電動汽車整體傳動方案設(shè)計【行星齒輪減速器】【P=2kw n=140rmin】

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In Solidworks environment, through the parameter relationships between products, components and parts, the use of a parametric modeling of the components based on the parametric design method of assembly constraints, this paper expounds the parametric design method of the key technologies, including product structure of the division, the related design, size analysis, based on the sketch layout design and equations to add; use of parametric design method to construct a Solidworks component library. By using this method, it is advantageous to the modification of the product and improve the design efficiency. In this paper, a large number of domestic and foreign literature on the design of the literature based on the electric vehicle as an example, to further explore its development and process. Let the design personnel from the tedious drawing work, concentrate on the choice and optimization of design parameters, improve product quality, shorten the product design cycle. On a world scale, the development of electric cars in our country and the developed countries almost standing on the same starting line at present, the vehicle has already initially formed product development system, management mechanism and the team combination, pure electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicle prototypes have been implemented, the key parts, fuel cell engine system has been formed, high power nimh batteries, lithium ion battery performance has improved greatly, the energy control system has been formed. The main purpose of writing this article is to deepen their understanding of the electric car, also let more people know about the new energy and electric cars, and the majority of young comrade if interested in electric cars, have the ability, can in the our country or in the car contribution to energy their own value. Even if the electric car industry in China has made a lot of progress, but in today's such a severe situation, in the dual crisis of the energy and the environment has not been resolved, still need to continue to work hard struggle, especially shoulder the task of the the motherland in the future development of the contemporary college students, more should bear this great mission and responsibility. Key words: Solidworks; parametric design; component library; electric vehicle 目 錄 第一章 緒論 1 1.1選題背景 1 1.2電動汽車的簡介 1 第二章 整體設(shè)計方案的提出 2 2.1 現(xiàn)有驅(qū)動電動機種類 2 