分布式獨立驅(qū)動純電動方程式賽車傳動系設計和實現(xiàn)汽車工程專業(yè)

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1、 分布式獨立驅(qū)動純電動方程式賽車傳動系設計 摘 要 在整個畢業(yè)設計過程中，我設計了方程式賽車傳動系的各個零件，在畢業(yè)設計一開始，我首先根據(jù)學校和老師的要求翻譯了大約8000字的英語文章，然后根據(jù)老師提供的分布式獨立驅(qū)動純電動方程式賽車的一些前提條件：車架，EMRAX電機，并要求分布式獨立驅(qū)動純電動方程式賽車一最快的速度行駛完75米的距離。因為分布式獨立驅(qū)動純電動方程式賽車參加的比賽項目是75米直線加速。知道了這些先決條件之后，先仔細的看了EMRAX電機的說明書，知道電機的各項性能，比如，電機的，轉(zhuǎn)速與功率的關系，電流與轉(zhuǎn)矩的關系，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關系等，然后確定這個傳動系的傳動比，就

2、要確定傳動方式，然后確定傳動比，接下來就是要考慮用什么零件把電機的動力通過你確定的傳動方式傳遞到車輪，我設計的傳動系用到了電機固定板，法蘭盤，小鏈輪，大鏈輪，萬向節(jié)，傳動軸，然后把各個零件的樣式用catia話出來，然后確定每個零件的受力方式，大小。用ANSYS分析零件。確定各個零件的具體尺寸。最后把所有的ccatia零件給裝配起來，導成CAD圖，在打印出來。 關鍵詞 FSAE，傳動系，鏈傳動，萬向節(jié) ABSTRACT Throughout the graduation design process, I designed the various parts of t

3、he Formula One racing system. At the beginning of the graduation project, I first translated about 8,000 words of English according to the requirements of the school and the teacher, and then based on the distributed independent driver provided by the teacher Some of the prerequisites for the pure e

4、lectric formula racing: the frame, the EMRAX motor, and the requirements of the distributed independent drive pure electric formula racing car at the fastest speed of 75 meters away. Because the distributed independent drive pure electric formula racing to participate in the competition project is 7

5、5 meters straight line acceleration. Know these prerequisites, the first carefully read the EMRAX motor manual, know the motor performance, such as motor, speed and power relationship, the relationship between current and torque, torque and speed relationship, And then determine the transmission rat

6、io of the drive system, it is necessary to determine the transmission mode, and then determine the transmission ratio, the next step is to consider what parts of the motor power through your sure transmission to the wheel, I designed the drive to the motor Fixed plate, flange, small sprocket, large

7、sprocket, universal joint, drive shaft, and then the various parts of the style with catia out, and then determine the force of each part of the way, size. Analyze parts with ANSYS. Determine the specific dimensions of each part. Finally put all the ccatia parts to the assembly up to the CAD drawing

8、, print out. Key words FSAE, driveline, chain drive,Universal joint 1 目 錄 摘 要.............................................................................................................................. Ⅰ ABSTRACT.......................................................................

9、..........................................Ⅰ 第一章 緒論 .................................................................................................................1 1.1 FSAE的發(fā)展歷史........................................................................................................1 1.2 中國FSAE的

10、介紹........................................................................................................1 1.3 舉辦FSAE的意義 ............................................................................3 1.4 長安大學列風車隊 ............................................................................2 第二章 動

11、力部分..........................................................................................5 2.1 確定傳動比..............................................................................................5 2.2 設計鏈條和小鏈輪..............................................................................4 2.3 設

12、計法蘭盤............................................................................................5 2.4 設計電機固定板..........................................................................................7 第三章 傳動系后橋 .......................................................................................

13、....10 3.1 萬向節(jié)的介紹.....................................................................................................10 3.1.1 不等速萬向節(jié)..........................................................................................10 3.1.2 準等速萬向節(jié)...........................................................

14、......................... 10 3.1.3 等速萬向節(jié)............................................................................................11 3.1.4撓性萬向節(jié) ....................................................................................................11 3.2 選擇萬向節(jié).......................................

15、........................................................................12 3.3 傳動軸...............................................................................................................16 3.3.1漸開線花鍵的介紹.........................................................................................

16、........16 3.4 后橋的支撐.......................................................................................................19 第四章 受力分析 ...................................................................................21 4.1 整車受力分析..................................................................

17、.............................21 4.2 鏈條受力分析..............................................................................................23 第五章ANSYS分析...............................................................................................................26 第六章結(jié)論.............................

18、........................................................................................32 參考文獻 .....................................................................................................................50 致謝................................................................................

19、..............................................50 第一章 緒論 中國在2010年引入了FSAE。中國FSAE的全稱是中國大學生方程式汽車比賽。中國大學生方程式汽車大賽是一個特別嚴謹而且有意義的比賽，大賽不僅制定了比賽的規(guī)則，還制定了制造賽測的標準。參加比賽的都是一些學習汽車專業(yè)或與汽車專業(yè)相關的還在念書的大學生，他們一起組隊設計并制造一個符合比賽要求的賽車。大賽規(guī)定，參加比賽的學生必須在12個月的時間內(nèi)依靠自己的力量設計和制造出一輛賽車，大賽還要求設計，制造出來的賽車的必須具有良好的制動性能，操控性能，以

20、及加速性能等，方程式賽車的比賽包括很多項目，對于這些項目，自己設計的賽車呢可以全部參加，也可以只參加一部分。同時，參加比賽的隊伍不僅要講清楚自己的設計理念，并且還要由大賽的評審員對賽車的若干項性能進行測試。 1.1 FSAE的發(fā)展歷史 Formula SAE (FSAE)最初是由國際汽車工程師學會(SAE International)于1978年開辦，其想法來自于一家虛擬制作工廠，他們希望在校大學生可以設計并制造一輛小型方程式賽車，而且希望制造出來的小型方程式賽車擁有良好，穩(wěn)定并且足夠耐久的的加速性能，制動性能以及操控性能。 國際汽車工程師學會在1979年舉辦了第一屆比賽，比賽地

