星齒輪孔的長(zhǎng)度。 行星齒輪軸直徑d為 (3-29) 行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度L為 差速器齒輪的幾何尺寸計(jì)算 查得修正系數(shù)齒側(cè)間隙 汽車(chē)差速器直齒輪錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算步驟見(jiàn)下表： 表3.2 差速器錐齒輪參數(shù) 序號(hào) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 結(jié)果 1 行星齒輪齒婁 ，應(yīng)盡量取小值 16 2 半軸齒輪齒數(shù) ，且滿(mǎn)足 24 3 模數(shù) m 2.75 4 齒面寬度 ； 10mm 5 齒工作高 4.400mm 6 齒全高 4.968mm 7 壓力角 一般汽車(chē)：；有些重型車(chē)： 8 軸交角 90° 9 節(jié)圓直徑 ； ； 10 節(jié)錐角 ； ； 11 節(jié)錐距 12 周節(jié) 13 齒頂高 ， ， 14 齒根高 ； ； 15 徑向間隙 c=0.568mm 16 齒根角 ； ； 17 面錐角 ； ； 18 根錐角 ； ； 19 外圓直徑 ； 20 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 ； 21 理論弧齒厚 ； 22 齒側(cè)間隙 B B=0.127 23 弦齒厚 ; ; 24 弦齒高 ; ; 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)輪齒彎曲應(yīng)力公式， (3-30) ，J取0.250，半軸齒輪齒面寬取。半軸大端分度圓直徑，計(jì)算得到，質(zhì)量系數(shù)，在這里模數(shù)，大于，因此尺寸系數(shù)，半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，齒面載荷分配系數(shù)。 ， (3-31) 則滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 3.5半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.5.1概述 半軸的意義是將差速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩傳遞給左右驅(qū)動(dòng)輪。半軸有許多種支撐形式，不同的支撐形式?jīng)Q定了半軸的形式，半軸的支撐形式包括半浮式，3/4浮式和全浮式，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為輕型物流運(yùn)輸車(chē)，所以采用全浮式結(jié)構(gòu)。半軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，材料上選取高強(qiáng)度的42CrMo。 3.5.2半軸受力分析 全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算可按求得，其中，的計(jì)算。按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算，即 (3-32) 式中：為差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，取0.6；汽車(chē)傳動(dòng)效率，計(jì)算時(shí)可取0.9；為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為250N·m；為傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比，在這里i=6；輪胎的滾動(dòng)半徑，0.280m。 根據(jù)上式2892.86N，所以=810N·m 圖3.4 全浮式半軸支承 3.5.3全浮半軸桿部直徑的初選 在設(shè)計(jì)時(shí)，半軸桿部直徑的選擇可以首先按照下式進(jìn)行： (3-33) 式中：d為半軸桿部直徑取d=24mm；T為半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，810；為半軸轉(zhuǎn)矩許用應(yīng)力，MPa。半軸材料取45鋼，=490~588MPa。 3.5.4全浮半軸強(qiáng)度計(jì)算 半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可由下式計(jì)算： (3-34) 式中：為半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa；T為半軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩810；d為半軸桿部直徑24mm；為半軸的扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，取=490~588MPa。 ==298.57MPa < 強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為 (3-35) 式中：T為半軸所受最大轉(zhuǎn)矩，810；為半軸的長(zhǎng)度700mm；G為材料的剪切彈性模量8.4×10N/mm；J為半軸橫截面的極慣性矩，=32555.52mm。 計(jì)算后可得半軸的的最大扭轉(zhuǎn)角=11.89°，扭轉(zhuǎn)角應(yīng)該選取為6°~15°滿(mǎn)足條件。 3.5.5全浮式半軸花鍵強(qiáng)度計(jì)算 本次設(shè)計(jì)的全浮式半軸中，使用的是漸開(kāi)線花鍵。