2.2電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)上的四種方案的比較和確定 2 2.3 驅(qū)動電機型號的確定及參數(shù) 4 2.4 永磁無刷直流電動機的控制系統(tǒng)設(shè)計 6 第三章 減速器方案設(shè)計 7 3.1現(xiàn)有減速器的介紹與比較 7 3.2行星齒輪傳動的概述 8 3.3行星齒輪減速器的選型 10 3.4行星齒輪傳動比的計算 10 3.5行星齒輪的計算與校核 13 3.5.1行星齒輪傳動的設(shè)計 13 3.5.2選取行星齒輪轉(zhuǎn)動的類型 13 3.5.3齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 13 3.6齒輪的精度等級及公差的設(shè)計 14 第四章 三維實體造型 15 4.1 概述 15 4.2 三維圖 16 第五章 電動汽車技術(shù)經(jīng)濟分析 26 5.1?電動汽車的動力組合模式 26 5.2電力汽車集電方案? 26 5.3?電氣化公路與電力汽車經(jīng)濟性分析 28 5.3.1?電氣化公路供電系統(tǒng)成本分析? 28 5.3.2電動汽車能源消耗 30 5.3.3電動汽車與燃油汽車運行成本比較 31 結(jié) 論 32 參考文獻 33 致謝 34 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 第一章 緒論 1.1選題背景 今天，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車在車輪轉(zhuǎn)動的過程中，會產(chǎn)生大量的動能，直到現(xiàn)在都被白白的浪費著?，F(xiàn)在的汽車95%以上用的是石油和天然氣，石油和天然氣是不可再生能源，由于過多利用和依賴他們，萎蔫現(xiàn)象越來越嚴重，還會造成嚴重的環(huán)境污染。因此，電動汽車的發(fā)展一直是人們倍受關(guān)注的話題，如何設(shè)計一個結(jié)構(gòu)合理、節(jié)能、環(huán)保、美觀、舒適的電動汽車成為當前汽車制造商的熱切關(guān)注的問題。 1.2電動汽車的簡介 電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。電動汽車的優(yōu)點是：自身不排出大氣污染的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也明顯減少，由于電廠大部分建于遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的有害物較容易。并且電力可以從多種一次能源獲得，如核能、水力、風(fēng)力等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔(dān)憂。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大幅改善經(jīng)濟效益。 33 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 整體設(shè)計方案的提出 第二章 整體設(shè)計方案的提出 2.1 現(xiàn)有驅(qū)動電動機種類 電動機可以分為交流電動機、直流電動機、控制電動機、開關(guān)、磁阻電動機及信號電動機等多種。 適用于電力驅(qū)動的電動機分為直流電動機和交流電動機兩大類。目前在電動汽車上已應(yīng)用的和應(yīng)用前景的有直流電動機、交流感應(yīng)電動機、永磁無刷電動機、開關(guān)磁阻電動機等。 直流電動機：直流電動機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的電動機，原理為電磁驅(qū)動。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機按勵磁方式分為永磁、他勵和自勵三類，其中自勵又分為并勵、串勵和復(fù)勵三種。 交流電動機：交流電動機是將交流電中的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。交流電動機主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或者分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動機利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的。 永磁電動機：永磁電動機是由定子、轉(zhuǎn)子和輔助裝置三部分所組成，定子上有三相交流繞組，轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組，通入直流電流后，能產(chǎn)生磁場。輔助部分由機座和端蓋等部件組成。 開關(guān)磁阻電動機：開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)具有直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)之后發(fā)展起來的最新一代無級調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子、數(shù)字、電力電子、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計和制作技術(shù)為一體的光、機、電一體化高新技術(shù)。 