21、點是在美國的休斯頓，比賽的名字叫做迷你印地車賽(SAE Mini-Indy)，參加第一屆比賽參賽的一共有13支隊伍。其中只有有11支完成比賽。當時的比賽規(guī)則是制作一臺5馬力的木制賽車，在整車設計方面受到的限制很少，目的呢是為了給車隊最大的設計彈性和自我表達創(chuàng)意和想象力的空間。而這一理念延續(xù)至今。 在參加比賽之前，每個車隊一般會用8至12個月的時間去設計、建造、測試和準備賽車。然后呢來自世界各地的大學生會聚在一起進行比賽。比賽過程中，大賽會給大學生一個證明創(chuàng)造力和工程技術(shù)能力的機會。為了更好的完成比賽，學生可以把自己想象成一個汽車工程師。有一家汽車公司要請他們?nèi)ピO計、制造一輛原型車，然后呢

22、用他們設計的原型車去評估該公司的一個量產(chǎn)項目，參加比賽的大學生可以把周末業(yè)余汽車比賽當作銷售市場。因此，該原型車必須具有良好的在加速性能，制動性能和操控性能。同時該車必須成本低廉、容易維修、可靠性好。此外，考慮到市場銷售的因素，該車需美觀、舒適，零部件也需要有通用性。而參加比賽的大學生要做的就是設計和制造一輛滿足各種要求的車。各個設計環(huán)節(jié)將作為競賽比較和評判的內(nèi)容。 隨著汽車技術(shù)的日新月異，汽車的驅(qū)動技術(shù)也在不斷發(fā)展，以前只有內(nèi)燃機來驅(qū)動汽車，現(xiàn)在混合動力汽車，純電動汽車也隨處可見，而大學生方程式大賽也緊跟社會發(fā)展潮流。舉辦了以混合動力、純電動汽車為主的大學方程式比賽，第一個舉辦混合動力

23、方程式賽車比賽的項目的國家是America；而電動方程式賽車比賽則是在德國的提議下迅速發(fā)展起來。從方程式汽車比賽的誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有將近40年了，方程式汽車比賽的成功也是有目共睹的，現(xiàn)在每年由15個國家舉辦20場賽事，參加比賽的大學生都來自全球頂級高校，參賽隊伍達到數(shù)百支。到目前為止舉辦方程式汽車比賽的國家有:中國，美國、加拿大、德國、英國、奧地利、意大利、西班牙、匈牙利、捷克共和國、巴西、澳大利亞、日本、印度及泰國。 1.2 中國FSAE的介紹 中國汽車工程學會以及與其合作的會員單位在認真研究了歐美國家的大學生方程式汽車大賽，學習相關經(jīng)驗，汲取精華，去其糟粕之后，精心組織了一項符合中國

24、國情，符合中國大學生的全新比賽。2010年中國在上海舉辦了第一屆中國大學生方程式汽車大賽，參加第一屆中國大學生方程式汽車大賽的車隊有20多支，400多人，他們來自十幾個不同省市。所以，中國大學生方程式汽車大賽不僅僅是一個比賽，更是一個汽車類專業(yè)人才齊聚的盛會。中國自2010年開始引進FSAE賽事以來，國內(nèi)高校車隊發(fā)展迅猛，據(jù)2016年的報名情況，比賽已擴展至超過60支車隊的參賽規(guī)模，成績喜人?，F(xiàn)今已有長安大學，浙江大學，清華大學，西華大學，西安交通大學，北京航空航天大學，南昌大學，江蘇大學，重慶理工大學，福州大學，遼寧工業(yè)大學，山東理工大學，燕山大學，中山大學，四川交通職業(yè)技術(shù)學院 ，桂林電子

25、科技大學，西安汽車科技職業(yè)學院等?？圃盒⑴c其中。 中國FSAE秉持“中國創(chuàng)造擎動未來”的遠大理想，為了把方程式汽車比賽變成一個培育中國汽車行業(yè)未來領導者以及中國汽車工程師的交流盛會，成為與國際汽車工程師的交流平臺。就必須從中國汽車工程教育和汽車行業(yè)的現(xiàn)實基礎出發(fā)，學習歐美國家成功舉辦方程式汽車比賽的經(jīng)驗。中國舉辦方程式汽車比賽目的是為了建立一個培育，挑選優(yōu)秀汽車人才的公共平臺，通過多方位的考查，提高學生們的設計、制造等能力，提高汽車專業(yè)學生的實際動手能力，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展積累人才，促進中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“制造強國”的戰(zhàn)略方向邁進。中國方程式汽車比賽是一項不盈利的公益事業(yè)，

26、但是功在當代，利在千秋。項目的運營和發(fā)展結(jié)合優(yōu)秀高等院校資源、整車和零部件制造商資源，獲得了政府部門和社會各界的大力支持以及品牌企業(yè)的資助。社會各界對項目投入的人力支持和資金贊助全部用于賽事組織、賽事推廣和為參賽學生設立賽事獎金。 1.3 舉辦FSAE的意義 新中國最早的汽車制造廠是一汽，但是當時中國處于一窮二白的狀態(tài)，各種汽車技術(shù)十分落后，汽車技術(shù)幾乎都是由蘇聯(lián)提供。改革開放以前，中國的汽車技術(shù)發(fā)展緩慢，改革開放之后，人民的收入不斷提高，對生活質(zhì)量的要求也不斷提高，對汽車的需求也越來越大，但是中國的汽車產(chǎn)量很低，根本無法滿足人民的需求，導致外國車開始進入中國，然后中國汽車企業(yè)開始與國

