摘要
校園電動(dòng)車是近幾年出現(xiàn)的一種新興交通工具。校園電動(dòng)車有著節(jié)能，環(huán)保，便捷等諸多的優(yōu)點(diǎn)。因此本課題具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和接近實(shí)際水平的設(shè)計(jì)要求，尤其是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要進(jìn)行了電動(dòng)車的機(jī)械部分的分析和設(shè)計(jì)，包括電動(dòng)車的減速器、差速器、軸承的選擇設(shè)計(jì)、各主要零部件的強(qiáng)度校核與計(jì)算、以及基本的機(jī)械傳動(dòng)部分的實(shí)現(xiàn)等。通過所設(shè)計(jì)好機(jī)械各部分或者整體部分的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)尺寸，利用制圖軟件CAD進(jìn)行相關(guān)的配圖的繪制以及其他零件圖的繪制。
根據(jù)電動(dòng)車前進(jìn)、后退、制動(dòng)等基本控制要求，給出電動(dòng)機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞: 校園電動(dòng)車；交通工具；強(qiáng)度校核；機(jī)械傳動(dòng)
Abstract
Campus electric vehicle is the emergence of a new transport in recent years. Campus electric car has energy-saving, environmentally friendly, convenient, and many other advantages. Therefore, this issue has a strong practical and realistic level design requirement, especially the part of design for mechanical design and electrical control part.
The graduation project is mainly for the electric vehicle analysis and design of mechanical parts. Including electric reducer, differential, bearing choice design, the major components Strength check and calculation, and basic mechanical transmission part of the implementation and so on. Designed by a good mechanical parts or the whole part of the structure and related dimensions, Use graphics software related with CAD drawing and other component drawing.
According to electric cars forward, reverse, brake control and other basic requirements, electrical motor control design can be given.
Keywords: campus electric vehicles; transport; strength check; mechanical transmission
目 錄
1緒論 1
1.1概述 1
1.2電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展 2
1.3本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 3
2 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 4
2.1概述 4
2.1.1基本要求 4
2.1.2 基本數(shù)據(jù) 4
2.2 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 5
2.2.1減速器傳動(dòng)比計(jì)算 5
2.2.2 齒型選擇 6
2.2.3 載荷計(jì)算 6
2.2.4 齒輪材料選擇 7
2.2.5 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 8
2.3 差速器設(shè)計(jì) 12
2.3.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器原理 12
2.3.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器結(jié)構(gòu) 14
2.3.3 差速器齒輪基本參數(shù)選擇 14
2.3.4 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 17
2.4 軸承選擇與校核 18
2.4.1 概述 18
2.4.2 滾動(dòng)軸承類型及代號(hào) 19
2.4.3 滾動(dòng)軸承選擇 21
2.4.4 滾動(dòng)軸承約束設(shè)計(jì) 22
3電動(dòng)車電氣控制設(shè)計(jì) 24
3.1主電路 24
3.1.1 H型雙極模式PWM控制 24
3.1.2控制電路 25
3.1.3 SG3525的內(nèi)部電路和參數(shù) 26
3.2電動(dòng)車電池設(shè)計(jì)方案 27
3.2.1 電池槽 27
結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
摘要
校園電動(dòng)車是近幾年出現(xiàn)的一種新興交通工具。校園電動(dòng)車有著節(jié)能，環(huán)保，便捷等諸多的優(yōu)點(diǎn)。因此本課題具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和接近實(shí)際水平的設(shè)計(jì)要求，尤其是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要進(jìn)行了電動(dòng)車的機(jī)械部分的分析和設(shè)計(jì)，包括電動(dòng)車的減速器、差速器、軸承的選擇設(shè)計(jì)、各主要零部件的強(qiáng)度校核與計(jì)算、以及基本的機(jī)械傳動(dòng)部分的實(shí)現(xiàn)等。通過所設(shè)計(jì)好機(jī)械各部分或者整體部分的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)尺寸，利用制圖軟件CAD進(jìn)行相關(guān)的配圖的繪制以及其他零件圖的繪制。
根據(jù)電動(dòng)車前進(jìn)、后退、制動(dòng)等基本控制要求，給出電動(dòng)機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞: 校園電動(dòng)車；交通工具；強(qiáng)度校核；機(jī)械傳動(dòng)
Abstract
Campus electric vehicle is the emergence of a new transport in recent years. Campus electric car has energy-saving, environmentally friendly, convenient, and many other advantages. Therefore, this issue has a strong practical and realistic level design requirement, especially the part of design for mechanical design and electrical control part.
The graduation project is mainly for the electric vehicle analysis and design of mechanical parts. Including electric reducer, differential, bearing choice design, the major components Strength check and calculation, and basic mechanical transmission part of the implementation and so on. Designed by a good mechanical parts or the whole part of the structure and related dimensions, Use graphics software related with CAD drawing and other component drawing.
According to electric cars forward, reverse, brake control and other basic requirements, electrical motor control design can be given.
