【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，額定轉(zhuǎn)速高時(shí)，其體積小、重量輕、價(jià)格低、效率和功率因數(shù)較高，且可減少實(shí)際運(yùn)行中整車的機(jī)械損耗，也可為控制系統(tǒng)提供較大的調(diào)速范圍 。但在汽車的行駛速度一定時(shí)，額定轉(zhuǎn)速越高，則傳動(dòng)速比大，有可能加大減速器的速比和尺寸。因此，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)綜合考慮以上因素。 現(xiàn)根據(jù) 常規(guī)車速確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 ，根據(jù)公式 o NN ri i un ??? ? （ ） 式中： Nn 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速， r／ min； gi傳動(dòng)比； oi 主減速比； 張森：汽車電子差速及其控制方法設(shè)計(jì) 10 Nu常規(guī)車速， km／ h； r 滾動(dòng)車輪半徑， m。 根據(jù)現(xiàn)有電動(dòng)汽車技術(shù)參數(shù)?。? gi=(固定速比 )，oi=，Nu=50， r =,帶入 ()，得Nn=2563 r／ min 1． 直流電動(dòng)機(jī) 有刷直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟。具有交流電機(jī)不可比擬的優(yōu)良控制特性。在早期開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車上多采用直流電動(dòng)機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動(dòng)汽車上仍使用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。但由于存在電刷和機(jī)械換向器，不但限制了電機(jī)過(guò)載能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，勢(shì)必要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器。另外，由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限 制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。鑒于直流電動(dòng)機(jī)存在以上缺陷，在新研制的電動(dòng)汽車上已基本不采用直流電動(dòng)機(jī)。 2． 交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用得最廣泛的電動(dòng)機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒(méi)有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速達(dá)到 12021～ 15000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，井能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價(jià)格便宜，維修方便 。 3． 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)汽車中有著很好的應(yīng)用前景。 通過(guò)系統(tǒng)地分析和比較后認(rèn)為 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)綜合 性能超過(guò)其它電動(dòng) 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 機(jī)，有可能是當(dāng)前電動(dòng)汽車的最佳選擇。 綜上 該系統(tǒng) 選用 4個(gè) 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 作為驅(qū)動(dòng)電機(jī) ，其 外觀如圖 所示： 圖 永磁無(wú)刷 直流 電機(jī)外觀圖 電機(jī) 具體 參數(shù) 見(jiàn) 表 。 表 永磁無(wú)刷直流電機(jī)參數(shù) 型號(hào) 額定電壓 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 效 率 防護(hù)等級(jí) 絕緣等級(jí) RYW048— 03 36V— 96V 4KW 3000r/min 91% IP54 H級(jí) 蓄電池的選擇 純電動(dòng)汽車的最大瓶頸是電池。電動(dòng)汽車對(duì)電池的要求比較高，高比能、高比功率 、快速充電和具有深度放電功能、循環(huán)和使用壽命長(zhǎng)。鉛酸電池作為比較成熟的技術(shù)，雖然其比能量、比功率和能量密度都比較低，但是高的性價(jià)比及高倍率放電，成為目前唯一能大批量生成的電動(dòng)汽車用電池。鎳鎘電池和鎳氫電池雖然性能好于鉛酸電池，但是其性價(jià)比不高，含重金屬，用完遺棄后對(duì)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重污染 。 