27、外的車企進行合資，學習國外的先進技術(shù)，在中國汽車人的艱苦奮斗下，中國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，除了國有汽車企業(yè)之外，還有發(fā)展很不錯的民營車企，比如長城，吉利等?，F(xiàn)在，中國已經(jīng)是一個汽車工業(yè)大國，汽車產(chǎn)量的增長速度和汽車銷量的增長速度都很快，而且汽車的保有量已經(jīng)突破兩億輛，但我們還不是汽車工業(yè)強國，因為我國還沒有一個可以拿得出手的中國自主汽車品牌，很多與汽車有關的核心技術(shù)我們還沒有掌握。所以從汽車制造大國變成汽車制造強國已成為中國汽車人的首要目標，想要實現(xiàn)這個目標就必須大批培養(yǎng)汽車人才。而學生通過參加中國大學生方程式汽車大賽可以培養(yǎng)自己的學習能力，設計能力以及團隊合作能力，而汽車公司所需要的就是擁有這些

28、能力學生，這些學生進入汽車公司以后，也可以更好，趕快的適用公司。中國大學生方程式汽車大賽也給開設汽車專業(yè)的高等院校提供了一個相互交流的平臺，創(chuàng)造一個良好的教學以及學術(shù)氛圍，推動學科建設。參加比賽的學生不僅可以將自己在書本上學到的理論知識用于實踐當中。同時，還能提高自身的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)良好的人際溝通能力和團隊合作精神，增長自己的見識，開闊自己的眼界，成為符合社會需求的全面人才。也為汽車行業(yè)的健康、快速和可持續(xù)發(fā)展積累了人才。舉辦中國大學生方程式汽車比賽也是為了促進中國自主汽車品牌的創(chuàng)新能力，以前中國汽車發(fā)展模式是把國外的優(yōu)秀汽車品牌引進中國，建立合資企業(yè)，學習國外汽車品牌先進的管理理念和生產(chǎn)技術(shù)

29、，然后再自主創(chuàng)新。從引進國外汽車品牌到今天也有三十多年的時間了，所以現(xiàn)在是中國自主汽車品牌創(chuàng)新的關鍵階段，也迫切的需要大量并且專業(yè)的汽車人才，加快中國從汽車大國向汽車強國的轉(zhuǎn)變的步伐。充分利用社會資源培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，搭建一個國際汽車技術(shù)交流平臺，讓中國汽車行業(yè)緊跟世界汽車技術(shù)發(fā)展的潮流。 1.4長安大學列風車隊 長安大學FSAE獵風車隊成立于2011年5月，主要由長安大學汽車學院在校研究生、本科生組成，汽車學院車輛工程專業(yè)蔡紅民老師擔任指導老師。2011年10月首次參加了第二屆中國大學生方程式汽車大賽，是西北地區(qū)唯一一所參加中國大學生方程式汽車比賽的211院校。車隊口號：獵舞驚云動，風

30、卷盛長安。 本文是在賽車車架和電機給定的情況下對方程式賽車的傳動系進行設計，計算以及校核。設計過程中運用CATIA三維畫圖軟件，畫出傳動系所需要的每一個零件，然后用根據(jù)《汽車理論》這本書所講的知識對方程式賽車的受力分析，確定傳動系每一個零件的受力情況，確定各個零件的大致尺寸，然后用ANSYS進行分析，看零件的應變，應力是否符合要求。最后把所有的CATIA零件圖和車架圖，電機圖進行裝配，在導成二維圖。 第二章 動力部分 2.1確定

31、傳動比 賽車的比賽項目是75米直線加速項目，駕駛員體重60kg。電車的動力是EMRAX207電機，它的最大轉(zhuǎn)矩呢是80N*M，方程式賽車的驅(qū)動方式是后輪驅(qū)動，單個后輪的載荷是82.5Kg，后輪半徑r=235mm。而良好瀝青路面的附著系數(shù)是0.8，所以粗略的計算一下車輪受到的最大地面切向力是82.5*9.8*0.8=646.8N，則車輪中心所受到的最大力矩約為646.8N*235mm=151.998N*m。大于電機的最大轉(zhuǎn)矩80N*m，所以需要一個傳動比大于1的傳動系來滿足方程式賽車對轉(zhuǎn)矩的需要。 確定方程式賽車傳動系的傳動方式。如果傳動系用齒輪來傳遞動力的話，不太合適，因為，齒輪是一

32、個特別復雜的零件，制造特別困難，安裝的時候?qū)φ`差要求很高，從而導致成本高，所以不太合適。而帶傳動雖然結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但是帶傳動可能會打滑。所以鏈傳動相對來說比較合適，因為鏈條對制造和安裝的要求都不高，而且還不會打滑，傳動效率高，而且它是通過鏈輪上的齒和鏈條進行力的作用，所以，安裝鏈條時張緊力可以取一個比較小的值，這樣的話軸受到的徑向壓力比較小。而且鏈條傳動整體尺寸比較小，成本低，對環(huán)境工作的要求也比較低，例如在溫度較高，空氣濕度較大的的情況下，鏈條可以正常工作。所以，方程式賽車的傳動系使用鏈傳動比較合適。 確定傳動系的傳動比。鏈條的傳動比不宜取得很大，因為傳動比過大的話，鏈條包裹大鏈輪的

33、角度就會很大，則鏈條與小鏈輪相互配合的齒數(shù)就會減少，鏈輪上每個齒所承受的力就會增大，輪齒的壽命就會變短，所以一般情況傳動比要小于等于6，一般情況下傳動比都大于等于2，小于等于3.5，而鏈輪的齒數(shù)都是正整數(shù)，所以傳動比可以取一個整數(shù)，這樣的話，計算比較簡單，也不用對鏈輪的齒數(shù)進行圓整。因為車輪中心所受到的最大力T輪≈646.8N*235mm=151.998N*m，而電機的最大轉(zhuǎn)矩為80N*m。所以傳動比可以取為3，傳動效率0.9。這樣的話，需要電機發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩約為51N*m，小于80N*m。 2.2設計鏈條和鏈輪 確定大小鏈輪的齒數(shù)。大鏈輪的齒數(shù)少，傳動比一定，則小鏈輪的齒數(shù)少，大鏈輪

