【正文】 (MPa)； 1D 為主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑 (mm)；b 取 1b 和 2b 的較小值 (mm)； sk 為尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對淬透性的影響， 36 通常取 ， fk 為齒面品質(zhì)系數(shù)，它取決于齒面的表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì) (如鍍銅、磷化處理等 )，對于制造精確的齒輪， fk =， Pc 為綜合彈性系數(shù)，鋼對鋼齒輪， Pc 取 mmN / 21 ， j 為齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)。 （ 2）本文使用電動(dòng)機(jī)為永磁同步電動(dòng)機(jī)，采用單級(jí)主減速器，通過聯(lián)軸器將電動(dòng)機(jī)與主減速器連接在一起。 本章小結(jié) 本章重點(diǎn)圍繞電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配、蓄電池參數(shù)選擇和主減速器計(jì)算校核等問題開展工作，同時(shí)還對冷卻系統(tǒng)和聯(lián)軸器進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，在滿足動(dòng)力性的基礎(chǔ)上，充分考慮汽車的經(jīng)濟(jì)性，最終選擇電動(dòng)機(jī)最高功率為 30Kw,最大轉(zhuǎn)速為6500r/min,電池容量為 31Ah。 單級(jí)主減速器錐齒輪強(qiáng)度校核 齒輪彎曲強(qiáng)度 錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為： 30 102 ??wsvmsw bD Jmk kkTk? (435) 式中 w? 為錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力 (MPa)； T為所計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（ N*m），對于從動(dòng)齒輪， ceTT? ，對于主動(dòng)齒輪， ZTT? ,0k 為過載系，一般取 1； sk 為尺寸系數(shù)，它反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等因素有關(guān)，當(dāng)sm ≥ 時(shí)， ??????? ss mk，當(dāng) sm 時(shí)， ?sk ； mk 為齒面載荷分配系數(shù)，跨置式結(jié)構(gòu)， ~?mk ，懸臂式結(jié)構(gòu)， ~?mk ； vk 為質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)輪齒接觸良好，齒距及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)， 1?vk ， b 為所計(jì)算的齒輪齒面寬 (mm)； D為所討論齒輪大端分度圓直徑 (mm)； wJ 為所計(jì)算齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)。 niTT ece ?max? (430) 式中 32 maxeT 為電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， i 為固定速比， ? 為傳動(dòng)效率， n為驅(qū)動(dòng)橋數(shù) 經(jīng)計(jì)算得： ?ceT 主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： GceZ iTT ?? (431) 式中 ZT 為主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（ N*m）， G? 為主、從動(dòng)錐齒輪之間的傳動(dòng)比取 經(jīng)計(jì)算得： m* NTZ ? 錐齒輪主要參數(shù)的選擇 （ 1）選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素： 為了磨合均勻， 1Z 、 2Z 之間應(yīng)避免有公約數(shù)。? 計(jì)算電池組總能量： 30 essdodressess WW CUW ?? ?? 1000/ (428) 其中， esW 為電池組實(shí)際能量； esU 為電池組工作電壓； C 為電池容量， dod? 為放電系數(shù)，取 。/ 2? 動(dòng)力系統(tǒng)散發(fā)熱量 : tVCQ ?? (420) 27 式中 V 為水泵流量； wC 為水的比熱，取 （ kg電動(dòng)機(jī)和控制器已經(jīng)給出流量要求（ 8L/min），所以只需要 25 設(shè)計(jì)水泵揚(yáng)程。 電池充電 在使用過程中必須對電池組進(jìn)行周期性的充電。 市場存在的蓄電池主要有三種：鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池。