在設(shè)計(jì)時(shí)取漸開(kāi)線花鍵的齒數(shù)為10齒到18齒。 根據(jù)桿部直徑為24mm，選擇的漸開(kāi)線的花鍵具體參數(shù)為：花鍵齒數(shù)在這里取12，分度圓的壓力角是30°，模數(shù)為3，分度圓直徑取26mm。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為：9 （3-36） 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為： (3-37) 式中：是半軸所受最大轉(zhuǎn)矩，取810；花鍵孔內(nèi)徑，22mm；是半軸花鍵外徑，26mm；是花鍵的工作長(zhǎng)度80mm；為花鍵齒數(shù)，取12；是花鍵齒寬，mm，=4.65mm；是載荷分布不均勻系數(shù)，取0.75。 根據(jù)據(jù)上式計(jì)算： ==14.08MPa ==121.09MPa 當(dāng)傳遞最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，半軸花鍵的剪切應(yīng)力小于等于70Mpa，相應(yīng)的擠壓應(yīng)力小于等于196Mpa，所以根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)分析可得半軸的花鍵校核成功。 3.6驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)計(jì)算 3.6.1三種工況分析 圖3.5 驅(qū)動(dòng)橋受力簡(jiǎn)圖 3.6.2各種工況計(jì)算 3.6.2.1橋殼承受最大垂向力工況計(jì)算 當(dāng)汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)承受沖擊載荷，在這里通常取2.5倍載荷加在兩個(gè)鋼板彈簧座上，這時(shí)可得最大垂向力為： ZL=2.5G×ba+b ZR=2.5G×aa+b (3-38) G為后驅(qū)動(dòng)橋殼滿(mǎn)載軸荷，取G=1340×9.8N=13132N；ZL，ZR是在左右鋼板彈簧座上的載荷；a，b為左右邊鋼板彈簧座到橋殼中央點(diǎn)的距離，a=b=0.528m。 將數(shù)據(jù)帶入上式得ZL=ZR=16415N。 3.6.2.2橋殼所承受的最大牽引力工況 此時(shí)工況為汽車(chē)以最大牽引力且為滿(mǎn)載時(shí)在直線路面上行駛時(shí)的工況。此時(shí)左右車(chē)輪不僅有有垂向反力作用在驅(qū)動(dòng)橋上面，而且還有作用有地面作用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的最大切向反作用力，此時(shí)可得最大牽引力為： Pmax=Temax?i?ηr=250×6×0.960.280=5142.86N (3-39) 將各參數(shù)值代可得Pmax=5142.86N。 3.6.2.3橋殼承受最大制動(dòng)力工況計(jì)算 這種工況為汽車(chē)緊急制動(dòng)并且是滿(mǎn)載條件下的工況。汽車(chē)在緊急制動(dòng)時(shí)，左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪有垂直反力作用在上面，除此之外還有作用在地面對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的制動(dòng)力，最大制動(dòng)力為的計(jì)算可由下式： F=G?m'??/2 (3-40) 在上式中:G為汽車(chē)滿(mǎn)載止時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，G=13132N；?為車(chē)輪與路面的附著系數(shù)，取?=0.85m'；m'為汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，取m'=0.95。代入數(shù)據(jù)可得F=5302.04N。 該工況下所受的垂向力為7222.6N 3.6.2.4橋殼承受最大側(cè)向力工況計(jì)算 該工況是汽車(chē)側(cè)滑時(shí)的極限工況，驅(qū)動(dòng)橋的全部載荷由一側(cè)車(chē)輪全部承受，此時(shí)可得驅(qū)動(dòng)橋的側(cè)向力為： P=G?Φ1 (3-41) Φ1為輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)取1，得P=13132N 3.6.2.5橋殼極限工況的強(qiáng)度分析 在對(duì)上面的幾種工況的分析中可得出汽車(chē)在最大牽引力這種工況下行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)橋殼受力最大，所以這種工況是在所要計(jì)算時(shí)的極限工況，應(yīng)以在對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行強(qiáng)度分析的時(shí)候進(jìn)行計(jì)算。驅(qū)動(dòng)橋殼在左右彈簧座間垂向彎矩為： Mv=G2-gwB-s2N?m (3-42) 式中：G為汽車(chē)滿(mǎn)載靜止在水平路面上時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷，G=13132N；B為車(chē)輪輪距，B=1320mm；gw為車(chē)輪的重力，gw=780N；s為驅(qū)動(dòng)橋殼彈簧中心的距離，s=1056mm；計(jì)算可得Mv=763.752N 在左右彈簧座間，計(jì)算可得驅(qū)動(dòng)橋殼的水平彎矩： Mh=Pmax2B-s2