34、和小鏈輪的分度圓直徑直徑就小，大鏈輪和小鏈輪的質(zhì)量也就會小。但是，如果小鏈輪的齒數(shù)過少，會導致在一個傳動周期內(nèi)，大鏈輪瞬時轉(zhuǎn)速的最大值與最小值的差值與其平均轉(zhuǎn)速的比值以及鏈條的動載荷都會增加，鏈節(jié)在與鏈輪剛接觸或是剛分開的時候，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角會增大，鏈傳動的圓周力增加，鏈輪的壽命就會減小。鏈輪的最小齒數(shù)Z min=9。在這里取小鏈輪的齒數(shù)為11，則大鏈輪的齒數(shù)為33。 確定鏈條規(guī)格和參數(shù)。想要確定鏈條規(guī)格和參數(shù)，可以先粗略的分析方程式賽車的運動狀況和受力情況。賽車運動過程中地面會沿賽車運動方向給賽車后輪一個切向力，這個切向力的最大值Ft max=2*82.5*9.8*0.8=1293

35、.6N，切向力由零到最大所需要的時間可以忽略不計。滾動阻力系數(shù)f=0.018，則滾動阻力Ff=300*9.8*0.018=52.92N。先忽略空氣阻力和賽車車輪的轉(zhuǎn)動慣量。則方程式賽車的最大加速度a=（1293.6－52.92）/300=4.14m/s2。賽車行駛距離為75米時，賽車的速度V=√（2*4.14*75）=24.9m/s。小鏈輪的轉(zhuǎn)速可根據(jù)車速求解，ω小=V*3/r=318rad/s。小鏈輪的轉(zhuǎn)矩T小=56.3N*m。由此得到小鏈輪所傳遞的功率P小=318*51≈16.2KW。當量的單排鏈計算功率Pca=Ka*Kz*P?。?）。Ka是工況系數(shù)，取1，Kz主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取2.5。

36、Pca=16.2*2.5=40.545kw。查機械設計手冊，同時考慮到賽車只進行75米加速運動，鏈條的工作時間短，所以選擇的鏈條型號為10A。至于鏈節(jié)的數(shù)目，我是確定完大鏈輪和小鏈輪的具體位置后，再確定鏈節(jié)的具體數(shù)目[1]。 設計鏈輪。鏈輪的基本參數(shù)是配用鏈條的節(jié)距P，滾子的直徑Dr，齒數(shù)Z。我所采用的鏈輪畫法是三圓弧一直線畫法，如圖2-1所示，圓弧與圓弧之間，圓弧與直線直徑均為圓滑過渡。鏈條的主要參數(shù)：內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1=10mm 銷軸直徑=5mm 鏈板寬=1.5mm 內(nèi)鏈節(jié)高度h2=15mm 銷軸長度=18mm 套筒內(nèi)徑=5.2mm 外鏈節(jié)高度h1=13mm

37、 內(nèi)鏈節(jié)外寬b3=13.8mm 外鏈節(jié)內(nèi)寬b4=14mm 鏈輪公式：1.節(jié)距P=15.875mm 2.滾子直徑=10.16mm 3.小鏈輪齒數(shù)Z小=11 4.大鏈輪齒數(shù)Z大=33 5.齒溝圓弧半徑r1=0.5025*dr+0.05mm（2） 6.工作段圓弧半徑r2=1.3025*dr+0.05mm（3） 7.齒頂圓弧半徑r3=dr*(1.3025*cosγ+0.8*cosβ-1.3025mm)-0.05mm（4） 8.齒溝圓弧的圓心與工作段圓弧圓心的水

38、平距離T=0.8*dr*cosα（5） 9.齒溝圓弧的圓心與工作段圓弧圓心的垂直距離W=0.8*dr*sinα（6） 10.齒溝圓弧圓心與齒頂圓弧圓心的水平距離W=1.3*dr*cos(180°/Z)（7） 11.齒溝圓弧圓心與齒頂圓弧圓心的垂直距離V=1.3*dr*sin(180°/Z)（8） 12.β=18°-56°/Z（8） 13.α=55°-60°/Z （9） 14.γ=17°-64°/Z（10） 15.頂圓半徑da/2=d/2-dr/2+1.1P/2-

39、0.4P/Z（11） 16.分度圓半徑d/2=P*0.5/sin(180°/Z)（12）[2] 圖2-1 2-3設計法蘭盤 方程式賽車由電機驅(qū)動，而電機與并不是直接與小鏈輪連接，而是通過法蘭盤連接，EMRAX207電機的說明書中給出了幾種法蘭盤的外形（圖2-2），以及電機與法蘭盤的連接樣式（圖2-3），也給出了電機與法蘭盤相互接觸的面（圖2-4）。 圖2 -2[3] 圖2-3[4]

40、 圖2-4[5] EMRAX207電機的說明書中給出的幾種法蘭盤與電機的連接方式是通過花鍵連接，花鍵連接和平鍵連接應該是電機與法蘭盤的最常見的連接方式，花鍵連接與平鍵連接相比，在同軸徑的情況下，花鍵所能傳遞的扭矩比平鍵所能傳遞的扭矩大，花鍵的受力比平鍵更均勻，應力集中比較小，使用壽命長，對中性好?；ㄦI的導向性比平鍵的導向性要好，花鍵在使用時可以有適當?shù)妮S向移動。但是花鍵的加工精度比平鍵的要求高，成本也比平鍵的高。綜合考慮一下，我決定使用平鍵連接，因為在這個方程式賽車中，電機傳遞的轉(zhuǎn)矩不是很大，電機所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩約為51

