【正文】 集成驅動系統(tǒng) 9 本文研究的主要內容 10第2章 動力耦合變速方案 11 豐田THS集成驅動系統(tǒng)介紹 11 方案初選 13（1）方案一。交通運輸對環(huán)境的影響同益突出，汽車的能源消費占世界能源總消費的近四分之一，隨著發(fā)展中國家經濟水平的提高，汽車的保有數量在急劇增加，由此而引起的能源與環(huán)境問題就顯得更加嚴重。這是繼《京都議定書》后又一具有劃時代意義的全球氣候協(xié)議書，毫無疑問，對地球今后的氣候變化走向產生決定性的影響。即使對未來燃料費用的節(jié)省資金進行了貼現，結果亦然。目前，人們基本上已經有一個共識，就是純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車等新能源汽車是解決這些問題最有效的途徑。電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。[2] 研究背景 電動客車概況電動汽車是指全部或部分由電能驅動電機作為動力系統(tǒng)的機動車輛，包括純電動汽車EV(Electric Vehicle)、混合動力電動汽車HEV(Hybrid vehicle)和燃料電池汽車FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)等類型。其中，包括最有希望成為電動汽車動力的燃料電池在內的幾種電池的研究開發(fā)工作也正在分別進行。美國紐約從1998年起，使用了由Orion客車公司生產的BAE串聯式混合動力城市客車。在美國大約有40個不同的城市已經使用或計劃使用混合動力客車及技術。36輛試驗車3年的累計行程約達100萬km，共運送旅客500多萬人次。從20世紀末開始，不少企、事業(yè)單位對電動客車進行了研究和開發(fā)。目前，市場上使用的電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程一般為100240 km，且這個數字通常還需要保持適當的行駛速度以及具有良好的電池調節(jié)系統(tǒng)才能得到保證。因此，就總體上看，目前還沒有非常理想的電池。如鉛酸電池中的鉛，從開采、冶煉到生產的排污，都會對環(huán)境造成污染。 主輔電機集成驅動系統(tǒng)主輔電機集成驅動是指汽車由一個主驅動電機和一個輔助電機共同驅動，其中主驅動電機采用固定減速比全程參與整車驅動，輔助電機經大速比減速機構輸出大轉矩與主驅動電機共同驅動以滿足整車低速爬坡和加速的動力需求。圖12 本文研究的主要內容本文是基于雙電機輸入的要求，設計一種雙側輸入、單側輸出的兩檔耦合變速機構(如圖12中紅色部分)。THS是一種串并聯混合動力系統(tǒng),它的動力分配裝置把動力分成兩路,一路是汽油機的動力直接傳到車輪,另一路(電路) 是發(fā)動機將能量轉變成電能,帶動電動機或給電池充電?；旌蟿恿鲃酉到y(tǒng)（如圖21所示）由動力分配裝置、發(fā)電機、電動機和減速器等組成。見圖22。圖24此方案可以使動力較好的輸出，可以滿足設計需要，且具有一個變速功能，但是如此布置輔助電機的利用率會非常的低，大部分時間都是由主驅動電機驅動，而輔助電極處于空轉的狀態(tài)，而且整個機構跨度較大，不夠緊湊。此種方案借鑒了豐田THS的驅動系統(tǒng)，雖然看似簡單，但是可以滿足設計的要求，而且能使轉速轉矩均勻耦合，而且運行可靠。[5] 電機參數匹配計算電機系統(tǒng)主要由電機及其控制器、機械傳動裝置和驅動輪組成。汽車行駛時，驅動力和行駛阻力（包括滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力）相互平衡，即電機的功率和汽車行駛阻力功率也總是平衡的，其功率平衡方程式如下： ()式中，傳動效率，路面滾動阻力系數，汽車風阻系數，汽車行駛迎風面積，最高車速，爬坡車速，爬坡角度的值如表31所示。可見，傳動比越大，汽車的驅動力越大，整車的爬坡性和加速性能就越好。圖31 最高車速隨傳動比的變化關系圖32 爬坡性能、加速性能與傳動比的關系綜上所述，在滿足最高車速的前提下，應盡可能選擇大的傳動比。因此β值一般取2～4，計算出電動機額定轉速應該在1500～3000r/min之間選取。則速度關系式為 （41）已知，可得。式中zq為齒圈齒數，zt為太陽輪齒數。但是為了保險起見，可以在行星齒輪的另一端做一個十字架，防止其軸向移動，如圖43所示。 