轮边驱动系统-轮边减速器设计

目录摘要..............................................................3Abstract..........................................................40文献综述.........................................................50.1轮边驱动系统发展背景........................................50.2轮边驱动系统国内外发展现状..................................51引言.............................................................62研究基本内容.....................................................73轮边驱动系统方案设计.............................................73.1驱动系统方案选定............................................73.2减速装置方案选定............................................84轮边驱动系统齿轮传动设计........................................104.1轮边减速器的传动啮合计算...................................104.1.1确定齿轮满足条件，进行配齿计算........................104.1.2齿轮材料及热处理工艺的确定............................114.1.3齿轮配合模数m计算....................................124.1.4几何尺寸计算..........................................134.1.5齿轮传动啮合要素计算..................................134.1.6齿轮强度校核..........................................135轮边减速器行星齿轮传动的均载机构选取............................216各传动轴的结构设计与强度校核....................................226.1电机轴设计.................................................226.2行星轴设计.................................................236.3输出轴设计.................................................237减速器润滑与密封................................................248轮边驱动系统三维建模与仿真......................................248.1驱动系统齿轮零件建模.......................................258.2行星架建模.................................................2728.3壳体与端盖建模.............................................288.4总装配爆炸模型.............................................298.5轮边驱动系统运动仿真.......................................308.5.1运动仿真建模..........................................309总结............................................................32参考文献.........................................................33致谢.............................................................343基于Pro/E的小型电动车轮边驱动系统设计与运动仿真摘要：电动汽车一般使用可再生能源，其能源多元化与高效化，在城市交通中，可以实现极低排放，甚至零排放。目前电动车能源主要来自电力，在众多的驱动系统形式中，采用轮边减速驱动系统结构形式是目前的主要发展方向。目前轮边驱动系统主要采用的是轮毂电机，这种电机成本较高，制造过程复杂，并且主要应用于大型电动轿车上，在小型电动车上采用结构简单的轮边驱动系统还较少，本文提出了由一级2K-H(NGW)型行星传动组成的小型电动汽车用轮边驱动系统，并按照齿根弯曲强度和齿面接触强度计算公式对各级齿轮进行了设计；对各级齿轮、轴、轴承等进行了强度和寿命校核；对行星架的结构、齿轮箱的结构进行设计，并根据设计结果画出小型电动汽车轮边驱动系统零件图和总装图。