41、N*m，所以使用平鍵比較好。 而我在EMRAX207電機的說明書中給出的幾種法蘭盤的外形的基礎上，做出了一些改動， 改動之后的樣式如圖2-5，圖2-6所示。 圖2-5 圖2-6 我改動后的法蘭盤和電機說明書里給的法蘭盤形式差不多，圖2-5所示的法蘭盤的最左側(cè)的凸臺是為了法蘭盤與電機安裝更容易，起到定位作用，從圖2-4可以看出，電機與法蘭盤相連的面（銀白色部分）有一部分向內(nèi)凹陷，此凹陷部分正好與法蘭盤最左側(cè)凸起部分相配合，起定位作用，如果法蘭盤最左側(cè)沒有凸起的話，電機與法蘭盤用螺栓連接

42、時，一個螺栓擰緊，其他的螺栓孔可能就會錯開，此時再擰其他螺栓的話，會不太容易擰上去。法蘭盤上最大的一個圓盤面上有六個孔，與圖2-4電機銀白色面上的六個孔一一對應，而且六個孔是均布排列用來上螺栓。同時電機說明書里已經(jīng)對螺栓的尺寸，規(guī)格做了說明。螺栓的規(guī)格是M8*1。25mm，擰進電機的長度至少15mm，最多16。5mm。圖2-6中最右側(cè)的軸與小鏈輪相配合，軸上的孔用來安裝普通平鍵，軸左側(cè)的一小段軸的右側(cè)的面會與小鏈輪的側(cè)面相接觸，我認為與小鏈輪側(cè)面相接觸的面需要精加工，保證小鏈輪的側(cè)面與段軸的側(cè)面緊密接觸，如果沒有這一小段軸的話，可能需要對最大圓盤的整個右側(cè)面進行精加工。另外，可以看到法蘭盤右側(cè)

43、最長軸的最右端有一個孔，這個孔是內(nèi)螺紋孔，孔的大小呢是M4。因為小鏈輪需要橫向固定，因此，可以用一個端蓋（圖2-7，圖2-8）來擋住小鏈輪，然后用螺栓把端蓋與法蘭盤右側(cè)最長軸相固定。法蘭盤各個部分的具體尺寸需要用ANSYS進行分析之后再確定。 2-4設計電機固定板 設計電機固定板。要把電機固定在車架上的話，需要用到電機固定板，而EMRAX207電機的說明書上也給出了一種電機固定板的形式作為參考（圖2-9）。在設計電機固定板除了需要考慮電機固定板的鋼度，強度之外，還需要注意不能遮擋電機上的一些孔，電機上的的孔有的是與電機固定板相連接時擰螺栓用的，有的是電線插孔，有的是冷卻電機用的（圖2-

44、10），EMRAX207電機的冷卻方式是水冷，電機上有一個進水孔，一個出水孔。同時呢，在設計電機固定板時還要考慮電機固定板的減重，例如圖2-9所示的EMRAX207電機說明書中所給出的電機固定板，它的兩端各有3個圓，目的就是在滿足電機固定板鋼度和強度的情況下，減輕電機固定板的重量，方程式賽車的重量也隨之減少。 圖2-7 圖2-8 圖2-9[6] 在固定電機時一個電機我只有用了一個電機固定板，電機固定板的各個地方都是圓滑過渡。形式如圖

45、2-11。電機固定板與電機的是通過螺栓連接，電機說明書中對連接電機固定板和大家的螺栓做了說明，螺栓的規(guī)格呢是M8，而且是內(nèi)六角螺栓，一共需要8個。擰進電機內(nèi)的螺栓長度至少要25mm。電機固定板的尺寸需要用ANSYS分析之后在確定。 圖2-10[7] 圖2-11

46、 第三章 傳動系后橋 3.1萬向節(jié)的介紹。 電機固定板，法蘭盤的結(jié)構(gòu)設計已經(jīng)完成，鏈輪，鏈條的各個參數(shù)以及確定，根據(jù)動力的輸出路徑：電機到法蘭盤，法蘭盤到小鏈輪，小鏈輪通過鏈條把動力傳給大鏈輪，大鏈輪把動力傳遞給傳動軸，最后傳動軸再把動力傳給車輪，方程式賽車在行駛過程中，車輪可能會上下跳動，也可能會軸向移動，引起傳動軸的上下跳動，或者是軸向移動，而同時呢電機是固定在車架上不動的，電機不動，則法蘭盤就不動，法蘭盤不動，則小鏈輪就不動，小鏈輪不動，大鏈輪就不能動，否則的話，鏈輪之間的運動傳遞就會出問題。所以如果傳動軸

47、與大鏈輪之間是直接鋼性相連接的話，傳動軸的上下跳動，或是軸向移動，大鏈輪就會受到損壞，而且運動的傳遞也會出問題。所以大鏈輪與傳動軸之間不能簡單的鋼性接來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，必須要有一個萬向節(jié)。 在汽車或者是其他機械中，經(jīng)常會遇到需要兩根軸來傳遞運動和動力的情況，但是，如果一根軸相對于另一根軸的空間位置不斷發(fā)生變化，那么兩根軸之間就會用到萬向節(jié)。在這個方程式賽車上，大鏈輪和方程式賽車的傳動軸之間，以及傳動軸和車輪之間的相對位置在方程式賽車運動過程中都會不斷發(fā)生變化，所以大鏈輪和方程式賽車的傳動軸，以及傳動軸和方程式賽車的車輪之間的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運動需要用到萬向節(jié)。在設計萬向節(jié)的時候，需要考慮以下