Keywords: campus electric vehicles; transport; strength check; mechanical transmission
目 錄
1緒論 1
1.1概述 1
1.2電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展 2
1.3本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 3
2 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 4
2.1概述 4
2.1.1基本要求 4
2.1.2 基本數(shù)據(jù) 4
2.2 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 5
2.2.1減速器傳動(dòng)比計(jì)算 5
2.2.2 齒型選擇 6
2.2.3 載荷計(jì)算 6
2.2.4 齒輪材料選擇 7
2.2.5 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 8
2.3 差速器設(shè)計(jì) 12
2.3.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器原理 12
2.3.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器結(jié)構(gòu) 14
2.3.3 差速器齒輪基本參數(shù)選擇 14
2.3.4 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 17
2.4 軸承選擇與校核 18
2.4.1 概述 18
2.4.2 滾動(dòng)軸承類型及代號(hào) 19
2.4.3 滾動(dòng)軸承選擇 21
2.4.4 滾動(dòng)軸承約束設(shè)計(jì) 22
3電動(dòng)車電氣控制設(shè)計(jì) 24
3.1主電路 24
3.1.1 H型雙極模式PWM控制 24
3.1.2控制電路 25
3.1.3 SG3525的內(nèi)部電路和參數(shù) 26
3.2電動(dòng)車電池設(shè)計(jì)方案 27
3.2.1 電池槽 27
結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
1緒論
1.1概述
校園電動(dòng)車是近幾年出現(xiàn)的并且不斷發(fā)展日益增多的小范圍內(nèi)使用的交通工具,它的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用為校園內(nèi)的師生提供了更為便利的交通，還可以作為校區(qū)的旅游和觀光工具，目前在各大景區(qū)已經(jīng)廣泛使用。它有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，例如：首先，環(huán)保，電動(dòng)車行駛零排放，不污染大氣，是節(jié)能、環(huán)保的典范； 第二，需求量大，一輛電動(dòng)自行車一次充電能行駛30-50公里，有較大的市場(chǎng)需求； 第三，操作簡(jiǎn)單，車速不高，每小時(shí)20公里左右，不會(huì)對(duì)其他人力自行車和行人構(gòu)成威脅和安全問題； 第四，維修簡(jiǎn)單；第五，用戶白天使用，夜晚充電，續(xù)航能力很強(qiáng)，也不影響日常的工作和生活。該設(shè)計(jì)集機(jī)械和電力電子技術(shù)于一體，充分體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保和方便實(shí)用等特點(diǎn)。通過對(duì)其的設(shè)計(jì)，能夠使自身綜合能力與設(shè)計(jì)創(chuàng)新的思維得到很好的鍛煉。
電池電動(dòng)車的歷史。世界上第一輛電動(dòng)汽車于1881年誕生，發(fā)明人為法國(guó)工程師古斯塔夫·特魯夫，這是一輛用鉛酸電池為動(dòng)力的三輪車，而在1873年，由英國(guó)人羅伯特·戴維森用一 次電池作動(dòng)力發(fā)明的電動(dòng)汽車，并沒有列入國(guó)際的確認(rèn)范圍。后來就出現(xiàn)了鉛酸、鎳鎘、鎳氫電池，鋰離子電池，燃料電池作為電力。電動(dòng)車-行業(yè)前景 電動(dòng)車行業(yè)在中國(guó)崛起僅僅幾年時(shí)間，在這短短的幾年內(nèi)，電動(dòng)車行業(yè)由無到有，由零星分布到大范圍普及，取得了高速的發(fā)展和長(zhǎng)足的進(jìn)步。由于不需要核心技術(shù)，進(jìn)入門檻低，贏利空間大，短時(shí)間內(nèi)大量企業(yè)將目光鎖住電動(dòng)車這個(gè)新興行業(yè)。電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有較強(qiáng)的地域性，一方面表現(xiàn)在生產(chǎn)，一方面表現(xiàn)在消費(fèi)領(lǐng)域，而且這也是一個(gè)漸進(jìn)的過程。 經(jīng)過十余年的發(fā)展，中國(guó)電動(dòng)車行業(yè)從小到大，已經(jīng)形成一個(gè)規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)群，尤其是進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，整個(gè)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。2004年，中國(guó)電動(dòng)車行業(yè)已有1000多家生產(chǎn)廠，年產(chǎn)量達(dá)675萬輛。2005年，中國(guó)的電動(dòng)車年產(chǎn)量達(dá)960萬輛，市場(chǎng)保有量在1500萬輛以上。2006年國(guó)內(nèi)電動(dòng)車產(chǎn)量達(dá)到近2000萬輛，比上年增幅60%以上。2010年，中國(guó)輕型電動(dòng)車的產(chǎn)銷量將可能達(dá)到3000萬輛，出口量將可能達(dá)500萬-600萬輛，實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值700億元，包括上下游帶動(dòng)產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模，將達(dá)1300億元。 我們?cè)跒檫@個(gè)行業(yè)快速發(fā)展而欣喜的同時(shí)也應(yīng)看到，目前電動(dòng)車行業(yè)的整體發(fā)展質(zhì)量并不高，主要表現(xiàn)在廠家雖多但質(zhì)量不佳。具有自主研發(fā)能力、上規(guī)模的大品牌很少，而大多數(shù)是一些靠模仿拼裝、以低價(jià)運(yùn)作的廠家，有些小廠甚至幾個(gè)人、幾把螺絲刀就能組裝銷售。
電動(dòng)車簡(jiǎn)而言之就是以電力為驅(qū)動(dòng)。以電力為能源的車子。電動(dòng)車分類電動(dòng)車按類型分可分為電動(dòng)自行車,電動(dòng)摩托車,電動(dòng)汽車，電動(dòng)三輪車，燃油助力兩用電動(dòng)車。按電力提供的方式可以分成兩大類,一是連接外部電力線來獲得電力,另外就是用電池作為電力.也可以利用太陽(yáng)，風(fēng)或一切可利用的能量轉(zhuǎn)換成電能供車使用。 其他分類：電動(dòng)高爾夫球車、電動(dòng)觀光車、電動(dòng)巡邏車、電動(dòng)貨運(yùn)車、電動(dòng)拉坯車、電動(dòng)裝窯車。 這種類型的電動(dòng)車適用范圍比較窄，一般景區(qū)、工業(yè)園、公園、碼頭、景區(qū)、步行街等場(chǎng)所用。酒店和展覽中心也可用來做接待車。 我國(guó)最新《電動(dòng)摩托車和電動(dòng)輕便摩托車通用技術(shù)條件》的出臺(tái)，將40公斤以上、時(shí)速20公里以上的電動(dòng)車，稱之為電動(dòng)輕便摩托車或電動(dòng)摩托車，劃入機(jī)動(dòng)車范疇。40公斤以下、時(shí)速不超過20公里的，列為非機(jī)動(dòng)車范疇。
1.2電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展