关键词：行星齿轮减速器；轮边驱动系统；轮边减速器；NGW；轮毂电机；4BasedonthePro/EsmallelectricwheeldrivingsystemdesignandsimulationAbstract：Electricvehiclesgenerallyuseofrenewableenergy,Intheurbantransport,theenergydiversificationandefficiencycanachieveverylowemissions,orevenzeroemission.NowEVenergymainlyfromelectricity.Intheformofdifferentdrivesystems,TheReducerBesidetheWheelsisthemaindevelopmentdirection.In-wheelmotorismainlyusedinDirectWheelDrivesSystem.Becausethehighcostofthismotor,difficulttomanufactureandmainlyusedinlarge-scaleelectriccar,Thesimplestructureside-wheeldrivesystemislessinthesmallelectriccar.ThispaperpresentsaSmallelectricvehicleusingtheside-wheeldrivesystemthatconsistingofPrincipleof2K-VTypePlanetaryTransmission.anddesignallthegearsaccordingtoformulasofbendingfatiguestrengthofthetoothrootandthesurfacecontactfatiguestrengthofthegears;Andcheckingthelifeandstrengthofallthegears,shafts,bearingsandsoon;Anddesignthestructureofplanetshelf,gearsboxandshafts.Anddrawthepartdrawingsandassemblydrawingoftheside-wheeldrivesystemaccordingtotheresultsofthedesign.KeyWords:Planetarygearreducer;side-wheeldrivesystem;ReducerBesidetheWheels;NGW;In-wheelmotor;50文献综述0.1轮边驱动系统发展背景随着世界经济的发展，环境与能源的冲突现象越来越明显。据统计，石油预计将在五十年左右消失殆尽，煤也只能维持一百年左右，然而，汽车行业的耗能却占石油资源的三分之二。为了改善人文环境，降低能耗，各国都在寻找不同的解决办法，这使得具有节能环保汽车有了进一步的发展。电动汽车一般使用可再生能源，其能源多元化与高效化，在城市交通中，可以实现极低排放，甚至零排放。目前电动车能源主要来自动力，在众多的驱动系统形式中，采用轮边减速驱动系统结构形式是目前的主要发展方向。轮边减速驱动系统广泛运用于各种交通系统中，例如：电动自行车、电动摩托车、电动轮椅、矿用车辆、电动轿车等；图0.1轮毂电机应用领域Fig0.1In-wheelmotorapplications不同的应用场合对轮边驱动系统的结构形式和技术性能等都提出了不同的要求，相应的产生了各种轮毂电机系统及其特色技术。本文主要的研究方向是小型电动汽车用轮边驱动系统。0.2轮边驱动系统国内外发展现状电动汽车的发明由来已久，但是真正意义上采用轮边减速驱动系统的电动汽车，是20世纪初保时捷制造的。随着电动汽车技术的发展，电机控制与机械制造工艺不断完善，轮边驱动系统已经有了长足进步。在国外，很多国家都在研究采用轮边驱动系统的电动汽车，其中日本为主要研究国家。1991年与东京电力公司共同开发的4座电动汽车IZA，采用Ni2Cd电池为动力6源，以4个额定功率为6.8kW、峰值功率达到25kW的外转子式永磁同步轮毂电机驱动，最高速度可达176km/h；1996年，该小组联合日本国家环境研究所研制了采用轮边驱动系统的后轮驱动电动汽车ECO，该车的轮边驱动系统选用永磁直流无刷电动机，额定功率为6.8kW，峰值功率为20kW，并匹配一行星齿轮减速机构；2001年，该小组又推出了以锂电池为动力源，采用8个大功率交流同步轮毂电机独立驱动的电动轿车KAZ。该车充分利用电动轮驱动系统布置灵活的特点，打破传统，安装了8个车轮，大大增加了该车的动力，从而使该车的最高速度可以达到311km/h。KAZ的轮边驱动系统采用高转速、高性能内转子型电动机，其峰值功率可达55kW，0～100km/h加速时间达到8s。为了使电动机输出转速符合车轮的实际转速要求，KAZ的电动轮系统匹配了一行星齿轮减速机构。法国TM4公司设计的一体化轮边驱动系统采用外转子式永磁电动机，将电动机转子外壳直接与轮辋相连，将电动机外壳作为车轮的组成部分，并且电动机转子外壳集成为鼓式制动器的制动鼓，制动蹄片直接作用在电动机外壳上，省却制动鼓的结构，减小了轮边驱动系统的质量，集成化设计程度相当高。该轮边驱动系统所使用的永磁无刷直流电动机的性能非常高，其峰值功率可达到80kW，峰值扭矩为670Nm，最高转速为1385r/min，额定功率为18.5kW，额定转速为950r/min，额定转矩为180Nm额定工况下的平均效率可达到96.3%。在国内，虽然对于轮边减速系统的研究起步较晚，但是也取得了一定进展。比亚迪在04年在北京车展上展出了ET概念车，采用轮边减速驱动系统由四个轮边电机独立驱动。同济大学也自主研制了“春晖”系列燃料电池概念车。哈尔滨工业大学爱英斯电动汽车研究所研制开发的EV96-1型电动汽车也采用外转子型轮毂电机驱动系统，选用一种称为“多态电动机”的永磁式电动机，兼有同步电动机和异步电动机的双重特性，其额定功率为6.8kw，峰值功率为15kw，集成盘式制动器，风冷散热。1引言电动汽车一般使用可再生能源，其能源多元化与高效化，在城市交通中，可以实现极低排放，甚至零排放。7目前电动车能源主要来自电力，在众多的驱动系统形式中，采用轮边减速驱动系统结构形式是目前的主要发展方向。本设计在充分了解了轮边驱动系统的构造形式