48、幾點：1.兩根軸用萬向節(jié)連接之后，兩根軸的軸線所成的角度以及兩根軸的空間相對位置的變化必須處在在一定范圍內(nèi)，同時也能夠平穩(wěn)的傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。在這里呢，可以這么理解，在方程式賽車運動過程中，大鏈輪與傳動軸之間的夾角和相對位置，以及傳動軸和車輪之間的夾角和相對位置會發(fā)生變化。而萬向節(jié)呢就是要保證大鏈輪與傳動軸之間的夾角和相對位置在一定范圍內(nèi)變化時，保證大鏈輪能夠可靠而穩(wěn)定的把動力傳遞給傳動軸，對傳動軸和車輪也是如此。2.保證兩根軸的瞬時角速度盡可能的相等。也就是說，在方程式賽車上使用萬向節(jié)的目的就是為了保證大鏈輪和傳動軸，以及傳動軸和車輪之間盡可能的等速轉(zhuǎn)動。3.要萬向節(jié)的傳動效率要高。 萬

49、向節(jié)也有好幾種類型，大致可以分為兩種，一是剛性萬向節(jié)，二是撓性萬向節(jié)。二者的區(qū)別在于撓性萬向節(jié)在扭轉(zhuǎn)方向上有明顯的彈性。剛性萬向節(jié)是依靠萬向節(jié)零件的鉸鏈式連接來傳遞動力，剛性萬向節(jié)又包括三種萬向節(jié)[8]。 3.1.1不等速萬向節(jié)。 不等速萬向節(jié)是指萬向節(jié)所連接的兩根軸的軸線所成的角度只要不等于零，在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，兩根軸之間任意時刻轉(zhuǎn)速比是變化的，但平均轉(zhuǎn)速相等。例如十字軸式不等速萬向節(jié)，普通的十字軸式萬向節(jié)主要有萬向節(jié)叉，套筒，滾針軸承蓋以及軸向定位件和橡膠密封件的其他零件組成，十字軸式不等速萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，強度高，傳動可靠，傳動效率高，價格便宜，技術(shù)含量低，但是所連接的兩軸夾角不宜過大

50、，當夾角從四度增加到十六度的時候，普通的十子軸式萬向節(jié)中的滾針軸承的壽命下降為原來壽命的四分之一[9]。 3.1.2準等速萬向節(jié)。 準等速萬向節(jié)是指萬向節(jié)所連接的兩軸的軸線所成的角度等于某一個值的時候，輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速大小在任意時刻都是相等的，否則的話，輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速大小在任意時刻都不相等，但很接近。例如1.雙聯(lián)式準等速萬向節(jié)。雖然十字軸式萬向節(jié)是不等速萬向節(jié)，但是兩個十字軸式萬向節(jié)組合在一起就是一個準等速萬向節(jié)，即雙聯(lián)式準等速萬向節(jié)。為了保證兩根軸在用雙聯(lián)式準等速萬向節(jié)傳遞旋轉(zhuǎn)運動時，兩根軸的工作角速度能夠趨于穩(wěn)定，可設有分度機構(gòu)。用雙聯(lián)式準等速萬向節(jié)連接的兩根軸

51、所能成的夾角最大可達五十度。雙聯(lián)式準等速萬向節(jié)的優(yōu)點是軸承密封性好，能量損失小，工作可靠，制造方便。缺點是結(jié)構(gòu)較復雜，外形尺寸較大，零件數(shù)目較多，結(jié)構(gòu)較復雜，傳遞轉(zhuǎn)矩有限。2.凸塊式準等速萬向節(jié)。凸塊式準等速萬向節(jié)就從運動副來看，也是一種雙聯(lián)式萬向節(jié)，它主要由兩個萬向節(jié)叉以及兩個不同形狀的特殊凸塊組成，兩凸塊相當于雙聯(lián)萬向節(jié)裝置中兩端帶有位于同一平面上的兩個萬向節(jié)叉的中間軸及十字銷軸，因此可以保證輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速近似相等，這種結(jié)構(gòu)簡單可靠，加工簡單，允許萬向節(jié)夾角可達五十度，但是由于工作面全部是滑動摩擦，摩擦表面容易受損，所以傳動過程中能量損失大，并且對密封潤滑要求比較高。3.三銷軸式準等速

52、萬向節(jié)，三銷軸式萬向節(jié)是有雙聯(lián)式萬向節(jié)演變過來的，它主要是由兩個偏心軸叉，兩個三銷軸，六個滾針軸承及其密封裝置組成，三銷軸式萬向節(jié)可以直接暴露在外面，并不需要加外球殼和密封裝置。對萬向節(jié)與轉(zhuǎn)向節(jié)的同心度要求并不嚴格，中心不一致可由萬向節(jié)內(nèi)三銷的軸向滑動來補償，允許所連接的兩軸的最大夾角比較大，可達四十五度。但是它的外形尺寸較大，零件形狀較為復雜。4.球面滾輪式準等速萬向節(jié)。球面滾輪式準等速萬向節(jié)由銷軸、球面滾輪、萬向節(jié)軸和圓筒組成。滾輪可在槽內(nèi)做軸向移動，起到伸縮花鍵作用。滾輪與槽壁接觸可傳遞轉(zhuǎn)矩。結(jié)構(gòu)上應保證沿圓周等分的三個球面滾輪的軸線始終位于或近似位于萬向節(jié)兩軸夾角的等分面上。該萬向節(jié)允

53、許的軸間夾角可達四十三度，加工也比較容易。 3.1.3等速萬向節(jié)。 顧名思義，如果用等速萬向節(jié)來連接的輸入軸和輸出軸，那么，不管輸入軸和輸出軸之間的夾角是多少，二者的瞬時角速度都相等，例如1。球籠式等速萬向節(jié)。球籠式等速萬向節(jié)（亦稱球籠式萬向聯(lián)軸器）是一類容許兩相交軸間有較大角位移的聯(lián)軸器，它是目前應用最為廣泛的等速萬向節(jié)。球籠式等速萬向節(jié)主要由鐘形殼、星形套、鋼球和保持架（亦稱球籠）構(gòu)成。球籠式萬向節(jié)具有單節(jié)瞬時同步、兩軸間角位移大、效率高、安裝拆卸方便、能承受重載及沖擊載荷等突出優(yōu)點。但是，球籠式等速萬向節(jié)因其加工制造精度高、難度大。2。三球銷式等速萬向節(jié)，三球銷式等速萬向節(jié)是