目前，越來(lái)越多的研究人員選用鋰離子電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，因?yàn)殇囯x子動(dòng)力電池有以下優(yōu)點(diǎn)：工作電壓高（是鎳鎘電池氫 鎳電池的 3 倍）；比能量大（可達(dá) 165WH/㎏，是氫鎳電池的 3倍）；體積??；質(zhì)量輕；循環(huán)壽命長(zhǎng)；自放電率低； 無(wú)記憶效應(yīng)；無(wú)污染等。磷酸鐵鋰電池也是一種鋰電池，其比能量不到鈷酸鋰電池的一半，但是其安全性高，循環(huán)次數(shù)能達(dá)到 2021 次，放電穩(wěn)定，價(jià)格便宜，成為車用動(dòng)力新的選擇。 張森：汽車電子差速及其控制方法設(shè)計(jì) 12 表 電池類型 能量（ Wh/kg ） 功率（ W/kg） 能量密 度（ Wh/L ） 循環(huán)壽命（次） 鉛酸電池 35 130 90 500 鎳鎘電池 55 170 94 500 鎳氫電池 80 225 143 1000 鋰離子電池 120 180 360 1200 磷酸鐵鋰電池 120 90 210 2021 通過(guò)以上比較選擇鋰離子電池作為電動(dòng)汽車的電源，額定電壓 12V，采用三組電池串聯(lián)，來(lái)滿足電動(dòng)汽車的能量需求。 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第 4 章 減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速器相連接，再帶動(dòng)車輪的方式，本章進(jìn)行電機(jī)和車輪之間的減速器設(shè)計(jì)。 在第三章中已選擇永磁直流無(wú)刷電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min,電動(dòng)汽車的最高車速為 100km/h,所以根據(jù)公式 2 ?? ?輪 () 式中： n輪 為車輪轉(zhuǎn)速； v 為車速； r 為滾動(dòng)車輪半徑 已知 100v? km/h, r =,帶入式 ()得 n輪=所以電機(jī)到車輪之間的傳動(dòng)比 i 為 3 0 0 0 6 01 4 .7i nn??電 機(jī)輪=,所以減速器設(shè)計(jì)為 單極減速器， 傳動(dòng)比取 i =4。 根據(jù) 額定功率 和 轉(zhuǎn)速確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 9554 NN NpM n?? = 由此可得車輪的轉(zhuǎn)矩為 : = N iMM?輪 =102Nm 齒輪的設(shè)計(jì) 齒輪參數(shù)選擇與設(shè)計(jì) 圓柱齒輪傳動(dòng)的傳遞功率和速度適用范圍大 ， 功率可從小 于 千分之一 瓦到10萬(wàn)千瓦 ， 速度可從極低到 300 米 /秒。這種傳動(dòng)工作可靠 ， 壽命長(zhǎng) ， 傳動(dòng)效率張森：汽車電子差速及其控制方法設(shè)計(jì) 14 高 (可達(dá) 以上 )， 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)簡(jiǎn)單 。 按輪齒與齒輪軸線的相對(duì)關(guān) 系，圓柱齒輪傳動(dòng)可分為直齒圓柱齒輪傳動(dòng)﹑斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)和人字齒圓柱齒輪傳動(dòng) 3種。按嚙合形式可分為：外嚙合齒輪傳動(dòng)，由兩個(gè)相嚙合的外齒輪組成，兩輪轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，由一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)外齒輪組成， 兩輪轉(zhuǎn)向相同 [11]。 為使設(shè)計(jì) 加工 簡(jiǎn)單， 本設(shè)計(jì) 采用直齒圓柱齒輪 。 1） 選擇齒輪材料及精度等級(jí) 小齒輪選用 40Cr 調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 270HBS。大齒輪選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度 195HBS；根據(jù)課本選 7級(jí)精度。齒面精糙度 Ra≤ ~ m。 由機(jī)械課本圖 9— 1圖 9— 25 查得 lim1 720 aH M P? ? lim 2 550 aH M P? ? lim1 290 aF M P? ? lim 2 210 aF M P? ? 2） 齒輪的中心距 根據(jù)校核公式推導(dǎo)出的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)公式 () 式中 ： 為中心距（ mm） ； K為載荷系數(shù)可取 ～ ； 外嚙合取正號(hào)，內(nèi)嚙合取負(fù)號(hào)，此處為外嚙合所以取正號(hào)。 齒數(shù)比： 取齒寬系數(shù)： ?? ? ， 載荷系數(shù)取 ? ， 小齒輪轉(zhuǎn)矩1 ?Nm 由所選材料可得 ： m in 11m inm in 22m in720 1 655550 1 500N L VR W XHaHHN L VR W XHaHHMPMPZ Z Z ZsZ Z Z Zs??????? ? ? ?????? ? ? ??? 