电动汽车动力传动系统匹配设计说明书毕业论文.doc
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1、本科生毕业设计(论文) I 摘 要 随着石油资源的日益减少和环境保护要求的提高,电动汽车的发展越来越受到 人们的重视,以往对于纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统,电驱动系统和 控制策略的研究开发方面。然而,在动力电池和其他技术取得有效突破之前,对动 力传动系统部件的设计参数进行研究是提高电动汽车性能的重要手段之一。变速器 是汽车重要的传动系组成,在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上 扭矩的大小。 本设计的变速箱采用两轴式两挡和锁环式同步器换挡,这种布置形式缩短了变 速器轴向尺寸,在保证挡数不变的情况下,减少齿轮数目,从而使变速器结构更加 紧凑。电动汽车的变速器与普通变速器相比,
2、其结构有所不同。因为驱动电机的旋 向可以通过电路控制实现变换,所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档而设 置倒档轴,只需应用电机反转来实现倒车行驶。设计中利用已知参数确定变速器各 挡传动比、中心矩,齿轮的模数、压力角、齿宽等参数,由中心矩确定箱体的长度、 高度、轴径,对轴和各挡齿轮进行校核,绘制出装配图及零件图。结论表明,变速 器齿轮及各轴尺寸达到设计要求,齿轮及各轴强度的校核满足强度要求,结构合理。 同时本设计对电动汽车的动力传动系统进行了匹配设计计算,计算结果表明达 到性能要求。 关键词: 电动汽车;传动系;变速箱;匹配 本科生毕业设计(论文) II Abstract With oil
3、resources dwindling and environmental improvement, the development of electric vehicles is receiving increasing attention, in the past, pure electric vehicle for research mainly concentrated in the energy storage system, electric drive systems and control research and development strategy . However,
4、 in the motive power and other technical breakthroughs made effective before the powertrain components of the design parameters of the study is to improve the performance of electric vehicles, one of the important means. Transmission is important automotive powertrain components, a change in a wide
5、range of size of vehicle speed and torque of the motor vehicle wheel size. The design of a two-axis of the transmission block and the two lock ring synchronizer shift, the layout of the form of reducing the transmission of axial size, while ensuring the same block a few cases, to reduce the number o
6、f gears, so that transmission structure compact. The transmission of electric vehicles as compared with ordinary transmission, its structure is different. Because of the rotary drive motor circuit can be controlled to achieve the transformation, so no internal combustion engine for electric vehicles
7、 in the automobile transmission and set up reverse reverse axis, simply the application of inversion to achieve the reversing motor traffic. Known parameters of the design of transmission of the block to determine the transmission ratio, the center moment, the modulus gear, pressure angle, tooth wid
8、th and other parameters determined by the central moment of the box length, height, shaft diameter, the gear shaft and the block to check, drawn plans and parts assembly. Concluded that the transmission gears and the shaft size to meet the design requirements, the gear shaft and checking the strengt