2.2電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)上的四種方案的比較和確定 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)是由驅(qū)動電動機和驅(qū)動操縱系統(tǒng)組成，隨著電動汽車結(jié)構(gòu)形式不同，采用了不同的驅(qū)動系統(tǒng)。電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)由集中驅(qū)動系統(tǒng)和輪轂驅(qū)動系統(tǒng)組成。? ?????電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)的四種布置形式： （1）傳統(tǒng)驅(qū)動模式? （2）電動機—驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)????? （3）電動機—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)????? （4）輪轂電動機分散驅(qū)動系統(tǒng) 表2.2.1 四種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的特征 驅(qū)動系統(tǒng)四種布置形式 結(jié)構(gòu)模型 特征 傳統(tǒng)驅(qū)動模式 1.電動機代替發(fā)動機。 2.采用汽車的傳動系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等組成。 3.有電動機前置、驅(qū)動橋前置、（F-F），電動機前置、驅(qū)動橋后置（F-R）等各種驅(qū)動模式。? 4.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，效率較低，不能充分發(fā)揮電動機的性能。 電動機—驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng) 1.在電動機端蓋處裝置變速齒輪、差速器等驅(qū)動組成，形成電動機—驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)。? 2.有電動機前置、驅(qū)動橋前置、（F-F），電動機后置、驅(qū)動橋后置（F-R）、驅(qū)動橋后置（R-R）等驅(qū)動模式。 3傳動機構(gòu)緊湊，傳動效率較高，安裝較方便。 電動機—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)? 1. 在電動機端蓋處裝置變速齒輪、差速器等驅(qū)動組成，電動機有一個空心軸，有一個驅(qū)動橋的半軸從電動機空心軸中通過。? 2.有電動機前置、驅(qū)動橋前置、（F-F），電動機后置、驅(qū)動橋后置（F-R）、驅(qū)動橋后置（R-R）等驅(qū)動模式。? 3.傳動機構(gòu)緊湊，效率較高，可以作為驅(qū)動橋放在車架下面。 輪轂電動機分散驅(qū)動系統(tǒng) 1.電動機裝在車輪輪轂中，能有4×2和4×4兩種布置方式，各個車輪之間的同步轉(zhuǎn)動、差速轉(zhuǎn)動由中央控制器的計算機系統(tǒng)控制。? 2.4×2布置方式有前輪驅(qū)動模式和雙后輪驅(qū)動模式。? 3.4×4布置方式可以實現(xiàn)4輪驅(qū)動模式。 4.可以騰出大部分有效空間，便于很好的布置。 2.3 驅(qū)動電機型號的確定及參數(shù) 電動汽車由電動機驅(qū)動系統(tǒng)組成，電動機是電動汽車的主要部分。要使電動汽車具有較好的性能，驅(qū)動電機應(yīng)有調(diào)速范圍寬及轉(zhuǎn)速高、啟動扭距足夠大、體積小、質(zhì)量輕、效率高、動態(tài)制動性強和能量回饋的性能。 電動汽車對電動機的基本要求，主要有：? 1．電動汽車用電動機應(yīng)具有瞬時功率大，過載能力強、過載系數(shù)應(yīng)為3～4，良好的加速性能，使用壽命長的特點。? 2.?電動汽車用電動機應(yīng)具有調(diào)速范圍寬，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，為了滿足起動和爬坡的要求。在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以為了滿足汽車在平坦路面能高速行駛的要求。 3.電動汽車用電動機應(yīng)能在汽車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋回蓄電池，使電動汽車具有最佳能量的利用率，這在普通內(nèi)燃機汽車上是不能實現(xiàn)的。? ? ?4.電動汽車用電動機應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，具有高效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程。 5.要求電動汽車用電動機可靠性好，能長期在較惡劣的環(huán)境下工作，結(jié)構(gòu)簡單并且適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運行噪聲低，使用與維修方便，價格便宜等。 表2.3.1 驅(qū)動電機的型號的確定及參數(shù) 項目車型 參數(shù)值 電 機 電機型號 XYQ-7.5-3BH 電機型式 三項異步交流（圖2.3.1） 額定功率 7.5kw 額定轉(zhuǎn)速 3440r/min 額定轉(zhuǎn)矩 26N·M 功率因數(shù) 0.8 最高空載轉(zhuǎn)速 5860r/min 圖2.3.1 三相異步電動機結(jié)構(gòu) 2.4 永磁無刷直流電動機的控制系統(tǒng)設(shè)計 直流電動機由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成。