电动车两档变速器换挡机构设计

HUNANUNIVERSITY毕业设计(论文)设计论文题目：电动车两档变速器换挡机构设计学生姓名：学生学号：专业班级：学院名称：指导老师：学院院长：2015年5月20日湖南大学毕业设计(论文)第页I电动车两档变速器换挡机构设计摘要变速器已经因为其对性能较大的提升逐渐成为一个电动车不可或缺的一部分，目前最常用的是AMT变速器。本论文为此类型变速器设计一个换档机构（包括电机驱动的换挡执行机构），主要重点有：1，根据对电动汽车变速器的受力分析，对换挡机构进行结构设计，从而保证换挡机构性能，保证换挡过程中不可与其他零件产生干涉，结构紧凑。准确地实现换挡电机对同步器的控制功能。2，保证换挡电机符合要求。需要计算同步器力矩和换挡力的大小，可以通过对换挡同步过程进行分析，通过约束换挡速度和拨叉行程这两个参数在合理范围内，根据不同换挡时刻主从动齿轮的转速差，由此计算出换挡力，以此为依据完成选换挡电机及传动机构的参数设计。3，要选择合适的电动执行机构的结构形式，保证电动执行机构可以可靠平稳的换挡，并且通过结构设计对换挡过程进行优化，达到减小换挡时的冲击，保证寿命，减小换挡电机功率，减小成本的优点。关键词：电动车两档变速器，换挡机构，结构设计，换挡过程优化，三维建模湖南大学毕业设计(论文)第页IIElectriccartwospeedtransmissionshiftmechanismdesignAbstractbecauseofitsgreatperformance，Transmissionisbecominganintegralpartofanelectriccar,themostcommonlyusedistheAMTtransmission.thisthesisisaboutdesigningashiftmechanismforthistypeoftransmission(includingamotor-drivenshiftactuator),themainfocusare:1,basedonstressanalysisofelectricvehicletransmission,theshiftmechanismisdesignedtoensurethattheperformanceoftheshiftmechanismtoensurethattheshiftprocesscannotinterferewithotherparts,compactstructure.AchievingtheShiftingmotortocontrolthesynchronizationaccurately.2,toensuretheshiftmotorcompliancewiththerequirements.Needtocalculatethesynchronizationtorqueandtheshiftingpower.Throughananalysisofshiftingduringsynchronization.Byconstrainingtheshiftingrateandshiftforkmovementwithinreasonablelimitstocalculatetheshiftingforce,dependingonthese,wecanchoosetheappropriateshiftingmotorandshiftingmechanism.3,Toselecttheappropriateelectricshiftingactuatorform,guaranteeelectricshiftingactuatorsmoothandreliable,andbythestructuraldesigntomaketheshiftingprocessoptimization,toreducetheimpactoftheshifttimetoensurelongevity,reducedshiftmotorpower,toreducingcosts.KeyWords:Electriccartwospeedtransmission，Shiftingmechanism，StructuralDesign，ShiftingProcessOptimization，3-dimensionalmodeling湖南大学毕业设计(论文)第页III目录1绪论………………………………………..………………..………………..……………….11.1课题背景及目的…………………………………………………………………………11.2国内外研究状况…………………………………………………………………………21.3课题研究方法……………………………………………………………………………32换挡电机执行机构设计…………………………………………………………………...42.1选换挡电机执行机构结构形式……..………………………………………………….42.2换挡过程优化……………….………………………………….………………………..53换挡电机的设计计算…………………………….……………...………………………....3.1计算方法和主要分析思路…………………….………………………………………..103.2主要设计参数……………………………….………………………….………..……...113.3换挡力的计算……………………………….………………………….……….….…...113.4确定电动机型号和确定减速比………………………………………………………...143.5对换挡行程优化的结果经行验证……………………………………………………...144换挡机构的受力分析与设计校核………………..………………………………………154.1蜗杆蜗杆的设计…………………………...……………………………………………154.2蜗轮轴的设计…………………………...