電動(dòng)車行業(yè)在中國(guó)崛起僅僅幾年時(shí)間，在這短短的幾年內(nèi)，電動(dòng)車行業(yè)由無到有，由零星分布到大范圍普及，取得了高速的發(fā)展和長(zhǎng)足的進(jìn)步。由于不需要核心技術(shù)，進(jìn)入門檻低，贏利空間大，短時(shí)間內(nèi)大量企業(yè)將目光鎖住電動(dòng)車這個(gè)新興行業(yè)。電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有較強(qiáng)的地域性，一方面表現(xiàn)在生產(chǎn)，一方面表現(xiàn)在消費(fèi)領(lǐng)域，而且這也是一個(gè)漸進(jìn)的過程。經(jīng)過十余年的發(fā)展，中國(guó)電動(dòng)車行業(yè)從小到大，已經(jīng)形成一個(gè)規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)群，尤其是進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，整個(gè)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。2004年，中國(guó)電動(dòng)車行業(yè)已有1000多家生產(chǎn)廠，年產(chǎn)量達(dá)675萬輛。2005年，中國(guó)的電動(dòng)車年產(chǎn)量達(dá)960萬輛，市場(chǎng)保有量在1500萬輛以上。2006年國(guó)內(nèi)電動(dòng)車產(chǎn)量達(dá)到近2000萬輛，比上年增幅60%以上。2010年，中國(guó)輕型電動(dòng)車的產(chǎn)銷量將可能達(dá)到3000萬輛，出口量將可能達(dá)500萬-600萬輛，實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值700億元，包括上下游帶動(dòng)產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模，將達(dá)1300億元。
哥本哈根召開的聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì),引起了全球關(guān)注,冰川融化,海平面上升,沙塵暴肆虐……環(huán)境變化正威脅著人類賴以生存的自然環(huán)境。作為碳排放大戶的傳統(tǒng)汽車工業(yè),將面臨巨大挑戰(zhàn),節(jié)能減排已成為未來發(fā)展的大趨勢(shì)。 中國(guó)首次量化了溫室氣體減排目標(biāo),到2020年國(guó)內(nèi)二氧化碳排放將比2005年下降40%-45%?？萍疾壳安痪靡脖硎?低碳技術(shù)將納入“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃。這讓車市對(duì)明年即將發(fā)布的節(jié)能減排政策充滿期待。甚至有人大膽預(yù)測(cè)1.6L購(gòu)置稅減征政策將成為長(zhǎng)期政策；“限大揚(yáng)小”將成為汽車發(fā)展的主流趨勢(shì)；未來新能源車,政府扶持力度將更突出。
發(fā)展電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)早已成為國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)的主攻方向之一。美國(guó)、日本、歐盟等汽車產(chǎn)業(yè)大國(guó)對(duì)電動(dòng)車的發(fā)展也尤為重視,不僅每年劃撥巨額資金,同時(shí)還為購(gòu)買電動(dòng)車的消費(fèi)者減免稅賦,給予車補(bǔ)等。2010年至2012年將成為電動(dòng)汽車發(fā)展的重要時(shí)期,日產(chǎn)Leaf、通用雪佛蘭Volt、豐田FT、三菱i-Mi等多款明星電動(dòng)車將投放市場(chǎng),它們將在車輛性能、乘坐舒適性、使用成本等方面與汽油車形成競(jìng)爭(zhēng)。
電動(dòng)車作為新型產(chǎn)品,能否被消費(fèi)者接受,關(guān)鍵在兩方面。一是,電動(dòng)車的成本與經(jīng)濟(jì)性,如果成本太高,超出消費(fèi)者的預(yù)支太多,即使它的技術(shù)再先進(jìn),消費(fèi)者也只能是望而卻步了。二是,汽車技術(shù)的可靠性和使用便利性。如果使用過程,經(jīng)常拋錨會(huì)令消費(fèi)者質(zhì)疑它的安全性,甚至放大它的危險(xiǎn)性。而充電設(shè)施、充電時(shí)間等便利與否,將直接影響到購(gòu)買決意。
與其他國(guó)際品牌電動(dòng)車相比,自主電動(dòng)車更側(cè)重于從市場(chǎng)接受度出發(fā),重點(diǎn)發(fā)展微型和小型電動(dòng)乘用車。目前,奇瑞、吉利、長(zhǎng)安、比亞迪等電動(dòng)車已正式或即將正式推出,各地電動(dòng)汽車電池廠項(xiàng)目也紛紛上馬,為老百姓打造“買得起”的電動(dòng)車是政府與自主車企共同的追求。未來,自主電動(dòng)車將與合資電動(dòng)車形成較明顯的產(chǎn)品差異,搶占不同的消費(fèi)群體?？颇釥柶囐Y訊公司曾預(yù)測(cè),2020年中國(guó)市場(chǎng)純電動(dòng)車將占到市場(chǎng)40%強(qiáng),加上20%的混合動(dòng)力汽車,新能源汽車比例將占市場(chǎng)2/3。電動(dòng)車將成為汽車工業(yè)邁入“低碳”行列的重要功臣。
1.3本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)
（1）分析研究導(dǎo)師發(fā)送的任務(wù)書，熟悉設(shè)計(jì)對(duì)象，充分利用網(wǎng)上資料、圖書館藏書，了解校園電動(dòng)車相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)的大致內(nèi)容，為整個(gè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，做最基本的準(zhǔn)備。
（2）在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下深入研究設(shè)計(jì)對(duì)象，查找關(guān)鍵點(diǎn)，攻破難點(diǎn)，并提出個(gè)人的設(shè)計(jì)思路或想法。
（3）根據(jù)最大載重四人的負(fù)荷（500kg）以及最大速度(15Km/h)的基本條件，通過查詢電動(dòng)車相關(guān)手冊(cè)以及其它資料，選擇電動(dòng)車的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和設(shè)計(jì)。依據(jù)電動(dòng)車前進(jìn)、后退、制動(dòng)等基本控制要求，運(yùn)用單片機(jī)，給出電動(dòng)機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)。
（4）確定機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，軸承設(shè)計(jì)與選擇，幾何參數(shù)。
（5）著手畫圖，裝配圖，零件圖的繪制要先繪制草圖，并逐漸修改錯(cuò)誤。
（6）撰寫設(shè)計(jì)論文，闡述設(shè)計(jì)依據(jù)，說明設(shè)計(jì)內(nèi)涵。根據(jù)已經(jīng)得到的設(shè)計(jì)結(jié)果，闡述其中的設(shè)計(jì)方法和依據(jù)，整理成文。設(shè)計(jì)說明書要明確設(shè)計(jì)過程的計(jì)算，原理和一些必要的細(xì)節(jié)。
2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)
2.1概述
2.1.1基本要求
電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系的末端。其基本功用是增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動(dòng)軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪；其次，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動(dòng)力矩和反作用力矩等。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器，差速器，車輪傳動(dòng)裝置和橋殼組成。
設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
（1）選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速比，以保證電動(dòng)車在給定的條件下具有最佳的動(dòng)力性。
（2）外廓尺寸小，保證電動(dòng)車具有足夠的離地間隙，以滿足通過性的要求。
（3）齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
（4）在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動(dòng)效率。
（5）具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受和傳遞作用于路面和車架或車身間的各種力和力矩；在此條件下，盡可能降低質(zhì)量，減少不平路面的沖擊載荷，提高電動(dòng)車的平順性。
（6）與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
（7）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，維修，調(diào)整方便。
2.1.2 基本數(shù)據(jù)
該設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)要求如下：
（1）車型：校園電動(dòng)車；
（2）額定乘員：4個(gè)
（3）外形尺寸（mm）（長(zhǎng)×寬×高）：4930×3390×1800