因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)機(jī)使用 三相電，所以需要使用逆變器將電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電供給感應(yīng)電機(jī)。 電動(dòng)汽車行駛方程為： jwrit FFFFF ???? (21) 驅(qū)動(dòng)力： riTF tPt /0?? (22) 滾動(dòng)阻力： 13 ?cosrr MgfF ? (23) 坡道阻力： ?sinMgFi ? (24) 空氣阻力： ? (25) 加速阻力： gdtGdvFj ?? (26) 行駛速度： 00377. iNrV ? (27) 最高車速可以根據(jù)最終選擇電動(dòng)機(jī)確定： 0maxmax 30i rNV d?? (28) maxN 為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)汽車啟動(dòng)、加減速、制動(dòng)時(shí)，能迅速做出響應(yīng)以滿足汽車對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的要求，在響應(yīng)過程中，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過度。如圖 22所示。動(dòng)力系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器和傳動(dòng)系三大部分。 2021 年北京奧運(yùn)會(huì)期間，電動(dòng)汽車在奧運(yùn)村大量使用，不僅降低了環(huán)境污染，而且在全國起到示范作用，促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。電能將會(huì)越來越多的來自于清潔能源，比如取之不盡的太陽能，用之不竭的潮汐能，高效環(huán)保的核能等。美國對環(huán)保要求嚴(yán)格，所以電動(dòng)汽車研究時(shí)間較早，此外美國對國家能源安全高度重視，電動(dòng)汽車恰好解決了石油依賴的問題。 電動(dòng)汽車雖然有著大好的發(fā)展前景，但是也面臨著許多發(fā)展問題，主要包括續(xù)駛里程、生產(chǎn)成本、蓄電池技術(shù)和電動(dòng)汽車配套設(shè)施建設(shè)四方面。蓄電池是整車唯一的能源提供，其作用有三個(gè)，充電，放電和存儲(chǔ)電能。同軸式是電動(dòng)機(jī)放在車橋的空心軸中，動(dòng)力通過主減速器、差速器、半軸傳到驅(qū)動(dòng)輪上。通過查閱文獻(xiàn)資料獲得了永磁同步電動(dòng)機(jī)的特性曲線圖，如圖 27所示。 續(xù)駛里程和能量消耗情況受實(shí)際行駛工況影響，不同工況下計(jì)算公式不同，難以用統(tǒng)一的公式計(jì)算，只能通過實(shí)驗(yàn)獲取電動(dòng)汽車特性曲線。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，噪音大，經(jīng)濟(jì)性也不理想，所以在電動(dòng)汽車上應(yīng)用也有限。 鎳氫電池：由氫離子和金屬鎳合成，電量儲(chǔ)備比 鎳鎘電池 多 30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。整車結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能要求如表 41 所示。其優(yōu)點(diǎn)是剛度和強(qiáng)度高，氣阻小；缺點(diǎn)是效率低、成本高，加工難度大。 圖 44 D2型管結(jié)構(gòu) 根據(jù) QC/T2902591 標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算可得： 184???lC 。本文列出了固定速比和可變速比的比較，綜合比較選擇使用固定速比。 對于不同的主傳動(dòng)比， 1Z 和 2Z 應(yīng)有適宜的搭配。 上述按 cT 計(jì)算的最大接觸應(yīng)力不應(yīng)超過 2800MPa，按 cFT 計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力不應(yīng)超過 1750MPa。 （ 3）本文采用水冷方式對電動(dòng)機(jī)和控制器進(jìn)行冷卻。 39 式中 ? 為膜片連桿長度系數(shù)取 ； E 為膜片彈簧彈性模量取 206GPa； b 為連桿平均寬度 30mm 拉壓應(yīng)力： ? ??? ?? AQ` (446) MP ???? ? ? ? ? MP aMP an b ??? ?? 式中 ??b? 為膜片材料的抗拉強(qiáng)度極限； n為安全系數(shù)取 3； A為膜片危險(xiǎn)截面面積 安全裕度： ? ? ??? 非常安全。因此本文中取 。 單級(jí)主減速器參數(shù)計(jì)算 齒輪計(jì)算載荷的確定 按電機(jī)最 大轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ceT 。 計(jì)算單體電池?cái)?shù)量： ??? uuN (425) 取整得： 113?N 按照電動(dòng)汽車滿載以 50km/h 勻速行駛 100km，計(jì)算電池組能量： ?