輸出軸結構設計考慮到軸上零件的定位、固定及拆裝，擬采用階梯軸結構，采用方案效果圖如圖43所示。支撐選用角接觸軸承7210AC，此軸段直徑取為50mm。所以作者選擇了外抱式帶式制動器。確定值：設為制動帶磨損ξ值后的內徑，則有，將代入前式后整理可得：確定起始角β。箱蓋與箱座連接螺栓直徑 ，取M12標準件軸承端蓋螺釘直徑 ，取M10標準件變速箱內零件與內壁距離 箱體加強肋厚度 箱座底厚度 箱體結構設計根據內部零件的實際尺寸以及裝配要求，箱蓋的結構如圖411和圖412所示。圖56Ft1Ft2Ft3Ft4因為行星輪對稱布置，所以太陽輪所受的法向力為大小相同，而且方向兩兩相反的四個力，經過力的合成，其所受的法向力為0。圖57與太陽輪相同，因為四個行星輪對稱布置，所以齒圈所受的法向力和切向力在合成之后為0。已知輸出軸選擇角接觸軸承7210AC，軸向力Fa=：,取e=，Y=計算派生軸向力滾動軸承的配置為面對面，派生軸向力方向如圖58所示圖58S1S2Fr1Fr2Fa計算軸承的軸向載荷可判斷左端軸承被“放松”，右端軸承被“壓緊”。對新學習的內容認識還比較膚淺，只到達了應用的層次，還沒上升到研究的層次等。最后，我還要感謝和我一起完成畢業(yè)設計的同學，他們給了我許多無私的幫助。首先我要衷心感謝我的導師王志福老師。經過這一段時間的努力，我鞏固和加深了對機械設計方面的知識，尤其是關于行星齒輪系統(tǒng)方面。5．3 軸承強度校核本減速器只選用兩種軸承，一種為角接觸軸承7210AC，另一種為深溝球軸承6310。則根據危險截面校核公式：其中，由于軸單向轉動，取a=；W為。 行星齒輪系統(tǒng)強度校核校核齒面接觸疲勞強度：查圖表得，選齒輪精度為:877 GB 100951988選擇潤滑油運動粘度 查圖表的因小齒輪齒面未硬化，齒面未磨齒，故取是小概率低于1%，許用應力切向力查圖表，有齒面接觸應力===滿足齒面接觸疲勞強度要求校核齒根彎曲疲勞強度：取查圖表，有選擇齒面粗糙度，取查圖表，取，失效概率小于1/1000，許用應力查圖表，取， =滿足齒根彎曲疲勞強度要求。 外抱帶式制動器結構通過以上計算，確定了制動器的尺寸參數。[9]有關極限磨損量ξ的概念。用軸肩定位，軸身選80mm。軸端采用花鍵連接各軸段長度通過整體結構確定。查表131可得：σB=640MPa,σs=355MPa,σ1=275MPa,τ1=155Mpa,σ1=60MPa。查圖，得按齒面接觸疲勞強度設計主要尺寸簡化設計公式 （44）則小齒輪轉矩齒數比 u=i12=齒寬系數 取 φa=載荷系數 取 K=許用應力 取 SHmin= 將以上數值代入式（32），得到a≥，取a=110mm。查圖，得按齒面接觸疲勞強度設計主要尺寸[7]簡化設計公式 （42）則小齒輪轉矩齒數比 u=i=齒寬系數 取 φa=載荷系數 取 K=許用應力 取 SHmin= 將以上數值代入式（32），得到a≥，取a=250mm。電機參數：電機額定功率60Kw,峰值146kw,，最高轉速5500rpm。前者成本高、制造工藝復雜而且對配套使用的軸承、齒輪等有特殊要求，一般適用于電動轎車，很少在混合動力轎車上使用。最高車速是在電機額定功率下實現的，同時電機還具有一定的過載能力，這樣車輛在一定的時間內還可以達到更高的車速。3） 行星架減速比k的選擇：設傳動系的傳動比為，傳動比應滿足汽車行駛最高車速的要求，根據汽車理論的知識可知： （）式中，車速；車輪滾動半徑；電機的最高轉速。相對于發(fā)動機而言，電機具有一定的過載能力。 永磁同步電動機在汽車上的應用永磁電動機可分為永磁直流有刷電動機與永磁無刷電動機。齒圈既與電機耦合，又行星輪輸出，這將使齒圈的制造難度加大。不過其缺點也非常明顯，那就是雙向超越離合器不成熟，因此該方案不能實現正、反方向力的傳遞。圖21THS H 采用低摩擦球軸承傳動裝置,摩擦損失減小30 %。另外,由于采用高電壓、大功率輸出的電動機,成功地提高了動力性能,增大了最大驅動力。最后對系統(tǒng)運動干涉、壽命循環(huán)等進行了校核。并且可以實現能量再生回收制動，當然,傳統(tǒng)的摩擦制動還是必要的, 這樣就需要考慮如何將兩套制動裝置合理利用、合理控制的問題。不過首要存在的問題就是一般大客車上的驅動電機都是永磁同步電機，因為其高功率密度、高效率等優(yōu)點同益成為混合動力驅動系統(tǒng)首選方式，但目前客車車用大功率(150kw)高轉矩的永磁同步電機的設計和制造技術在國內尚不成熟。主要是電池技術復雜，成本太高。盡管電池品種繁多，各有千秋，但其裝