（4）空載質(zhì)量：780kg
（5）滿載質(zhì)量：1230kg
（6）前：516kg 后：714kg；
（7）輪距：前：1230mm 后：1200mm；
（8）最小離地間隙（mm）：205
（9）最高車速：33km/h；最大爬坡度（滿載）：大于25%；
（10）主減速器傳動(dòng)比：10:1；
（11）額定功率：4kw（最高車速時(shí)3265r/min時(shí)）；
（12）額定轉(zhuǎn)矩：19.6Nm；T=9549×P/n
（13）輪胎規(guī)格：145/80R12真空輪胎；
（14）輪胎半徑＝0.145×80％＋12×2.54/100/2=0.2684m
2.2 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)
由于要求設(shè)計(jì)的是校園電動(dòng)車的后驅(qū)動(dòng)橋，要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)級(jí)別的驅(qū)動(dòng)橋，一般選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋以與非獨(dú)立懸架相適應(yīng)。對(duì)比轎車的后橋，電動(dòng)車后橋的主要特點(diǎn)是傳動(dòng)路徑不一樣，輸入軸與半軸是平行的。其他的結(jié)構(gòu)組成基本一致。
2.2.1減速器傳動(dòng)比計(jì)算
主減速器的傳動(dòng)比：
式（2.1）
式中： rr—車輪的滾動(dòng)半徑，m；
np—最大功率時(shí)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min;
va max—電動(dòng)車的最高車速，km/h;
igH—變速器最高擋傳動(dòng)比，通常為1；
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)其齒輪的類型，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速形式的不同而異。
驅(qū)動(dòng)橋中主減速器、差速器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求：
（1）所選擇的主減速比應(yīng)能保證電動(dòng)車既有最佳的動(dòng)力性。
（2）外型尺寸要小，保證有必要的離地間隙；齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小。
（3）在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)協(xié)調(diào)。
（4）在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，以改善電動(dòng)車平順性。
（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。
按主減速器的類型分，驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式有多種，基本形式有三種如下：
（1）中央單級(jí)減速器。（主減速比i0≤7.6）
（2）中央雙級(jí)主減速器。由于上述中央雙級(jí)減速橋均是在中央單級(jí)橋的速比超出一定數(shù)值或牽引總質(zhì)量較大時(shí)（傳動(dòng)比在7.6＜i0≤12）
（3）中央單級(jí)、輪邊減速器。（i0＞12）
綜上所述，應(yīng)該選用中央雙級(jí)主減速器，分析如下：
該后橋減速器的傳動(dòng)比為10，傳動(dòng)比7.6＜i0≤12，超出了單級(jí)減速器的最大傳動(dòng)比，所以必須使用二級(jí)減速器。
所以此設(shè)計(jì)采用二級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，再配以鑄造整體式橋殼。
2.2.2 齒型選擇
主減速器的齒輪有弧齒錐齒輪，雙曲面齒輪，圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。借鑒東風(fēng)EQ8081電動(dòng)車，其后橋的布置形式不同于一般電動(dòng)車，電動(dòng)機(jī)的輸入軸與后橋半軸是平行的，不需對(duì)齒輪的傳動(dòng)方向改變90°，因此主減速器選用圓柱齒輪傳動(dòng)。所以該主減速器應(yīng)該選用雙級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的減速器。
2.2.3 載荷計(jì)算
（1）按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)矩（Tce、Tjφ），其中較小者為計(jì)算載荷：
式（2-2） 式（2-3）
式中：
—電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；
iTL—由電動(dòng)機(jī)至所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)系最低擋傳動(dòng)比，in=10；
ηT—傳動(dòng)系上傳動(dòng)部分的傳動(dòng)效率，取ηT=0.99×0.99×0.99×0.99×0.97×0.97＝0.90；
Kd—由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，Kd=1；
n—電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，n=1；
G2—電動(dòng)車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平面的最大負(fù)荷，714×9.8＝6997.2N；
φ—輪胎對(duì)地面的附著系數(shù)，對(duì)于安裝一般輪胎的公路用電動(dòng)車，取φ=0.85；
rr—車輪滾動(dòng)半徑，0.2684m；
ηLB,iLB—分別由所計(jì)算的主減速器從動(dòng)齒輪到驅(qū)動(dòng)車輪之間的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比。ηLB取0.9，由于沒有輪邊減速器，所以取iLB=1;
由以上數(shù)據(jù)代入公式（2-2）、（2-3）計(jì)算得：
Tje=19.6×10×1×0.9/1=176.4Nm
Tjφ=6997.2×0.85×0.2684/（0.9×1）=1773.7Nm
（2）按電動(dòng)車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)齒輪的平均計(jì)算轉(zhuǎn)矩
對(duì)于公路車輛來說，使用條件較非公路車輛穩(wěn)定，其正常持續(xù)的轉(zhuǎn)矩根據(jù)所謂的平均牽引力的值來確定：
式（2-4）
式中：——電動(dòng)車滿載時(shí)的總重量，12054N；
——所牽引的掛車滿載時(shí)總重量，N，但僅用于牽引車的計(jì)算；
——道路滾動(dòng)阻力系數(shù)，計(jì)算時(shí)對(duì)于電動(dòng)車取0.010~0.015，在這我們?nèi)?.013
——電動(dòng)車正常行駛時(shí)的平均爬坡能力系數(shù)，對(duì)于轎車通常取0.08；
——電動(dòng)車的性能系數(shù)：時(shí)，??；
——主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的效率為0.9；
——主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比為1；
——驅(qū)動(dòng)橋數(shù)為1。
——車輪的滾動(dòng)半徑 為0.2684m
以上數(shù)據(jù)詳見參考文獻(xiàn)[9]，把以上數(shù)據(jù)代入式（2-4）得：
==334.31
2.2.4 齒輪材料選擇
驅(qū)動(dòng)橋齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。因此，傳動(dòng)系中的主減速器齒輪是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。主減速器齒輪的材料應(yīng)滿足如下的要求：
（1）具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。
（2）齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。
（3）鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。
（4）選擇合金材料是，盡量少用含鎳、鉻呀的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。
電動(dòng)車主減速器齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲碳層與芯部的含碳量相差過多，便會(huì)引起表面硬化層的剝落。