/????????????eleeleeler VsPtPW (426) 式中 ?/7614036003 ???????? ??? AVCMgf vFVP De lee le (427) 計(jì)算得： kwPele ? hkwWr K） 計(jì)算得： ? ?KmWK 水泵的選擇對于整個(gè)冷卻系統(tǒng)性能起著至關(guān)總要的作用，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括流量和揚(yáng)程。為了保證整個(gè)電池組的整體性能，需要對各單體電池進(jìn)行監(jiān)控、管理，從而保證電池組中各單體電池性能的一致性。這也是目前電動(dòng)汽車蓄電池領(lǐng)域需要攻克的難關(guān)。但是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也具有降低電網(wǎng)功率、調(diào)速范圍窄、不能平滑調(diào)速的缺點(diǎn)。 電動(dòng)汽車動(dòng)力性 電動(dòng)汽車的動(dòng)力性評 價(jià)指標(biāo)和傳統(tǒng)汽車一樣包括最高車速、加速性能和爬坡性能三個(gè)指標(biāo) [9]。 （ 2）電動(dòng)機(jī)相應(yīng)及時(shí)。如圖所示驅(qū)動(dòng)模式，動(dòng)力從電動(dòng)機(jī)通過離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸到驅(qū)動(dòng)輪。 6 2 電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)組成及性能 電動(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu) 電動(dòng)汽車系統(tǒng)組成 電動(dòng)汽車主要由動(dòng)力系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成，如圖 21所示。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國雖然帶動(dòng)汽車發(fā)展時(shí)間比較短，技術(shù)還未成熟，但是目前也在大力發(fā)展電動(dòng)汽車， 2021 年我國確立電動(dòng)汽車三縱三橫研發(fā)布局，承擔(dān)研發(fā)項(xiàng)目的企 業(yè)有上海汽車、奇瑞公司和天津汽車集團(tuán)等，參與的高校有北京理工大學(xué)和上海交通大學(xué)。純電動(dòng)汽車是汽車行業(yè)以新能源技術(shù)為核心的一個(gè)重要發(fā)展方向，無污染、低能耗、低噪音是其技術(shù)重點(diǎn)，廣泛的電能來源，為其可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。美國政府逐年增加對電動(dòng)汽車的研發(fā)投入，同時(shí)各大汽車廠也加大對電動(dòng)汽車的研發(fā)力度 ，年銷售量超過 6萬輛的汽車廠需要實(shí)現(xiàn)年銷售量 EV3%、 PHEV3%或者 EV6%的目標(biāo)，而且美國有 7 個(gè)州加入零排放計(jì)劃 [2]。續(xù)駛里程是人們關(guān)注的一個(gè)重要問題，目前市場上存在的大部分純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程在300km 以下，而純電動(dòng)貨車在 150km 以下，這一性能是在整個(gè)動(dòng) 力系統(tǒng)運(yùn)行良好的情況下才能實(shí)現(xiàn)，絕大多數(shù)電動(dòng)汽車在實(shí)際使用時(shí)續(xù)駛里程會(huì)有不同程度度的降低，續(xù)駛里程根本無法與燃油汽車相提并論，這也是電動(dòng)汽車占領(lǐng)市場最大的短板。電動(dòng)汽車工作時(shí)，蓄電池需要將存儲(chǔ)的電能釋放出來，充電或者制動(dòng)時(shí)，蓄電池需要將外界能量存儲(chǔ)起來，蓄電池需要有較大的比功率、比能量和較長的循環(huán)壽命。雙聯(lián)式是左右兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)直接通過半軸將動(dòng)力傳輸?shù)津?qū)動(dòng)輪上，但是需要控制器控制電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)差速功能，但是控制比較復(fù)雜，成本較高。 圖 27 永磁同步電機(jī)特性曲線 從上圖可以看出，永磁同步電機(jī)滿足電動(dòng)汽車對電動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速高扭矩，高轉(zhuǎn)速恒功率的特性要求。 滾動(dòng)阻力與空氣阻力之和： rMdtdVgGFF mwf ??? (217) 式中 mM 為傳動(dòng)系對驅(qū)動(dòng)輪的力矩 電動(dòng)汽車消耗的阻力功率： 1 112 2100 ??? ???????nnnnnnwf tt VVVVMPPP (218) 化簡得： 15 12 ??? ????nnnn