定子由主桿、極間極,刷設(shè)備和堿基組成。線圈是鎧裝在主磁極鐵芯,和一個磁場的磁場可以產(chǎn)生的直流勵磁電流。換向桿由一個鐵芯和線圈裝在磁芯的頂部。為了減少之間的火花方向刷,避免消融。除了機械框架為電機支架,但也可以用作磁場的磁極之間的通路。轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和換向器,軸和風(fēng)機。轉(zhuǎn)子鐵心是用來安裝轉(zhuǎn)子繞組,并作為電動機的磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組的主要功能是產(chǎn)生感生電動勢和電流,為了產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。連接的換向器換向器換向器繞組和轉(zhuǎn)子繞組的組件。 直流電機包括兩永久磁鐵固定在空間,一個用于N極,另一個用于桿。中間的桿,配備旋轉(zhuǎn)線圈,線圈最后收到的最早的兩端是兩塊圓弧形狀的換向器,兩個換向之間之間,換向器和轉(zhuǎn)軸相互絕緣,電樞繞組和電路接通,換向器放置兩個固定不移的刷子。因為刷固定與電源連接,無論多么線圈旋轉(zhuǎn),當前在上半部分總是電流的方向,和較低的電流是向外的一部分。根據(jù)左手定則在磁場線圈逆時針轉(zhuǎn)矩。盡管交變電流的方向,電磁力的方向是恒定的,因此線圈可以逆時針方向旋轉(zhuǎn),這是直流電機的工作原理。（圖2.4.1） 圖2.4.1 直流電動機的工作原理 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 減速器方案設(shè)計 第三章 減速器方案設(shè)計 3.1現(xiàn)有減速器的介紹與比較 蝸輪蝸桿減速機:蝸輪蝸桿減速機是一種動力傳達機構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，然后得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。在目前用于傳遞動力與運動的機構(gòu)中，減速機的應(yīng)用范圍相當廣泛。 諧波齒輪減速器:諧波齒輪減速器是一種由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器組成，具有精度高、承載力高等優(yōu)點，與普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積和重量至少減少1/3。 行星減速機:行星減速機是一種用途廣泛的工業(yè)產(chǎn)品，它的性能可與軍品級減速機產(chǎn)品相媲美，但有著工業(yè)級產(chǎn)品的價格，行星減速機廣泛在華東地區(qū)、華北地區(qū)，被于廣泛的應(yīng)用工業(yè)場合。又可以作為配套部件用于挖掘、運輸和建筑等行業(yè)。 齒輪減速機:齒輪減速機是按國家專業(yè)標準ZBJ19004生產(chǎn)的外嚙合漸開線斜齒圓柱齒輪減速機，齒輪減速機是我國廣泛運用在華東地區(qū)、華東地區(qū)、用于塔引入式起重機機械的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，廣泛應(yīng)用于冶金、起重、運輸、建筑、化工、紡織、制藥等較多領(lǐng)域。 表3.1.1 現(xiàn)有減速器的名稱和優(yōu)點 減速器名稱 蝸輪蝸桿減速機 諧波齒輪減速器 行星減速機 齒輪減速機 圖片 優(yōu)點 具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一抽線上，也不在同一平面上。 利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大，精度很高。 結(jié)構(gòu)較緊湊，回城間隙較小，精度高，使用壽命長，額定輸出扭矩可以做的很大。 體積小，傳遞扭矩大，傳動比分級細密，可以滿足不同的使用工況，實現(xiàn)機體一體化，傳動效率高，耗能低，性能優(yōu)越。 缺點 體積較大，傳動效率低。 柔輪壽命有限，不耐沖擊，剛性與件相比較差，輸入轉(zhuǎn)速不能太高。 價格較貴。 安裝形式多樣，安裝較麻煩。 功率 0.06-7.5kW 幾瓦至幾十千瓦 0.4-12934kW 0.4-12934kW 工作環(huán)境溫度 -40°-40℃ -40°-40℃ -11°-35° -40°-45℃ 3.2行星齒輪傳動的概述 行星齒輪傳動是一個或多個齒輪的軸線繞另一齒輪的固定軸線回轉(zhuǎn)的齒輪傳動。行星輪既繞自身的軸線回轉(zhuǎn),又隨行星架繞固定軸線回轉(zhuǎn)。 行星齒輪傳動的主要優(yōu)點： （1）行星減速器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率大、承載能力高。這個特點是由行星齒輪傳動的結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素決定的，見下圖3.2.1。 圖3.2.1 行星齒輪減速器 ??? a.行星齒輪減速器的工作原理。用幾個相同的行星齒輪均勻分布在中心輪上，以分擔(dān)負載，從而使每一個齒輪的負荷小，相應(yīng)的齒輪模塊可以更小。在這兩種情況下，隨著行星輪的增加，其外形尺寸較小。 b.行星齒輪減速器是合理使用內(nèi)嚙合的。充分利用高承載能力和內(nèi)齒輪（或齒圈）的空間體積，從而降低徑向、軸向尺寸，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高。 