為改善新齒輪的磨合，防止其在運(yùn)行初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，齒輪在熱處理以及精加工后，作厚度為0.005～0.020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可以提高其壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。
2.2.5 齒輪強(qiáng)度計(jì)算
在選好主減速器齒輪的主要參數(shù)后，應(yīng)根據(jù)所選的齒形計(jì)算齒輪的幾何尺寸，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式及其影響因素。
（1）單位齒長(zhǎng)圓周力
在電動(dòng)車主減速器齒輪的表面耐磨性，常常用其在輪齒上的假定單位壓力即單位齒長(zhǎng)圓周力來估算，根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]得：
N／mm 式（2-5）
式中：P—作用在齒輪上的圓周力，按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax和最大附著力矩
F—從動(dòng)齒輪的齒面寬，
第一級(jí)從動(dòng)齒輪：根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]得，=33/cos12=33.737mm. 第二級(jí)從動(dòng)齒輪：b4=36.804mm
按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：
N／mm 式 (2-6)
式中：根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，并根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，初取數(shù)據(jù)如下,
—電動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，取19.6；
—計(jì)算齒輪之間的傳動(dòng)比，根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，取i12=2.529，i34＝4.158；
—主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑，參考參考文獻(xiàn)[10]，取第一級(jí)：34.76mm；第二級(jí)：38.85mm
按式(3-6)得：
第一級(jí)圓周力： N/mm
第二級(jí)圓周力： N/mm
按最大附著力矩計(jì)算時(shí)：
N／mm 式（2-7）
式中：——電動(dòng)車滿載時(shí)一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋給水平地面的最大負(fù)荷，對(duì)于后驅(qū)動(dòng)橋還應(yīng)考慮電動(dòng)車最大加速時(shí)的負(fù)荷增加量，在此取7140N；
——輪胎與地面的附著系數(shù)，在此取0.85；
——輪胎的滾動(dòng)半徑，在此取0.2684m；
d2——從動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑,參考參考文獻(xiàn)[10]，取第一軸： 87.92mm 第二周：161.53mm
按式（2-7）得
第一軸圓周力：=242.144 N／mm
第二軸圓周力： N/mm
在現(xiàn)代電動(dòng)車的設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，單位齒長(zhǎng)上的圓周力有時(shí)提高許用資料的20%～25%。經(jīng)驗(yàn)算以上兩數(shù)據(jù)都在許用范圍內(nèi)。其中上述兩種方法計(jì)算用的許用單位齒長(zhǎng)上的圓周力[p]都為893N/mm22，故滿足條件。
（2）齒輪彎曲強(qiáng)度
齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為：
= N/mm2 式（2-8）
式中：
—齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力，N/mm2；
Tj—齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，對(duì)從動(dòng)齒輪，取中的較小值，為176.4N/m；
對(duì)第一級(jí)主動(dòng)齒輪取為=176.4/(10.12×0.994×0.972)=19.286 Nm；第二級(jí)主動(dòng)齒輪取為 N/m
k0—過載系數(shù)，一般取1；
ks—尺寸系數(shù)，當(dāng)斷面模數(shù)mTd≥1.6時(shí)，=0.5326；
km—齒面載荷分配系數(shù)，一個(gè)齒輪騎馬式支承，km=1.25；
kv—質(zhì)量系數(shù)，取1；
F—所計(jì)算的齒輪齒面寬；F=36mm
z—計(jì)算齒輪的齒數(shù)；
J —齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)， 取J=0.03；
m—端面模數(shù)，mt=2.0447
對(duì)于第二級(jí)主動(dòng)齒輪， T=73.339Nm；從動(dòng)齒輪，T=176.4Nm；
將各參數(shù)代入式（2-11）得：
從動(dòng)齒輪齒根彎曲應(yīng)力： = MPa；
主動(dòng)齒輪齒根彎曲應(yīng)力： = MPa；
主減速器齒輪的許用彎曲應(yīng)力 []=700MPa，輪齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。
(3)輪齒接觸強(qiáng)度
輪齒的齒面接觸應(yīng)力為：
σj= N/mm2 式（2-9）
式中：
Tjz—主動(dòng)齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩，
第一級(jí)主動(dòng)齒輪取為=176.4/(10.12×0.994×0.972)=19.286 Nm；
第二級(jí)主動(dòng)齒輪取為 Nm
σj—錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力，MPa；
d—主動(dòng)齒輪分度圓直徑，單位為mm；根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，取d1=34.76mm，d2=38.85；
F—主、從動(dòng)齒輪齒面寬較小值；根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，取b1=33，b2=36mm；
Kf—表面質(zhì)量系數(shù)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，取1.0；
Cp—綜合彈性系數(shù)，取232N1/2/mm；
ks—尺寸系數(shù)，取1.0；
J—齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，
第一級(jí)取0.11，第二級(jí)取0.142
k0、km、kv選擇同式（2-9）
將各參數(shù)代入式（2-9）得：
第一級(jí)齒輪齒面接觸應(yīng)力：
MPa
第二級(jí)齒輪齒面接觸應(yīng)力：
MPa
σw≤[σw]=2800MPa，輪齒接觸強(qiáng)度滿足要求。
2.3 差速器設(shè)計(jì)
電動(dòng)車在行駛過程中左，右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往不等。轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪行程顯然不同，外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；電動(dòng)車在不平路面上行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這不僅會(huì)加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，電動(dòng)車左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了電動(dòng)車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。
差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。電動(dòng)車在拐彎時(shí)車輪的軌線是圓弧，如果電動(dòng)車向左轉(zhuǎn)彎，圓弧的中心點(diǎn)在左側(cè)，在相同的時(shí)間里，右側(cè)輪子走的弧線比左側(cè)輪子長(zhǎng)，為了平衡這個(gè)差異，就要左邊輪子慢一點(diǎn)，右邊輪子快一點(diǎn)，用不同的轉(zhuǎn)速來彌補(bǔ)距離的差異。如果后輪軸做成一個(gè)整體，就無法做到兩側(cè)輪子的轉(zhuǎn)速差異，也就是做不到自動(dòng)調(diào)整。但是差速器的這種調(diào)整是自動(dòng)的 。
2.3.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器原理