………………………………………………184.3凸轮轴的设计……………………………...……………………………………………254.4换挡拨叉的设计……………………………...…………………………………………304.5自锁轴的设计…………………………..….……………………………………………365结论………………………………………………..……………………………………………386致谢……………………………………………..………………………………………………427参考文献………………………………….……………………………………………………438附录………………………………………..……………………………………………………44湖南大学毕业设计(论文)第页1一、绪论1.1课题研究背景及目的随着油价的不断上涨和人们对环境污染问题的日益关注,电动汽车因其安全可靠,清洁环保的特点而成为未来汽车研究和发展的重要方向。除了污染小，电动车还有很多优点。比如电动车噪声低，能有效减小噪声污染，提高驾驶舒适度。电动车的效率也很高，与内燃机相比可以大大节省资源。同时电动汽车在成本方面也有优势，与一般的使用燃油的汽车相比，电动汽车具有操纵简便、结构简单，汽车传动部件比较少，而且不需要更换机油、油泵，还有冷却水，消声装置等，在维修保养方面的工作量相对较少。在一些特殊场合，比如不通风、冬天低温场所，或者高海拔缺氧的地方，电动车与内燃汽车相比还具有适用范围广，不受所处环境影响的特点。所以电动车并不如以前所想象的那样仅仅是为了保护环境而开发，如果解决了蓄电池的一些问题，它在驾驶舒适度，可靠性，成本方面都有内燃汽车无法比拟的优点。所以，电动车的发展，必然是以后汽车的重点发展方向。与内燃机相比，电动机的输出转矩较为固定，不像内燃机转矩和转速有很大的关系，所以电动车不用通过变速器繁琐的换挡，就可以完成起步，加速，高速行驶的过程。但是没有档位的电动车的电动机在高速运转时扭矩较大，而并不需要这么大的扭矩，所以浪费了电能，降低了效率，电动车在爬坡时，电动机也会因为其扭矩的限制而产生最大爬坡度不足的情况。而在启动时，电动机固定的扭矩也导致它不能更快的加速。所以电动汽车再起步，加速，上坡，高速行驶情况下，会浪费很多电量，在地面起伏比较大的地带，或拥挤的城市里面，电动汽车的效率会大大降低。简单的说，就是没有变速器的电动车太“笨”了，它的扭矩只能在很有限的范围内变化，而且不会朝以此时工况最适宜的扭矩变化，所以在上述对扭矩需求超出或低于电动车扭矩范围的情况下，无变速器的电动车就会显示出他的劣势，而加装一个变速器就可以改变这一状态，就可以在根据不同工况所需的扭矩的不同来挂入合适的档位，从而使电动汽车的性能得到大幅提升，而且可以简化电动机的冷却系统。湖南大学毕业设计(论文)第页2本毕业课题的目的是通过综合运用车辆工程的知识，对电动汽车专用的两档变速器的换挡机构进行设计。根据电动汽车对动力的要求，对换挡机构进行设计，较好地实现换挡机构在箱体内的布置，准确地实现换挡电机对同步器的控制功能。本课题训练学生的系统思维、独立思维及知识的综合应用能力，掌握换挡机构的设计能力。1.2国内外研究现状电动车变速器在国外发达国家技术应用已经相当成熟，变速器基本已经成为国外发达国家电动车的标配，但国内电动汽车制造商的电动汽车，变速器的使用率还很低，主要原因是1、人们刚刚认识电动车时错误的认为电动车不需要变速器。2、最初国内制造的主要是低功率电动车，相比于高功率电动车，低功率电动车使用变速器的提升较小，也不需要两档以上的变速器。3、国内汽车自动变速器生产水平较低。因此，在《纯电动乘用车技术条件》里没有规定必须使用自动变速器。但是，随着国内自动变速器产业的发展和大家对变速器认识的逐渐改变，自动变速器汽车已经成为了电动汽车的主流。因此，电动车多挡自动变速器有着广阔的市场前景，是非常值得研究的项目。目前电动车所使用的变速器主流是2AMT，两档是因为，目前国产电动车大多使用较为小型的驱动电机，对汽车动力性能没有过高的要求，只要能保证满足汽车足够的起步扭矩和最大爬坡度的需要就可以了。所以两个档位就可以满足要求，档位过多反而会增大变速器尺寸，重量，成本。是得不偿失的。采用自动变速器而不使用手动变速器是因为，对电动车来说，驾驶员不能像内燃汽车一样通过对发动机声音等的感觉的经验来换挡，因为电动车不会产生这种反应汽车工况的直观信息，而且手动换挡也较为麻烦。而自动变速器可以根据车速、汽车所受扭矩，驾驶员命令等参数，确定最佳挡位，控制离合器的分离与接合、换挡杆对档位的选择，以及对发动机油门开度的调节等操作过程，以此实现最佳的换挡过程和实现换挡自动化。与AT，CVT等相比，AMT保持了原有机械变速器的基本结构，具有传动效率高、结构紧凑、省油、成本低、制造工艺要求低、维修方便，湖南大学毕业设计(论文)第页3工作可靠等优点，十分适合在电动车中使用。所以目前2AMT是电动车变速器的首选。而本论文就是为了设计适用于2AMT的电执行自动换挡机构。1.3课题研究方法1，选择合适的电动执行机构的结构形式，保证电动执行机构的可以可靠平稳的换挡，并且通过结构设计对换挡过程进行优化，达到减小换挡时的冲击，保证寿命，减小换挡电机功率，减小成本的优点。2，保证换挡电机符合要求。需要计算同步器力矩和换挡力的大小，可以通过对换挡同步过程进行分析，通过约束换挡速度和拨叉行程这两个参数在合理范围内，根据不同换挡时刻主从动齿轮的转速差，由此计算出换挡力，以此为依据完成选换挡电机及传动机构的参数设计。3，根据对电动汽车变速器的受力分析，对换挡机构进行设计，保证换挡机构性能，保证换挡过程中不可与其他零件产生干涉，结构紧凑。准确地实现换挡电机对同步器的控制功能。湖南大学毕业设计(论文)第页4二、换挡电机执行机构设计2.1选择换挡电机执行机构结构形式换挡电机执行机构的结构形式多种多样，由于AMT换挡时，在摘挡后和同步啮合完成之间，会有一段空挡滑行阶段，这一阶段会出现动力中断的情况，