電動車兩檔變速器換擋機構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)
2024-07-24 15:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 避免了換擋時同時換入兩檔，換擋后檔位自動脫落。因此，使用電動執(zhí)行機構(gòu)換擋時，它需要在不同的時間里克服慣性力、互鎖阻力和自鎖阻力，還有同步過程受到的同步力。才能最終完成換擋行程。對一個設(shè)計合理的變速箱來說，這幾個負(fù)載的峰值是不會同時出現(xiàn)的，在不同檔位的相互轉(zhuǎn)換中，力的大小也不同，但自鎖阻力、互鎖阻力這些負(fù)載是在一定的范圍內(nèi)的，并且阻力值一定是定小于換擋同步力，因為只有同步力大于這些阻力時才能完成換擋。所以根據(jù)上述情況，在設(shè)計換擋執(zhí)行機構(gòu)的過程中，一般是按照最大同步力的值和摩擦產(chǎn)生的負(fù)載來進行計算，而忽略換擋過程中受到的各種摩擦力，所以換擋過程分析則主要是同步過程的分析。所以換擋力是決定換擋電機功率的主要因素，再通過約束換擋速度和撥叉行程這兩個參數(shù)在合理范圍內(nèi)，根據(jù)不同換擋時刻主從動齒輪的轉(zhuǎn)速差等參數(shù)，計算出換擋力，以此為依據(jù)完成選換擋電機及傳動機構(gòu)的參數(shù)設(shè)計。忽略摘擋時所受的互鎖阻力和自鎖阻力，即可將換擋過程看做換擋同步力做了同步時間的功。根據(jù)功率平衡原理，即可算得換擋電機所需的功率，轉(zhuǎn)速。由圖可知，A點為摘檔阻力，B點為換擋力，換擋力比摘到阻力大很多，是整個同步過程中最大的力，所以要以換擋力作為設(shè)計參數(shù)。： 換擋行程不大于１４ｍｍ。 要求換擋時間不大于０．4ｓ。 i低= i高= 主減速比i=。 。 同步器錐面角α取7176。 同步器錐面平均半徑取25mm。 同步器截面厚度為4mm。 換擋時驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速為2000r/min。１）建立同步器系統(tǒng)模型本換擋機構(gòu)采用鎖止式同步器，對同步過程的理論分析，同步器系統(tǒng)可簡化成如下圖的形式，使用牛頓第二定律對該系統(tǒng)進行在同步過程中的分析。 Mm同步器摩擦力矩 F滑套軸向換擋力Jr同步器輸入端等效轉(zhuǎn)動慣量 R同步齒輪圓錐面平均半徑△ω同步器兩端角速度差 μ同步器齒輪圓錐面摩擦系數(shù)Md阻力矩 α同步齒輪圓錐面錐度t同步時間 同步器受力簡圖 同步齒環(huán)與同步齒輪圓錐面接觸產(chǎn)生摩擦力矩，其作用是加速被連件轉(zhuǎn)動達到同步條件，即同步器兩端轉(zhuǎn)速差消失，其力矩平衡方程為： （1） （2） 由（1） ，（2）式可得 同步器換擋力為： 換高檔時取減號，換低檔時取加號。2）參數(shù)確定：(1)Jr為同步器輸入端的轉(zhuǎn)動慣量 轉(zhuǎn)動慣量的計算：換檔過程中依靠同步器改變轉(zhuǎn)速的零部件包括：離合器從動片、輸入軸、輸出軸、輸出軸上常嚙和換擋齒輪。統(tǒng)稱為同步過程的輸入端。而輸入端的轉(zhuǎn)動慣量Jr的計算步驟是：首先計算上述相關(guān)零部件的轉(zhuǎn)動慣量，而后按不同的檔位轉(zhuǎn)換到被同步的檔位齒輪上去。取得數(shù)據(jù)：離合器從動片： R= r=21mm d=8mm 材料：低碳鋼 密度：輸入軸：R= d=180mm 材料：滲碳鋼 20CrMnTi 密度：輸出軸：R=26mm r= d=157mm 材料：滲碳鋼 20CrMnTi 密度：同步器：R=50mm r=10 d=20 材料：鑄鐵 一檔齒輪：R=43 r= d=18 材料：鍛鋼 密度：二檔齒輪： R=58 r=21 d=23 材料：鍛鋼 密度：公式：實心圓柱：J=1/2mr178。 空心圓柱：J=1/2m（r178。+R178。） 轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)換公式: 將a軸上的轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)換為b軸 得一檔時J1=10^3 二檔時J2=10^3（2）角速度差Δω 由電動機特性圖可知，在電動機轉(zhuǎn)速為2000r/min的時候換擋，此時，Δω=177。（2πn/60）/i低（2πn/60）/i高。 已知i低= i高= 主減速比i=。 得Δω=。