當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等（圖2-1），其值為。于是==，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。
圖2-1對(duì)稱式錐齒輪差速器結(jié)構(gòu)原理示意圖
圖2-1為對(duì)稱式錐齒輪差速器結(jié)構(gòu)原理示意圖。差速器殼3 與行星齒輪軸5 連成一體, 構(gòu)成行星架, 因它又與主減速器的從動(dòng)齒輪6 固定連接, 故為主動(dòng)件, 設(shè)其角速度為 半軸齒輪1 和2 為從動(dòng)件, 設(shè)其角速度分別為 和 , 半軸齒輪中心孔有花鏈與半軸連接, 半軸又與兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪固定連接在一起, 所以半軸和驅(qū)動(dòng)輪也存從動(dòng)件。A 、B 兩點(diǎn)分別為行星齒輪4 與左右半軸齒輪1 和2 的嚙合點(diǎn), C 為星齒輪中心點(diǎn),A 、B 、C 三點(diǎn)與左右半軸旋傳軸線的距離均為r。當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)A的圓周速度為=+，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為=-。于是
+=（+）+(-)
即 + =2 式（2-10）
若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示，則
式（2-11）
式（2-10）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式，它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此在電動(dòng)車轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng)。
有式（2-10）還可以得知：當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零（例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)），若一側(cè)半軸齒輪受其它外來力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.3.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器結(jié)構(gòu)
普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼，兩個(gè)半軸齒輪，四個(gè)行星齒輪，行星齒輪軸，半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖2-2所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于電動(dòng)車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。
圖2-2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器結(jié)構(gòu)圖
1-軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；6-行星齒輪； 7-從動(dòng)齒輪；
8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓
當(dāng)左右驅(qū)動(dòng)輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，差速器分配給慢轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩大于快轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩。這種差速器轉(zhuǎn)矩均分特性能滿足校園電動(dòng)車在良好路面上正常行駛。
2.3.3 差速器齒輪基本參數(shù)選擇
由于在差速器殼上裝著主減速器從動(dòng)齒輪，所以在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí)，應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器的輪廓尺寸也受到主減速器從動(dòng)齒輪軸承支承座及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承座的限制。
（1）行星齒輪數(shù)目的選擇
電動(dòng)車一般采用2個(gè)行星齒輪。
（2）行星齒輪球面半徑的確定
圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)尺寸，通常取決于行星齒輪的背面的球面半徑，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，因此在一定程度上也表征了差速器的強(qiáng)度。
球面半徑可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式確定：
mm 式(2-12)
式中：——行星齒輪球面半徑系數(shù)，可取2.52～2.99，對(duì)于有2個(gè)行星齒輪的電動(dòng)車取大值2.8；
Tj——計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取Tce和Tcs的較小值，176.4 .
根據(jù)上式=15.703mm 所以預(yù)選其節(jié)錐距A0=20mm
（3）行星齒輪與半軸齒輪的選擇
選擇行星齒輪的齒數(shù)為Z1=10；半軸齒輪的齒數(shù)為Z2=16；
（4）差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定
首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角，
==32.00° =90°-=58° 式（2-13）
再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m
m===220/10×sin32°=2.119 式（2-14）
參照GB1357—87第一系列模數(shù)表，在此取m=2.5mm
得 d1=mz1=2.5×10=25mm
d2=mz 2=2.5×16=40mm
表2-1差速器直齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表 長(zhǎng)度單位：mm
項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
行星齒輪齒數(shù)
≥10，應(yīng)盡量取最小值
=10
半軸齒輪齒數(shù)
=14～25
=16
模數(shù)
=2.5mm
齒面寬
F=(0.25～0.30)A;F≤10m
6mm
工作齒高
=4mm
全齒高
4.521
壓力角
22.5°
軸交角
=90°
節(jié)圓直徑
；
d1=25mm
d2=40mm
節(jié)錐角
，
=32°，
節(jié)錐距
=23.588mm
周節(jié)
=3.1416
=7.854mm
齒頂高
;
=2.564mm
=1.436mm
齒根高
=1.788-;=1.788-
=1.906mm;
=3.034mm
徑向間隙
=-=0.188+0.051
=0.521mm
齒根角
=;
=4.62°; =7.33°
面錐角
；
=39.33°，=62.62°
根錐角
；
=27.38°，=50.67°
外圓直徑
；
d01=29.35mm
d02=41.52mm
（5）行星齒輪安裝孔的直徑φ及深度L
行星齒輪的安裝孔的直徑φ與行星齒輪軸的名義尺寸相同，而行星齒輪的安裝孔的深度就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，通常取：
式（2-15）
式（2-16）
式（2-17）
式中：——差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，N·m；TO=19.6×0.994×0.973×10.517=186.3
——行星齒輪的數(shù)目；在此為2
——行星齒輪支承面中點(diǎn)至錐頂?shù)木嚯x，， ≈0.5d， d為半軸齒輪齒面寬中點(diǎn)處的直徑，而d≈0.8；
——支承面的許用擠壓應(yīng)力，在此取69
根據(jù)上式 d=0.8×40=32 =0.5×32=16
=8.758 84.375
2.3.4 差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算
差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)電動(dòng)車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度為
式(2-18)
式中：——差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式
在此為55.89N·m；