54、一種新型的萬向節(jié)。當三柱槽殼（主動軸）轉(zhuǎn)動時．通過球環(huán)帶動三銷架（從動軸）轉(zhuǎn)動三球銷式等速萬向節(jié)是一種能夠軸向伸縮的聯(lián)軸節(jié)。當三球銷式等速萬向節(jié)形成活動角傳遞動力時，基于內(nèi)部零件的相對滑動，產(chǎn)生了摩擦力，它有三個球面滾子，將產(chǎn)生較強烈的振動。減少振動的最佳方案是減少等速萬向節(jié)內(nèi)部摩擦，主要有兩條途徑：一是改善潤滑方式，二是減少滑動，增設滾動零件之類的措施進行結(jié)構(gòu)的改進。三球銷式等速萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、潤滑好、散熱快、承載能力大和工作可靠等優(yōu)點。球叉式等速萬向節(jié)。 3.1.3撓性萬向節(jié)。 而撓性萬向節(jié)跟剛性萬向節(jié)區(qū)別在于傳遞動力的方式。撓性萬向節(jié)是依靠萬向節(jié)的彈性零件來傳遞動力，

55、彈性元件可以是橡膠盤、橡膠金屬套筒、鉸接塊、六角環(huán)形橡膠圈等多種形狀。同時可以起到緩沖減震的作用。撓性萬向節(jié)依靠其中彈性元件的彈性變形來保證在相交兩軸間傳動時不發(fā)生干涉。撓性萬向節(jié)能減小傳動系的扭轉(zhuǎn)振動、動載荷和噪聲，結(jié)構(gòu)簡單，使用中不需潤滑[10]。 3.2選擇萬向節(jié)。 根據(jù)上面所描述的各種萬向節(jié)的優(yōu)缺點來說，我覺得在方程式賽車上使用等速萬向節(jié)比較好，1。方程式賽車參加的比賽項目是75米直線加速，雖然方程式賽車的運動時間很短，但是萬向節(jié)的類型以及性能對比賽的結(jié)果還是有影響的，2。雖然等速萬向節(jié)的加工制造的復雜程度，成本都是比不等速萬向節(jié)和準等速萬向節(jié)都要高一點，但是都在可承受范圍內(nèi)。所以

56、我在方程式賽車的傳動系中使用的是等速萬向節(jié)。而生活中比較常見的等速萬向節(jié)在上面已經(jīng)說過了，包括球籠式等速萬向節(jié)，三球銷式等速萬向節(jié)，球叉式等速萬向節(jié)。它們?nèi)齻€相互比較大話，我覺得三球銷式等速萬向節(jié)，因為三球銷式等速萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、潤滑好、散熱快、承載能力大和工作可靠等優(yōu)點[11]。所以我在手機方程式賽車傳動系的時候使用的是三球銷式等速萬向節(jié)。下面呢，我將把我所知道的所以關于三球銷式等速萬向節(jié)的知識詳細的說一下。 三球銷式萬向節(jié)是由若干個零件組成的1.萬向節(jié)外殼（圖3-），2.球環(huán)（圖3-2），3.滾針（圖3-3），4.三銷架（圖3-），5.卡環(huán)（圖3-5）。

57、 圖3-1 圖3-2 圖3-3 圖3-4 圖3-5 從以上幾個圖中可以簡單了解三球銷式萬向節(jié)的簡單組成，以及它各個零件的基本參數(shù)，接下來我會解釋一下各個參數(shù)的含義。 D0：萬向節(jié)內(nèi)腔溝道中心圓直徑。D1：萬向節(jié)外殼的最大直徑。 D2：萬向節(jié)內(nèi)腔最小直徑。 D3：

58、萬向節(jié)內(nèi)腔最大直徑。 D4：萬向節(jié)內(nèi)腔的溝道直徑。 D5：圓滑過渡直徑。 D6：減重直徑。 D7：球環(huán)外球面直徑。 D8：球環(huán)滾道直徑。 D9：滾針直徑。 D10：三銷架三銷架三銷軸直徑。 D11：三銷架輪轂曲率直徑。 D12：三銷架三銷軸卡簧槽直徑。 D13：三銷軸凸臺直徑。 D14：擋圈外徑。 D15：擋圈內(nèi)徑。 L1：萬向節(jié)內(nèi)腔最小直徑圓弧的圓心與萬向節(jié)外殼的圓心距離。 L2：球環(huán)外球面的曲率中心

59、至端面的距離。L3：球環(huán)寬度。L4：滾針長度。 L5：三銷軸軸肩與三銷架中心的距離。L6：軸轂曲率中心與三銷架中心的距離。 L7：軸轂半徑。L8：三銷軸凸臺高度。L9：三銷軸卡環(huán)槽外端至凸臺的距離。 L10：三銷軸卡環(huán)槽寬度。L11：卡環(huán)厚度。L12：卡環(huán)總高度。 B1：三銷架寬度。B2：三銷架三銷軸中心到端面的距離。 三球銷式萬向節(jié)的各個零件的基本參數(shù)之間相互聯(lián)系，不是相互獨立的。 有公式存在。 D0的確定。D0= [D3*D3+(L3+ 2*h1)*(L3+ 2*h1)-D4*D4]^0.5-L3- 2h0（13）。 h0=(0.36～ 0.38)*L3（14）