9、h to meet the strength requirements of a reasonable structure.At the same time, the design of a matching calculation results show that the performance requirements to meet. Key words: electric vehicle ;gearbox ; powertrain ;matchin 本科生毕业设计(论文) III 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 电动汽车的简介 1 1.2 电动汽车传动装置的特点 1 1.3 电
10、动汽车变速器的功用 1 第 2 章 电动汽车动力传动系统匹配计算.1 2.1 计算最高车速 1 2.2 车辆加速时间的计算 2 2.3 车辆爬坡的计算 2 2.4 续驶里程的计算 2 第 3 章 电动汽车变速器设计方案及论证.3 3.1 电动汽车变速器的要求: 3 3.2 变速器设计方案论证 3 第 4 章 变速器各主要参数的设计计算及校核.6 4.1 主要参数设计6 4.2 齿轮强度计算 .10 4.3 确定轴的尺寸 .13 第 5 章 同步器的设计15 5.1 同步器的工作原理.15 5.2 同步器的功用同步器的种类 .16 5.3 同步器的参数的确定.16 5.3.1 摩擦因数 .16
11、5.3.2 同步环主要尺寸确定 .17 第 6 章 变速器操纵机构19 6.1 对变速器操纵机构的要求 19 6.2 直接操纵手动换挡变速器 19 6.3 远距离操纵手动换挡变速器 20 本科生毕业设计(论文) IV 6.4 变速器自锁、互锁、倒挡锁装置 20 6.4.1 自锁装置 .20 6.4.2 互锁锁装置 .21 第 6 章 变速器轴承22 第 8 章 变速器的润滑与密封23 第 9 章 零件的加工工艺24 9.1 齿轮轴加工工艺.24 9.2 齿轮加工工艺 .25 9.3 端盖加工工艺 .26 第 10 章 结 论27 参考文献.28 致 谢30 附录 1 计算程序 31 动力传动系
12、统匹配程序.31 齿轮校核程序.33 齿轮参数计算程序.33 附录 2 专业外文语翻译 35 译文一:纽约时报.35 译文二:.42 本科生毕业设计(论文) 1 第 1 章 绪论 1.1 电动汽车的简介 电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全 法规各项要求的车辆。电动汽车的优点是:它本身不排放污染大气的有害气体,即 使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少,由于 电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集 中的排放,清除各种有害排放物较容易,也已有了相关技术。由于电力可以从多种 一次能源获得,如煤、核能、水力
13、、风力等,解除人们对石油资源日见枯竭的担心。 电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充 分利用,大大提高其经济效益。有关研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发 电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经 汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量,正是这些优点, 使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。 1.2 电动汽车传动装置的特点 电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴,当采用电 动轮驱动时,传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动,所 以电动汽车上无需传统内燃机汽车
14、的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控 制实现变换,所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调 速控制时,电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时,电动汽车 也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。 1.3 电动汽车变速器的功用 (1)改变传动比,满足不同行驶条件对牵引力的需要,使发动机尽量工作在有利 的工况下,满足可能的行驶速度要求。 在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽 车驱动轮上扭矩的大小。由于汽车行驶条件不同,要求汽车行驶速度和驱动扭矩能 本科生毕业设计(论文) 2 在很大范围内变化。例如,在高速路上车速应能达到 100km/h,而在市区内,车速
15、常在 50km/h 左右。空车在平直的公路上行驶时,行驶阻力很小,则当满载上坡时, 行驶阻力便很大。而汽车发动机的特性是转速变化范围较小,而转矩变化范围更不 能满足实际路况需要。 (3)中断动力传递,在电动机起动,怠速运转,汽车换档或需要停车进行动力输 出时,中断向驱动轮的动力传递。 (4)实现空档,当离合器接合时,变速箱可以不输出动力。例如,可以保证驾驶 员在电动机不熄火时松开离合器踏板离开驾驶员座位。 汽车变速器是通过改变传动比,适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻 碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。通俗上分为手动变 速器(MT),自动变速器(AT), 手动/自动