——差速器的行星齒輪數(shù)2；
——半軸齒輪齒數(shù)16；
、、——見式（2-18）下的說明；
J——計(jì)算電動(dòng)車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]，取 =0.2175;
由以上數(shù)據(jù)代入（2-18）得：
MPa
電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)橋齒輪許用應(yīng)力[σw]〈 980 MPa。所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
2.4 軸承選擇與校核
2.4.1 概述
該設(shè)計(jì)的校園電動(dòng)車選用的圓錐滾子軸承。滾動(dòng)軸承依靠其主要元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)零件，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間的摩擦是滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，它由下列零件組成；
(1)帶有滾道的內(nèi)圈和外圈；
(2)滾動(dòng)體(球或滾子)；
(3)隔開并導(dǎo)引滾動(dòng)體的保持架。
有些軸承可以少用一個(gè)套圈(內(nèi)圈或外圈)，或者內(nèi)、外兩個(gè)套圈都不用，滾動(dòng)體直接沿滾道滾動(dòng)。
內(nèi)圈裝在軸頸上，外圈裝在軸承座中。通常內(nèi)圈隨軸回轉(zhuǎn)，外圈固定，但也有外圈回轉(zhuǎn)而內(nèi)圈不動(dòng)，或是內(nèi)、外圈同時(shí)回轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。
常用的滾動(dòng)體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對(duì)稱球面滾子等幾種，如圖2-4所示。軸承內(nèi)、外圈上的滾道，有限制滾動(dòng)體側(cè)向位移的作用。
圖2-3 滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)
圖2-4 常用的滾動(dòng)體
與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)為：
（1）摩擦力矩和發(fā)熱較小。在通常的速度范圍內(nèi)，摩擦力矩很少隨速度而改變。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比滑動(dòng)軸承要低得多(比后者小80～90%)；
（2）維護(hù)比較方便，潤(rùn)滑劑消耗較??；
（3）軸承單位寬度的承載能力較大；
（4）大大地減少有色金屬的消耗。
滾動(dòng)軸承的缺點(diǎn)是：
徑向外廓尺寸比滑動(dòng)軸承大；接觸應(yīng)力高，承受沖擊載荷能力較差，高速重負(fù)荷下壽命較低；小批生產(chǎn)特殊的滾動(dòng)軸承時(shí)成本較高；減振能力比滑動(dòng)軸承低。
2.4.2 滾動(dòng)軸承類型及代號(hào)
2.4.2.1 滾動(dòng)軸承類型、性能與特點(diǎn)
按滾動(dòng)體的形狀，滾動(dòng)軸承可分為球軸承和滾子軸承。
按接觸角α的大小和所能承受載荷的方向，軸承可分為：
（1） 向心軸承：
公稱接觸角：0°≤α≤45°
（2）推力軸承：
公稱接觸角：45°≤α≤90°
按自動(dòng)調(diào)心性能，軸承可分為自動(dòng)調(diào)心軸承和非自動(dòng)調(diào)心軸承。滾子軸承的類型很多，現(xiàn)將最常用的幾種滾動(dòng)軸承的性能和特點(diǎn)作簡(jiǎn)要介紹。
（3）圓錐滾子軸承
能承受較大的徑向載荷和單向的軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較低。 內(nèi)外圈可分離，故軸承游隙可在安裝時(shí)調(diào)整，通常成對(duì)使用，對(duì)稱安裝。適用于轉(zhuǎn)速不太高、軸的剛性較好的場(chǎng)合。
主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量雙向軸向載荷，工作時(shí)內(nèi)外圈軸線允許偏斜8′～16′。摩擦阻力小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣泛。但承受沖擊載荷能力較差。適用于高速場(chǎng)合，在高速時(shí)，可能來代替推力球軸承。
圖2-5 圓錐滾子軸承
(4)圓柱滾子軸承
只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷。承受載荷能力比同尺寸的球軸承大，尤其是承受沖擊載荷能力強(qiáng)，極限轉(zhuǎn)速較高。
圖2-6 圓柱滾子軸承
(5)調(diào)心球軸承
用于承受徑向載荷，也能承受少量的雙向軸向載荷。外圈滾道為球面，具有調(diào)心性能，內(nèi)外圈軸線相對(duì)偏斜允許0.5°～2°，適用于多支點(diǎn)軸、彎曲剛度小的軸以及難于精確對(duì)中的支承。
圖2-7 調(diào)心球軸承
2.4.3 滾動(dòng)軸承選擇
由于滾動(dòng)軸承多為已標(biāo)準(zhǔn)化的外購(gòu)件，因而，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承部件時(shí)，只需：
正確選擇出能滿足約束條件的滾動(dòng)軸承，包括：合理選擇軸承和校核所選出的軸承是否能滿足強(qiáng)度、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟(jì)等方面的約束；
進(jìn)行滾動(dòng)軸承部件的組合設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承的選擇包括：合理選擇軸承的類型、尺寸系列、內(nèi)徑以及諸如公差等級(jí)、特殊結(jié)構(gòu)等。
選用滾動(dòng)軸承時(shí)，首先是選擇滾動(dòng)軸承的類型。選擇軸承的類型，應(yīng)考慮軸承的工作條件、各類軸承的特點(diǎn)、價(jià)格等因素。和一般的零件設(shè)計(jì)一樣，軸承類型選擇的方案也不是唯一的，可以有多種選擇方案，選擇時(shí)，應(yīng)首先提出多種可行方案，經(jīng)深入分析比較后，再?zèng)Q定選用一種較優(yōu)的軸承類型。一般，選擇滾動(dòng)軸承時(shí)應(yīng)考慮的問題主要有：
軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)。這是選擇軸承類型的主要依據(jù)。
首先載荷的大小與性質(zhì)。通常，由于球軸承主要元件間的接觸是點(diǎn)接觸，適合于中小載荷及載荷波動(dòng)較小的場(chǎng)合工作；滾子軸承主要元件間的接觸是線接觸，宜用于承受較大的載荷；若軸承承受純徑向載荷， 一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承；當(dāng)軸承在承受徑向載荷的同時(shí)，還承受不大的軸向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷。
載荷較大或有沖擊載荷時(shí)，宜選用滾子軸承。 推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低。工作轉(zhuǎn)速較高時(shí)，若軸向載荷不很大，可采用角接觸球軸承承受軸向載荷。
當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時(shí)，或因軸受力彎曲或傾斜時(shí)，會(huì)造成軸承的內(nèi)、外圈軸線發(fā)生偏斜。這時(shí)，應(yīng)采用有一定調(diào)心性能的調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。
對(duì)于支點(diǎn)跨距大、軸的彎曲變形大或多支點(diǎn)軸，也可考慮選用調(diào)心軸承。圓柱滾子軸承，滾針軸承以及圓錐滾子軸承對(duì)角度偏差敏感，宜用于軸孔能保證同心、軸的剛度較高的地方。值得注意的是，各類軸承內(nèi)圈軸線相對(duì)外圈軸線的傾斜角度是有限制的，超過限制角度，會(huì)使軸承壽命降低。
尺寸系列、內(nèi)徑等的選擇
尺寸系列包括直徑系列和寬（高）度系列。選擇軸承的尺寸系列時(shí)，主要考慮軸承承受載荷的大小，此外，也要考慮結(jié)構(gòu)的要求。就直徑系列而言，載荷很小時(shí)，一般可以選擇超輕或特輕系列；載荷很大時(shí)，可考慮選擇重系列；一般情況下，可先選用輕系列或中系列，待校核后再根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于寬度系，一般情況下可選用正常系列，若結(jié)構(gòu)上有特殊要求時(shí)，可根據(jù)具體情況選用其它系列。
軸承內(nèi)徑的大小與軸頸直徑有關(guān)，一般可根據(jù)軸頸直徑初步確定。
公差等級(jí)，若無特殊要求，一般選用0級(jí)，若有特殊要求，可根據(jù)具體情況選用不同的公差等級(jí)。