c.行星減速器是一種同軸線路式傳動裝置。該中心輪構(gòu)成一個同軸線路型傳動，輸入軸和輸出軸的軸線，使傳動裝置具有更小的長度方向的尺寸。 （2）行星減速器傳動比大。只要選擇合適的行星傳動形式和分配方案，就可以用幾個齒輪和得到很大的速度比。在不作為動力傳遞的同時，主要用于傳輸在行星機構(gòu)的運動中，其傳動比可以達到幾千。此外，由于其三個基本組成部分的行星齒輪傳動可以旋轉(zhuǎn)，所以它可以實現(xiàn)運動的合成與分解，及有級和無級變速傳動等復(fù)雜的運動。 （3）行星減速器傳動效率高。由于行星齒輪傳動采用了分流傳動結(jié)構(gòu)的對稱性，即使他有一系列的行星齒輪的均勻分布，使車輪和轉(zhuǎn)向臂軸承反應(yīng)力平衡彼此，以提高傳輸效率。在合適的傳輸類型，結(jié)構(gòu)布局合理，其效率可達到0.97-0.99。 （4）行星減速器運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力強。同一顆行星輪，均勻地分布在中心輪，這可以使行星輪和旋轉(zhuǎn)臂慣性力平衡彼此，也使參與的數(shù)量增加的牙齒嚙合，因此，行星減速機/行星齒輪減速器傳動平穩(wěn)運動，更好的能力，沖擊和振動，工作更可靠。在下面的表格中列出了該公司生產(chǎn)的傳動比i = 7.15，P = 4400千瓦功率的行星減速器是與一般的齒輪減速器相比，行星齒輪減速器，行星齒輪機構(gòu)的優(yōu)勢。 表3.2.1 行星減速機/行星齒輪減速器與普通定軸齒輪減速器的比較 項目 行星齒輪減速器 普通定軸齒輪減速器 項目 行星齒輪減速器 普通定軸齒輪減速器 質(zhì)量/Kg 3471 6943 體積/m3 2.29 6.09 高度/m 1.31 1.8 齒度/m 0.18 0.41 長度/m 1.29 1.42 損失功率/Kw 81 95 寬度/m 1.35 2.36 圓周速度（m/s0 42.7 99.4 ? 行星齒輪減速機缺點：結(jié)構(gòu)較固定軸齒輪傳動更為復(fù)雜，制造質(zhì)量高；由于體積小，散熱面積小的高油溫升得快，所以行星減速器、行星齒輪減速器具有嚴格的潤滑和冷卻裝置等。 3.3行星齒輪減速器的選型 首先應(yīng)該選擇與電機安裝法蘭相匹配的行星齒輪減速機，電機都是按安裝法蘭來分類的。例如：伺服電機分為40系列、60系列、80系列、110系列、130系列、150系列、180系列等。步進電機分為42系列、57系列、86系列、110系列、130系列等，行星減速機也是根據(jù)安裝法蘭來定型號的，所以400W60系列的伺服電機或57的步進電機一般都是配60系列的行星齒輪減速機；750W80w系列的伺服電機或86的步進電機一般都配80系列的行星減速機。 確定減速比：具體的減速比是設(shè)備廠家根據(jù)自己的設(shè)備要求來確定的。目前行星齒輪減速機一般分為3級，1級減速一般在20以下，2級減速在20—100之間，3級減速在100以上，級數(shù)越高，價格越貴，間隙越大。 確定減速機的輸入和輸出形式：輸入方面包括有孔輸入和軸輸入。輸出方面包括有軸輸出、孔輸出和法蘭盤輸出等。 減速機的外形：有圓形的減速機和方形的減速機，由于方形額定輸出扭矩比圓形大，而且制作工藝比圓形復(fù)雜等原因，方形減速機比圓形減速器昂貴。 3.4行星齒輪傳動比的計算 行星齒輪傳動比的計算主要有兩種方法：轉(zhuǎn)化機構(gòu)法和速度圖解法。在此采用轉(zhuǎn)化機構(gòu)法針對圖（3.4.1）形式的行星機構(gòu)傳動比進行計算。 3.4.1 行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡 轉(zhuǎn)化機構(gòu)法計算行星機構(gòu)傳動比的方法的基本思想是：根據(jù)相對原理，如果給整個行星齒輪傳動加上一個與行星架H的角速度大小相等方向相反的公共角速度，行星齒輪傳動中各個構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系仍然不變。但是，原來以角速度運動的行星架H就變成靜止不動的構(gòu)件，即其相對角速度。于是，該行星齒輪傳動就轉(zhuǎn)化為定軸齒輪傳動。這樣便可以用定軸齒輪傳動的傳動比公式計算其傳動比。 總傳動比 ，其中、為主動件和被動件的角速度 根據(jù)該計算方法的基本思想，結(jié)合圖3-1的具體結(jié)構(gòu)，得到第一級傳動比為： (3-1) 同理第二級和第三級傳動比分別為： (3-2) (3-3) 根據(jù)圖3-1中的實際結(jié)構(gòu)，及三個內(nèi)齒圈連接為一體，且第三級行星架H3固定，所以有， ， ， （3-4） 由(3-3)式可得 (3-5) 把（3-5）式代入（3-2）式可得 所以得 (3-6) 把（3-6）式代入（3-1）式可得： (3-7) 式（3-7）可化簡為： （3-8） 由（3-8）式可得 所以： 所以得總傳動比 即為該種行星結(jié)構(gòu)的傳動比。 3.5行星齒輪的計算與校核 3.5.1行星齒輪傳動的設(shè)計 本設(shè)計為電動汽車所配用的行星齒輪減速器。已知輸出功率2 Kw，輸出軸轉(zhuǎn)速n=140r/min，工作一天24小時，要求工作年限8年。且要求該行星齒輪減速器速度輸出平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸較小和傳動效率高。 3.5.2選取行星齒輪轉(zhuǎn)動的類型 根據(jù)上述設(shè)計要求：軸向尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、傳動比較大、傳動效率高。