16、变速器,无级式变速器。变速器能汽车倒 挡行驶;利用空挡,中断动力传递,能使汽车启动行驶,怠速,提高速度等。 本科生毕业设计(论文) 1 第 2 章 电动汽车动力传动系统匹配计算 汽车的动力性是指汽车在良好的路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定 的,所能达到的平均行驶速度。汽车是一种高效率的运输工具,运输效率的高低在 很大程度上取决于汽车的动力性。所以,动力性使汽车各种性能中最基本、最重要 的性能。 普通汽车的动力性能指标包括最高车速、加速时间、和最大坡度。但对于电动 汽车还必须包括续驶里程。 2.1 计算最高车速 15.21sincos 2 CdAuagmamafgmbmaF dtduam
17、bma6 . 3)( (2-1) 其中:为车辆行驶的总阻力,N;F 为出去电池组的整车质量,kg;=845kg;mama 为电池组质量,kg;=400kg;mbmb f 为滚动阻力系数;f=0.013; 为坡道角;=15%; Cd 为空气阻力系数;Cd=0.35; A 为迎风面积;A=1.5; ua 为行驶车速,km/h;ua=45; 为车辆旋转质量换算系数: 22 0 22 1mriiImrI Tgfw (2-2) 其中:为飞轮转动惯量,; f I7 . 0 f I 为车轮转动惯量,; w I5 . 0 w I 为主减速比,; 0 i714 . 4 0 i FFt max nnm 2 . 9
18、1377 . 0 0 irnu ma km/h 其中:Ft=主驱动电机一最大限流工作时车辆获得的驱动力; 本科生毕业设计(论文) 2 为主驱动电机的工作转速,r/min; =3567rpm m n m n 为主驱动电机的最高工作转速,r/min; =6000rpm max n max n 为车轮半径;r=0.2724r 为主减速比; 0 i714 . 4 0 i 2.2 车辆加速时间的计算 (2-3) 其中:加速行驶起始车速 m/h, =0 1 v 1 v 加速行驶终止车速 m/h, =45 km/h 2 v 2 v 2.3 车辆爬坡的计算 由公式计算得: 22 115.21fgmbmauCF
19、 adt (2-4) fiarctanarcsintantan = 15.5% (2-5) 2.4 续驶里程的计算 =113km (2-6) 0 embmamweEs bb 其中:E 为电池组充满电时的总能量,kwh,E=16kwh; e 为电动车辆单位里程能耗,kwh/kw; 为电池比能量,wh/kg,=36.7 wh/kg; b w b w 为电动车辆行驶的比耗,kwh/。 0 ekm a v v udt duaACgfmbmaFmbmat 2 1 15.216 . 31 2 本科生毕业设计(论文) 3 第 3 章 电动汽车变速器设计方案及论证 3.1 电动汽车变速器的要求: 正确选择变速
20、器的挡位数和传动比,使之与电动机参数优化匹配,以保证电动 汽车具有良好动力性能; 1)保证汽车有必要的动力性和经济性。 2)设置空挡,用来切断发动机动力向驱动轮的传输。 3)设置倒档,使汽车能倒退行驶。 4)设置动力输出装置,需要时能进行功率输出。 5)换挡迅速,省力,方便。 6)工作可靠。汽车行驶过程中,变速器不得有跳挡,乱挡以及换挡冲击等现象 发生。 7)变速器应当有高的工作效率。 8)变速器的工作噪声低。 除此以外,变速器还应当达到轮廓尺寸和质量小,制造成本低,维修方便的目 标。满足汽车有必要的动力性和经济性指标,这与变速器的档数,传动比范围和各 挡传动比有关。汽车工作的道路条件越复杂,
21、比功率越小,变速器的传动比范围越 大。近年来,变速器操纵机构有向自动操纵方向发展的趋势。为满足以上使用性能 要求,本变速器采用有级式变速器。变速器由变速传动机构和操纵机构构成。变速 器传动机构包括换挡齿轮、传动齿轮、传动轴。实现操作需要避免、避免冲击布置 的同步器,操纵机构还要求有自锁和互锁装置。轿车多采用两轴式变速器,货车多 采用三轴式变速器。同步器设计采用锁环式同步器。 3.2 变速器设计方案论证 1)传动机构布置方案分析 变速器传动机构有两种分类方法。根据轴的形式不同,分为固定轴式和旋转轴 式(常配合行星齿轮传动)两类。固定轴式又分为两轴式,中间轴式,双中间轴式 变速器。固定轴式应用广泛
22、,其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动的汽车 本科生毕业设计(论文) 4 上,中间轴式变速器 多用于发动机前置后轮驱动的汽车上。旋转轴式主要用于液力 机械式变速器。与中间轴式变速器比较,两轴式变速器有结构简单,轮廓尺寸小, 布置方便。此外,因为其经过一对齿轮啮合传递动力,故传动效率高同时噪声也低。 三轴式变速器与两轴式相比各挡多了一对齿轮传动,因而传递机械效率低噪声大。 所以选择本设计两轴式双挡变速器。 2) 变速器主要参数的选择 (1) 档数 增加变速器的档数能改善汽车的动力性和经济性。档数越多,变速器的结构越 复杂,并且是尺寸轮廓和质量加大。同时操纵机构复杂,而且在使用时换档频率也 增
23、高。由于电动汽车的发展起步晚,受技术限制所以选用两挡变速箱,倒挡由电机 反转来实现。 (2) 传动比范围 变速器的传动比范围是指变速器最低档传动比与最高档转动比的比值。转动比 范围的确定与选定的发动机参数,汽车的最高车速和使用条件等因素有关。 (3) 中心距 A 对两轴式变速器,是输入轴与第二轴之间的距离称为变速器中心距.其大小不仅对 变速器的外形尺寸,体积和质量大小,而且对轮齿的接触强度有影响。中心距越小,齿 轮的接触应力大,齿轮寿命短。最小允许中心距当有保证齿轮有必要的接触强度来 确定。 3) 各档齿轮齿数的分配 在初选中心距,齿轮模数和螺旋角以后,可更据变速器的档数,传动比和传动 方案来
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