由于設(shè)計(jì)問題的復(fù)雜性，軸承的選擇不應(yīng)指望一次成功，必須在選擇、校核乃至結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程中，反復(fù)分析、比較和修改，才能選擇出符合設(shè)計(jì)要求的較好的
2.4.4 滾動(dòng)軸承約束設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，得出校核計(jì)算過程如下。 如圖所示，軸上正裝一對(duì)圓錐滾子軸承，型號(hào)為30305，已知兩軸承的徑向載荷分別為R1=2500N，R2=5000N，外加軸向力FA=2000N，該軸承在常溫下工作，預(yù)期工作壽命為L(zhǎng)h ' =2000小時(shí)，載荷系數(shù)fp=1.5，轉(zhuǎn)速n=1000 r/min。試校核該對(duì)軸承是否滿足壽命要求。
圖2-8 軸承部件受載示意圖
在計(jì)算中，軸承的徑向載荷Fr用R 表示，軸向載荷Fa用A 表示。查軸承手冊(cè)得30305型軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=44800N，e=0.30，Y = 2。
(1).計(jì)算兩軸承的派生軸向力S
根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]，錐滾子軸承的派生軸向力為S=R/(2Y)，則
(2).計(jì)算兩軸承的軸向載荷A1、A2，根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]，計(jì)算公式為：
S2+FA=1250+2000 = 3250 N，
∵ S2+FA> S1
∴ 軸承Ⅰ被"壓緊"，軸承Ⅱ被"放松"，故
A1=S2+FA=3250 N
A2=S2=1250 N
(3).計(jì)算兩軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P，根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]，計(jì)算公式為：
軸承Ⅰ的當(dāng)量動(dòng)載荷P1：
根據(jù)參考文獻(xiàn)[5],取X1 = 0.4，Y1 = 2
根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]，軸承Ⅱ的當(dāng)量動(dòng)載荷P2，
取X2 = 1，Y2 = 0
驗(yàn)算兩軸承的壽命
由于軸承是在正常溫度下工作，根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]，當(dāng)t <120℃時(shí)，取 ft =1；
滾子軸承的e＝10/3，則軸承I的壽命
軸承Ⅱ的壽命
由此可見，軸承滿足壽命要求。
3電動(dòng)車電氣控制設(shè)計(jì)
3.1主電路
3.1.1 H型雙極模式PWM控制
如圖3-1所示，H型雙極模式PWM控制一般由4個(gè)大功率可控開關(guān)管(V 1-4 )和4個(gè)續(xù)流二極管(VD 1-4 )組成H橋式電路。4個(gè)大功率可控開關(guān)管分為2組，V 1和V 4為一組，V 2和V 3為一組。同一組的兩個(gè)大功率可控開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)閉，兩組交替輪流導(dǎo)通和關(guān)閉，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)u 1 =u 4，u 2 =u 3 =-u 1，決定電動(dòng)機(jī)附加功耗大小的因素主要是PWM的開關(guān)頻率，決定大功率可控開關(guān)管的動(dòng)態(tài)功耗大小的因素主要是大功率可控開關(guān)管的開通關(guān)閉時(shí)間和PWM的開關(guān)頻率，開通關(guān)閉時(shí)間越長(zhǎng)動(dòng)態(tài)功耗就越大，PWM開關(guān)頻率越大動(dòng)態(tài)功耗就越大。
主電路采用可逆PWM—M的雙極式H型電路。運(yùn)用4個(gè)C2655晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路，靠晶體管導(dǎo)通和關(guān)閉的占空比D來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的，輸出端的電位極性不同可以使電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。應(yīng)用中應(yīng)盡量提高斬波頻率，減少電流的脈動(dòng)。
圖3-1 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路
V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第1象限；
V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2象限。
必須防止V1和V2同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致的電源短路；
在一個(gè)周期內(nèi)，電樞電流沿正、負(fù)兩個(gè)方向流通，電流不斷，所以調(diào)速的響應(yīng)很快。
3.1.2控制電路
控制電路以SG3525為核心構(gòu)成，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，適合于各種開關(guān)電源，斬波器的控制。其內(nèi)部包含精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器等，并含有欠壓鎖定電路，閉鎖控制電路和軟起動(dòng)電路。SG3525外圍電路接線圖見 圖3-2。圖3-2 SG3525外圍電路接線圖LM1413是一種復(fù)合晶體管(達(dá)林頓電路)陣列驅(qū)動(dòng)器，增益和耗散功率大，可靠性高。本電路中用它來放大SG3525第11，14引腳輸出到MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并防止誤驅(qū)動(dòng)。
圖3-2 控制電路圖
3.1.3 SG3525的內(nèi)部電路和參數(shù)
3.1.4 LM1413內(nèi)部電路和參數(shù)
3.2電動(dòng)車電池設(shè)計(jì)方案
3.2.1 電池槽
目前電動(dòng)車電池普遍采用外型尺寸為700mm ×182 mm × 160 mm 的電池槽。
結(jié)論
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了電動(dòng)車的電器控制部分和機(jī)械工作部分的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了較為詳盡的計(jì)算設(shè)計(jì)。并根據(jù)實(shí)際中已經(jīng)存在的車輛進(jìn)行了實(shí)際的考察和借鑒，通過自己的辛勤努力，最終完成了全部的設(shè)計(jì)工作。
通過借鑒了相關(guān)電動(dòng)車的控制部分和機(jī)械設(shè)計(jì)部分的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)參數(shù)、尺寸，對(duì)所設(shè)計(jì)的電動(dòng)車進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選擇以及對(duì)所設(shè)計(jì)后驅(qū)動(dòng)橋齒輪的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行預(yù)選，并結(jié)合大量的相關(guān)書籍，利用給定的載荷條件對(duì)所設(shè)計(jì)的齒輪的圓周力、彎曲強(qiáng)度以及接觸強(qiáng)度的校核。
通過所設(shè)計(jì)好機(jī)械各部分或者整體部分的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)尺寸，利用制圖軟件CAD進(jìn)行相關(guān)的配圖的繪制以及其他零件圖的繪制。
致謝
在張老師的悉心指導(dǎo)下我的論文終于完成了。張老師不僅指導(dǎo)了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，同時(shí)也非常關(guān)注我的就業(yè)，并時(shí)常作為一名已經(jīng)工作了多年的前輩對(duì)我即將走向社會(huì)在工作生活中應(yīng)注意的問題給予了積極的指導(dǎo)，使我在忙于找工作的同時(shí)能安下心來做畢業(yè)設(shè)計(jì)。在我即將走出大學(xué)校門之時(shí)，讓我以最誠(chéng)摯的心情來感謝四年來所有教過我的老師們，謝謝你們給予我的指導(dǎo)和關(guān)懷；也讓我感謝四年來在一起學(xué)習(xí)、生活的同窗好友們，謝謝你們給予我的照顧。
在本次設(shè)計(jì)中，我還得到了我的好友和其他老師的熱心幫助，在此向他們表示衷心的感謝！
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