60、 D1的確定。D1是三球銷式萬向節(jié)的基本尺寸之一，而且它已經(jīng)被標準化和系列化。比如，型號為T68的三球銷式萬向節(jié)的D1的大小為61.5mm。再比如型號為T71的三球銷式萬向節(jié)的D1的大小65mm。 D2的確定D2=[D4*D4 +(D0-L3- 2*h1)*(D0-L3- 2*h1)-(L3+ 2*h1)* (L3+ 2*h1) ]^0.5[12]（15）。 h1= 0.15*L3（16） D3的確定 考慮到三球銷萬向節(jié)的外殼應有一定的壁厚，一般壁厚取0。05倍的D1比較合適，所以，三銷軸式萬向節(jié)的內(nèi)腔最大直徑D3可按下式計算。 D3 = 0.9*D1（17）。 D4

61、的確定。由于球環(huán)在三球銷萬向節(jié)的外殼的內(nèi)腔溝道內(nèi)既滾動又滑動，所以球環(huán)與三球銷萬向節(jié)的外殼的內(nèi)腔溝道是間隙配合，所以，三球銷萬向節(jié)外殼的內(nèi)腔溝道中心圓直徑D4，可按下式計算。D4=D7+β1（18）。當D1≤82mm時，β1= 0.2，當82mm

62、件ANSYS來確定，剛開始的時候D6可以取小一點，然后用ANSYS來分析三銷軸式萬向節(jié)外殼還是否滿足剛度以及安全系數(shù)的要求。如果安全系數(shù)還很大的話，可以繼續(xù)增大D6的值，直到安全系數(shù)合適為止。 D7的確定。球環(huán)外球面直徑D7可按下式計算 D7=K*D1（19） 式中：K= 0.42～ 0.44。 D8的確定。球環(huán)滾道直徑D8可按下式計算 D8=D10+ 2*D9（20） D9的確定。滾針直徑D9可根據(jù)三球銷式萬向節(jié)外殼最大外徑D1值的大小取標準值，以常用的D1≤120mm三球銷式萬向節(jié)為例：當D1≤82mm時，D9=2;當82mm

63、m[14]。 D10的確定。D10=(0.52～ 0.54)*D7（21） D11的確定。為使三銷架軸轂兩端外徑與內(nèi)花鍵孔之間有足夠的壁厚，三銷架軸轂曲率半徑D11可按下式確定。 D11= 0.65*2*L7（22） D12的確定。三銷架三銷軸卡環(huán)槽直徑D12可按下式計算。D12=D10-β2當D9= 2mm時，β2= 1.2mm，當D9= 2.5mm時，β2=1.6mm。 D13的確定。三銷架三銷軸凸臺直徑D13可按下式計算。 D13=D8-β3（23），當D9= 2mm時β3= 0.5mm;當D9= 2.5mm時，β3=0.7mm。 D14的確定。由于卡環(huán)

64、外徑要擋球環(huán)，顯然，卡環(huán)外徑D14要大于球環(huán)滾道直徑D8，即有D14=D8+β4（24）。當D9= 2mm時，β4= 1.5mm，當D9= 2.5mm時，β4= 2mm。 D15的確定。由于擋圈內(nèi)徑D15與三銷軸直徑D10是間隙配合，即有D15=D10+ 0。15mm L1的確定。L1=D0/2。 L2的確定。球環(huán)的外球面一般設計成對稱結(jié)構(gòu)，顯然，球環(huán)的外球面的曲率中心至端面的距離L2的計算表達式為：L2=1/2*L3（25） L3的確定。球環(huán)寬度L3可按下式確定。L3=1/3*D7（26） L4的確定。滾針長度L4可按下式計算 L4=L3+β5（27） 式

65、中：β5= 0.2mm～ 1mm L5的確定。三銷架三銷軸軸肩至三銷架中心的距離L5可按下式計算 L5=1/2*(D0-L3)（28） L6的確定。三銷架軸轂曲率中心至三銷架中心的距離L6的計算公式如下為L6=D11/2-L7（29） L7的確定。由于三銷架軸轂與三銷軸式萬向節(jié)殼內(nèi)腔最小徑配合，所以，三銷架軸轂半徑L7可按下式確定 L7=（D2-β6 )/2（30） 式中：β6 = 1.5mm～ 2.5mm。 L8的確定。三銷架三銷軸凸臺高度L8規(guī)定為：當D9= 2mm時，L8= 1mm;當D9= 2.5mm時，L8= 1.5mm。 L9的確定。三銷架三銷軸卡環(huán)

66、槽外端至凸臺的距離L9可按下式確。 L9=L4+L10+β6（31）。當D9= 2mm時，β6= 1.5mm，D9= 2.5mm時，β6= 2mm。 L10的確定。當D9= 1.2mm時，L10= 1.3mm；當D9= 1.6mm時L10= 1.8mm。 L11的確定。卡環(huán)厚度L11的取值規(guī)定如下：當D9= 2mm時，L11= 0.8mm；當D9= 2.5mm時，L11= 1mm。 L12的確定?？ōh(huán)總高度 L12的取值規(guī)定如下：當D9= 2mm時，L12= 2.5mm;當D9= 2.5mm時，L12= 3mm。 B1的確定。三銷架寬度B1可按下式計算 B1=β7*D10（32） 式中:β7= 1.3～ 1.4。 B2的確定。在三銷架軸向方向一般3個軸是對稱結(jié)構(gòu),所以,三銷軸中心至端面的距離B2=1/2*B1（33）。 根據(jù)上面的公式就可以把三球銷式萬向節(jié)的圖給畫出來，我在畫圖的時候，使用的軟件是CATIA ，因為接下來我會用ANSYS來分析三球銷式萬向節(jié)的各個零件。用CATIA把三球銷式萬向節(jié)的各個零件畫出來之后導成STP格式之后，在把STP格式的