再結(jié)合各傳動類型的特點，選擇NGW型行星傳動完全可以滿足要求，但由于NGW型行星傳動的傳動比較小，所以，本設(shè)計中為了彌補NGW型行星傳動傳動比小的缺點，采用二級傳動。則本設(shè)計的為一級行星傳動傳動其傳動簡圖，圖（3.5.2.1)所示。 圖3.5.2.1 一級行星傳動傳動其傳動 3.5.3齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 40Cr具有較高的強度、硬度、耐磨性及良好的韌性，是一種中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，在油中臨界淬透直徑達18～33mm；正火后可切削性良好，冷拔、滾絲、攻絲和鍛造、熱處理工藝性能也都較好。所以齒輪的材料選用40Cr。 太陽輪、行星輪材料為40Cr,表面淬火處理，表面硬度45~55HRC。試驗齒輪齒根許用彎曲疲勞強度極限。齒輪為漸開線直齒，滾齒加工，最終加工為磨齒，精度為6級。 內(nèi)齒圈材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241~266HBS。試驗齒輪齒根許用彎曲疲勞強度極限齒形的最終加工為插齒，精度為7級。 3.6齒輪的精度等級及公差的設(shè)計 我國國標GB10095-88中，對漸開線圓柱齒輪規(guī)定了12個精度等級，第l級精度最高，第12級最低。齒輪精度等級主要根據(jù)傳動的傳遞的功率、圓周速度、使用條件以及其它經(jīng)濟、技術(shù)要求決定。6級是高精度等級，用于高速、分度等要求高的齒輪傳動，一般機械中常用7～8級， 對 精 度 要 求 不 高 ，低速齒輪可使用9～12級。 齒輪每個精度等級的公差根據(jù)對運動準確性、傳動平穩(wěn)性和載荷分布均勻性等三方面要求，劃分成三個公差組，即第I公差組、第II公差組、第III公差組。在一般情況下，可選三個公差組為同一精度等級，但也容許根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度等級的公差組組合。 齒輪傳動的側(cè)隙是指一對齒輪在嚙合傳動中，工作齒廓相互接觸時，在兩基圓柱的內(nèi)公切面上，兩個非工作因廓之間的最小距離。規(guī)定側(cè)隙，可避免因制造、安裝誤差以及熱膨脹或承載變形等原因而導(dǎo)致輪齒卡住。合適的側(cè)隙可通過適當?shù)凝X厚極限偏差和中心距極限偏差來保證，齒輪副的實際中心距越大，齒厚越小，其側(cè)隙就越大。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 三維實體造型 第四章 三維實體造型 4.1 概述 Solidworks公司成立于1993年,是專門為制造行業(yè)提供專業(yè)三維機械設(shè)計軟件的廠商,1997年通過與法國達索公司的股票交易成為達索公司旗下的一員。目前在全球范圍內(nèi)獲得了廣泛認可，不斷的產(chǎn)品創(chuàng)新和改進是Solidworks取得成功的內(nèi)因，公司以用戶的成功作為自己的成功標準。Solidworks可以創(chuàng)造與眾不同的產(chǎn)品并縮短上市的時間，也可以降低產(chǎn)品的開發(fā)成本、提高產(chǎn)品的質(zhì)量。? 自從上個世紀90年代Solidworks進入中國市場后，就其方便、易用的操作界面，靈活、快捷的設(shè)計理念，以及強大的功能讓設(shè)計師耳目一新。從Solidworks?2008以后更是用其創(chuàng)新的理念，將功能和界面大膽革新，從而又開辟了一條3D設(shè)計的界。? Solidworks軟件廣泛應(yīng)用于電子、機械、模具、工業(yè)設(shè)計、汽車、機車、自行車、航天、家電和玩具等各行業(yè)。Solidworks軟件可謂是個全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件，集成了零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、NC加工、鈑金設(shè)計、鑄造件設(shè)計、造型設(shè)計、自動測量、機構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能。 4.2 三維圖 圖4.2.1 內(nèi)齒輪 圖4.2.2 鍵 圖4.2.3 球頂 圖4.2.4 前機蓋 圖4.2.5 后機蓋 圖4.2.6 行星輪子裝 圖4.2.7 行星輪 圖4.2.8 輸入軸 圖4.2.9 輸出軸 圖4.2.10 輸入軸透蓋 圖4.2.11 輸出軸透蓋 圖4.2.12 行星輪軸承 圖4.2.13 花鍵套定位螺釘 圖4.2.14 輸出軸箱體 圖4.2.15 輸入軸軸承 圖4.2.16 輸入軸軸套 圖4.2.17 太陽輪 圖4.2.17 機體 圖4.2.19 裝配體 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 電動汽車技術(shù)經(jīng)濟分析 第五章 電動汽車技術(shù)經(jīng)濟分析 5.1?電動汽車的動力組合模式 電動汽車可能的多動力組合模式有以下幾種： （1）電網(wǎng)集電+儲能電池。即在非集電狀態(tài)下，由儲能電池提供動力，這種電動汽車只需要電動機，不需要內(nèi)燃機，車輛傳動結(jié)構(gòu)簡單?？梢酝＼嚦潆?，也可在行駛過程中完成充電。目前應(yīng)用較廣泛的有鉛酸電池、鋰離子電池和鎳氫電池等。? （2）電網(wǎng)集電+燃料電池。即在非集電狀態(tài)下或離網(wǎng)運行時，由燃料電池提供動力，這種電動汽車也只需電動機，車輛傳動結(jié)構(gòu)簡單。如果采用氫燃料電池，則需要加注氫燃料；如果采用金屬燃料電池，則需要更換金屬燃料模塊。? （3）電網(wǎng)集電+燃油。