3 214 8 3 ( 1)HaKTau u? ??? ????a4ui?? 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 ∵ 12HH??? ? ? ??? ? ? ?故應(yīng)以2 500H aM p? ?帶入計(jì)算： 33 2 21 ( 4 1 ) 483 5 4 500aKTa mmu H???? ? ? ? ? ??????? 取 110a mm? 3）齒輪的模數(shù) 按經(jīng)驗(yàn)公式取模數(shù) ( 0. 00 7 ~ 0. 02 ) 0. 77 ~ 2. 2m a mm?? 取 2a mm? 4）主要幾何參數(shù)計(jì)算 初選 10?? 小齒輪齒數(shù)為：1 2 c o s 2 1 1 0 0 . 9 8 2 1 . 5 6( 1 ) 2 5aZ mu ? ??? ? ???取 1Z =22 大齒輪齒數(shù)為： 21 22 4 88uZZ? ? ? ? ? 精確計(jì)算 ? 12( ) 2 ( 2 2 8 8 )( 1 ) ( 1 )2 2 1 1 0c o s c o s 0m ZZa? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? 小齒輪分度圓直徑 11 44co sm Z mmd ??? 大齒輪分度圓直徑 22 176c o sm Z mmd ??? 小齒輪齒頂圓半徑 11 2 44 2 2 48aa m m md d h? ? ? ? ? ? ? 大齒輪齒頂圓半徑 22 2 17 6 2 2 18 0aa m m md d h? ? ? ? ? ? ? 5）齒寬計(jì)算 0 .4 1 1 0 4 4ab a m m?? ? ? ? 張森：汽車電子差速及其控制方法設(shè)計(jì) 16 小齒輪齒寬 1 ( 5 ~ 10 ) 44 6 50b m mb ? ? ? ? ? 大齒輪齒寬 2 44b mmb ?? 齒輪強(qiáng)度校核 1）齒面接觸疲勞許用應(yīng)力 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 911 60 60 1 30 00 4 36 5 10 2. 62 8 10L atnN ? ? ? ? ? ? ? ? ? 822 60 60 1 88 4. 6 4 36 5 10 7. 74 9 10L atnN ? ? ? ? ? ? ? ? ? 由機(jī)械設(shè)計(jì)課本圖 9— 20查得：1 1LN ?，2 ? 由表 9— 3及表 9— 4選齒輪精度為 877GB100951988 由圖 9— 21得 ZLRV= 由圖 9— 23得 ZX=1，取 ZW=1 由表 9— 8，失效概率低于 1%， Shmin=1 許用應(yīng)力 11m i n3 0 0 0 1 0 . 9 1 1 1 27301N L V R W XH L im l aH HZ Z Z Z M ps?? ? ? ? ??? ? ? ??? 222m i n8 8 4 1 . 0 2 0 . 9 1 1 1 8 2 0 . 51N L V R W XH L im l aH HZ Z Z Z M ps?? ? ? ? ??? ? ? ??? 2）齒面接觸疲勞應(yīng)力 切向力 112 0 0 0 2 0 0 0 2 5 .5 115944t T NF d ?? ? ? 查表 9— 5使用系數(shù) ? 查圖 96，動(dòng)載系數(shù) ? 查圖 97，齒間載分配系數(shù) ? 按對(duì)稱布置，查圖 98，并減小 5%， K?=1 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 查表 97，彈性系數(shù) ? 查圖 912，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ? 查圖 913，重合度系數(shù)和螺旋角系數(shù) ZZ??= 齒面接觸應(yīng)力 1( 1 ) 3 8 4 . 5A V tEH aHuK K K K F M pZ Z Z Z bud????? ??? 3）強(qiáng)度校核 1HH??????? 2HH??????? 滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求。 校核齒根彎曲強(qiáng)度 1） 齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力 取122ST STYY?? 由圖 926，彎曲疲勞強(qiáng)度的壽命系數(shù)121NNYY?? 由表 99，齒根圓角敏感系數(shù)121, 0. 95relT reltYY???? 選擇齒面粗糙度aR= m? 取 elT Rr eTYY?? 由圖 927，彎曲疲勞強(qiáng)度的尺寸系數(shù)121XXYY?? 選擇失效概率低于 1/1000， 由表 98，最小安全系數(shù)為：m in 1 m in 2 1 .2 5FFSS?? 許用應(yīng)力： 1 1 1 1 1l im 11m in 12 2 2 2 2l im 22m in 2290 1 1 1 2 210 1 1 2 N re lT R re lT X STFFFN re lT R re lT X STFFFM P a