即在非集電狀態(tài)下，用汽油或柴油提供動力，這種電動汽車不僅需要電動機，同時需要配備內(nèi)燃機，車輛動力結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。這是典型的雙動力模式電動汽車，不可避免地要經(jīng)常前往加油站加油。? （4）電網(wǎng)集電+燃氣。即在非集電狀態(tài)下，用天然氣或煤制氣提供動力，這種電動汽車也需要電動機和內(nèi)燃機兩套動力系統(tǒng)，車輛動力結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。這種模式的電力汽車則要經(jīng)常前往加氣站加注燃氣。? （5）電網(wǎng)集電+電池+燃油／燃氣。這種電力汽車包括兩種以上的能源供應(yīng)系統(tǒng)，一般可設(shè)計成“電網(wǎng)集電+電池+燃油”或“電網(wǎng)集電+電池+燃氣”模式。其內(nèi)燃機可以直接跟車輛傳動系相連驅(qū)動車輛，也可作為發(fā)電機，把所發(fā)的電能提供給主電動機驅(qū)動車輛行駛，或者為蓄電池充電。 5.2電力汽車集電方案? 電力汽車的集電方式主要有以下三種：? （1）頂部集電。這種集電模式需要在道路上方布設(shè)架空線網(wǎng)，在車頂安裝集電器。傳統(tǒng)的無軌電車就是采用這種架空線網(wǎng)頂部集電的方式（如圖5.2.1所示），優(yōu)點是道路行人、牲畜和其他移動物體難以接觸架空線網(wǎng)，因此電氣安全性好，可有效防止電擊事故；頂部集電桿可使電力汽車得到較大的偏線距離，對車輛沿線行駛的精度要求低。缺點是架空線網(wǎng)高度大，只適合車身較高的車輛從電網(wǎng)集電行駛，如公交汽車和大型貨車，不適用于車身較低的小型車輛，如小轎車、小型貨車等，所以應(yīng)用范圍用限制。架空線網(wǎng)對道路上方空間形成屏障，將會影響車輛通行，形成安全隱患，也會影響景觀。 圖5.2.1 頂部集電模式 圖5.2.2 德國西門子公司位于柏林郊區(qū)的電氣化公路試驗線 （2）側(cè)集電。是指沿中間隔離帶或道路一側(cè)布置供電系統(tǒng)，電力汽車的集電桿從車輛側(cè)面伸出，通過集電刷從電網(wǎng)取電。優(yōu)點是電力網(wǎng)線安裝在道路側(cè)面，不占用空間，不影響景觀，可以跟道路兩側(cè)的隔離帶、護欄等有機地融為一體。更重要的是，由于供電系統(tǒng)布置較低，適合所有不同高度車輛從電網(wǎng)取電，普及性好。缺點是對電動汽車沿線行駛的精度要求高，即在車輛行駛過程中，車輛行駛時必須保持適當?shù)木嚯x與道路供電裝置，不能有太大的偏差。側(cè)面集電桿具有較高的定位精度，如集電刷上下偏離不能過大，否則不能正常觸網(wǎng)集電。 圖5.2.3 側(cè)集電模式 ??圖5.2.3.1 集電行駛中的實驗用電力車輛 圖5.2.3.2 ?側(cè)集電刷工作原理? （3）地面集電。即把供電系統(tǒng)布置在地面上，電力汽車集電桿從車輛下面伸出與地面線網(wǎng)接觸取電。優(yōu)點是對集電器的定位精度要求低，也允許車輛行駛過程中發(fā)生較大偏離，適合各種車輛從電網(wǎng)集電。缺點是觸電危險性高，供電系統(tǒng)容易遭受水的侵蝕，容易被車輛及重物損壞，容易被灰塵、雨水、異物埋沒。 5.3?電氣化公路與電力汽車經(jīng)濟性分析 5.3.1?電氣化公路供電系統(tǒng)成本分析? 公路電氣化技術(shù)工程尚未實施，屬于一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難以準確估計施工成本。對于成本的分析，可通過跟現(xiàn)有交通設(shè)施、供電系統(tǒng)作比較，初步判斷施工電氣化道路成本。電氣化公路的發(fā)展，需要在原有公路基礎(chǔ)上新增設(shè)施，新增項目主要有道上供電系統(tǒng)、變電站、發(fā)電站和控制中心。 在比較建設(shè)成本時，不需要考慮電氣化公路和公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的相同，如道路建設(shè)成本。其他電氣化公路與現(xiàn)有公路在設(shè)施方面的差異如表5.3.1所示。不論二者部分設(shè)施的有無，僅從二者間有區(qū)別的設(shè)施項目的角度來看，它們之間的成本差異將反應(yīng)在石油和電力上。所以在最初成本分析，可以不用考慮項目的建設(shè)成本，可以認為電氣化高速公路的電價能夠涵蓋其分項的設(shè)施成本，而當前執(zhí)行的電價已經(jīng)包含了變電站、發(fā)電廠、供電系統(tǒng)和電力調(diào)度中心的管理費，所以對公路的建設(shè)電氣化的成本分析時應(yīng)考慮系統(tǒng)的電源是唯一不同于現(xiàn)有的公路基礎(chǔ)設(shè)施項目。你可以向電氣化鐵路接觸網(wǎng)和電車網(wǎng)架空線路施工成本估算。 表5.3.1.1 電氣化公路與既有高速公路設(shè)施對比 設(shè)施項目 公路類型 電氣化公路 既有高速公路 高速公路收費站 有 有 加油站 少 多 道上供電系統(tǒng) 有 無 變電站所 有 無 發(fā)電廠站 有 無 管理控制中心 有 無 道上供電系統(tǒng)的設(shè)施成本估計與基本假設(shè)： （1）單一方向電氣化高速公路路上供電系統(tǒng)的電網(wǎng)功率等同于一級鐵路單方向接觸網(wǎng)功率。列車的平均追蹤距離取10km，一個列車的功率為5000kw，平均功率為500kw/km。亦取該值為道上供電系統(tǒng)單方向的供電功率。 （2）可認為鐵路接觸網(wǎng)的“網(wǎng)線塔架+承力索”的成本等于路上供電系統(tǒng)支架成本，由于路上供電系統(tǒng)增加了大量傳感器、供電節(jié)電力轉(zhuǎn)換部件，其總體成本高于鐵路接觸網(wǎng)，按其兩倍計算。? 普通鐵路接觸網(wǎng)建設(shè)成本為20~30萬元/km，取單方向道上供電系統(tǒng)的單位成本60萬元/km。投資回收期按10年計，車流量按300輛/h計，則分攤到每輛車上的費用為：600000(元/km)?/10(年)×300(天/年)×12（小時/天）×300（車/小時）=0.056（元/車·km） 即5.6元／車hkm，當投資回收期按更長時間考慮且車流量更大時，分攤到每輛車上百公里的供電系統(tǒng)建設(shè)費用會更低。 7.3.2傳統(tǒng)燃油汽車能源消耗? 當前部分車型汽車的耗油量如表5.3.1.2所示。 表5.3.1.2 不同類型汽車的耗油量 車型 指標 型號/排量 （L） 發(fā)動機功率 （kw） 標稱油耗 （L/hkm） 實際平均油耗（L/hkm） 燃油呈種 轎車 奧迪 Q7/3.0L 200 10.7 13 汽油 寶馬 5系/2.5L 130 9.4 12.2 汽油 別克 GL8/2.4L 112 11.5 14.2 汽油 菲亞特 500/1.4L 100 7.3 12 汽油 越野車 長城 塞弗/2.2 120 12 93#汽油 路虎 V8/5.0L 280 14.1 16 97#汽油 大客車 沃爾沃 SWB/6.7L 210 26 柴油 大貨車 歐曼牌 牽引車/10L 280 40 50 柴油 紅巖 牽引車/10L 280 45 柴油 下面舉例計算燃油汽車的能耗費用，油料價格按8元／升計算。 小客車以長城賽弗為例，100km的燃油費用為12×8=96（元／hkm） 大客車以沃爾沃為例，100km的燃油費用為26×8=206（元／hkm） 大貨車取歐曼牽引車為例，100km的燃油費用為50×8=400（元／hkm） 具體計算結(jié)果如表5.3.1.3所示。 表5.3.1.3 耗油汽車的能耗費用 車型 指標 發(fā)動機最大功率（KW） 計算速度 （km/h） 平均百km耗油量（L） 百km能耗費用（元） 長城賽弗越野車 120 90 12 96 沃爾沃大客車 210 90 26 208 歐曼牽引車 280 60 50 400 5.3.2電動汽車能源消耗 仍以長城賽弗越野車、沃爾沃大客車和歐曼牽引車為例，計算該車型改裝成電力汽車后使用電網(wǎng)電力的能耗。電價按0.5元／kwh計，計算可得每100km的能耗成本如表5.3.2.1所示。 表5.3.2.1 電力汽車能耗費用 車型 指標 電動機最大功率（kw） 電動機計算功率（kw） 計算速度（km/h） 百km耗電（kwh） 百km能耗費用（元） 長城賽弗越野車 120 60 90 67 34 沃爾沃大客車 210 160 90 178 89 歐曼牽引車 280 180 60 300 150 表5.3.2.1中的電動機計算功率（kw）為保守值，實際工況下平均功率小于該值，因此所計算的費用為保守估計值。? 5.3.3電動汽車與燃油汽車運行成本比較 從表5.3.1.3、表5.3.2.1的結(jié)果可知，在電氣化高速公路上行駛的電動汽車能耗費用不超過普通燃油汽車能耗費用的一半。已知建設(shè)電氣化高速公路增加的道上供電系統(tǒng)的分攤費用為5.6元／車hkm，根據(jù)表5.3.1.3、表5.3.2.1的可知： 34+5.6=39.6＜96/2(元) 89+5.6=94.6＜208/2（元） 167+5.6=172.6＜400/2（元） 因此，在考慮電氣化公路建設(shè)成本增加因素的情況下，電動汽車在電氣化高速公路上行駛的能耗加上建設(shè)成本的分攤，仍然小于普通燃油汽車運行成本的一半。? 至于電動汽車的制造成本，雖然增加了安裝集電器的成本，但當采用“電網(wǎng)集電+儲能電池”模式時，只需要電動機，節(jié)省了內(nèi)燃機，而且傳動機構(gòu)大為簡化，因而汽車制造成本可比燃油汽車低。如果采用“電網(wǎng)集電+燃油／氣”的雙動力模式，因為具有兩套動力系統(tǒng)，車輛制造成本則比單一動力模式的汽車制造成本就會提高。因此，從環(huán)保與經(jīng)濟角度考慮，“電網(wǎng)集電+儲能電池”是電力汽車合理的動力模式。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 結(jié)論 結(jié) 論 在本文中,使用大量的機械知識完成電動汽車的設(shè)計框架結(jié)構(gòu),利用Solidworks建模功能,建立三維模型。最后,應(yīng)用Solidworks運動仿真功能,使電動汽車設(shè)計直觀、快速、高效。電動汽車的發(fā)展將成為最大的亮點在21世紀汽車工業(yè)的發(fā)展,它是一個實用的解決方案來緩解當前的能源危機。但總的來說,電動汽車的研究和發(fā)展還處于起步階段,特別是在中國,仍然有許多技術(shù)問題需要解決。例如:車身結(jié)構(gòu),可以進一步減少能源消耗,能源存儲組件的選擇和改進,以便它能適應(yīng)長途運輸系統(tǒng),等等。我希望電動汽車的成本價格降低,性能也需要改進,這樣它就可以早日進入千家萬戶。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻 參考文獻 [1] 王望予. 汽車設(shè)計[M]. 北京機械工業(yè)出版社，2007 [2] 劉皓春，全書海，王玉林.電動汽車驅(qū)動控制新技術(shù)[J].武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999. 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