（3）同步時間t 根據(jù)凸輪壓力角和換擋總用時， 得t=4mm/tan Φ /360176。400ms。 得t=4/14400ms=145ms。（4）阻力矩Md 因為換檔電機時，同步器嚙合過程中速度波動很小，所以加速度a很小，阻力矩與a相關(guān)，也很小，故可忽略不計。（5） 同步器阻力系數(shù)μ （6） 同步器錐面角α 由已知條件同步器錐面角α取7176。（7） 同步器錐面平均半徑r 由已知條件同步器錐面平均半徑r取25mm。 由此可得一檔換擋力F1=5143Jr=，二檔換擋力F2=。之后的計算取其中的較大值。3）電動機額定功率與轉(zhuǎn)矩的計算 電動機所需的轉(zhuǎn)速很容易得出，即要在400ms內(nèi)使凸輪桿轉(zhuǎn)480176。得n=480/360/60=180r/min。 根據(jù)能量守恒原理： FS=Pt其中F1= F2= S= t=。在之后的計算中，以其中較大的力F2為準(zhǔn)。 得P=，考慮到電機的加速需要時間，為了保證換擋時間不超過 ，應(yīng)選擇較高點的電機功率。 得T=m。我們發(fā)現(xiàn)換擋機構(gòu)要求較低的轉(zhuǎn)速，同時要求較高的扭矩，普通的電機不能較好的匹配這兩點性能。所以，可在換擋電機與換擋機構(gòu)之間加一級減速器，從而降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩。從而降低對換擋電機的扭矩要求，節(jié)省成本和空間。對于減速器的傳動形式，我選擇了蝸輪蝸桿傳動，因為根據(jù)前面的出的所需轉(zhuǎn)速和扭矩，這個減速器所需的減速比較大，選擇蝸輪蝸桿可以減小減速器所占得空間，雖然蝸輪蝸桿的傳動效率較低，但是換擋電機的功率不大，所以不會因效率低浪費太多電能。另外，蝸輪蝸桿傳動的的自鎖功能可以有效的化解車輛行駛過程中給執(zhí)行機構(gòu)的反作用力矩，從而增加結(jié)構(gòu)的使用壽命。經(jīng)過計算： 選擇電機型號為 無刷直流電動機 .20 換擋電機參數(shù)額定功率額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩效率20w3000r/minm 在由轉(zhuǎn)速計算：3000/180= ：如果使用壓力角一定的凸輪：α=arctan（14/2πr480/360）=176。經(jīng)過計算，二檔時的換擋力F3=P1=F3S/t=。＞故此凸輪優(yōu)化可以有效減少設(shè)計電機的額定功率。四、換擋機構(gòu)的受力分析與設(shè)計校核 蝸輪蝸桿的設(shè)計1）選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T 100851988推薦，采用漸開線蝸桿（ZI)。蝸輪蝸桿的自鎖性能，可以有效的化解車輛行駛過程中反作用帶給執(zhí)行機構(gòu)的力矩，從而提升換擋電機的使用壽命，但考慮到電動車的換擋力與一般的汽車相比較小，這會大大提高換擋電機的額定功率。提高換擋電機的成本和所占空間，所以決定不使用有自鎖性能的蝸輪蝸桿。2）選擇材料 由于蝸桿傳動的功率較低，速度較低，所以蝸桿使用45號鋼；并且蝸桿螺旋齒面需要淬火，這樣可以使傳動效率更高，磨損較小，硬度為45～55HRC。蝸輪使用鑄錫磷青銅。為了節(jié)約材料，僅齒圈用青銅加工，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。3）按照齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動設(shè)計準(zhǔn)則，先按照齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根的彎曲疲勞強度。傳動中心距：。（1）確定作用于蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 按Z1=2，估取效率n=，則T2=106P2/n2=849Nmm。 (2)確定載荷系數(shù) 因工作的載荷較穩(wěn)定，所以取載荷分布不均系數(shù)Ka=， Kb=，查表115，選用使用系數(shù)Kc= Kc=，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊較小，可以取動載荷系數(shù)Kv= Kv= 得K=KvKaKbKc==1. 21 (3)確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅ZCuSnlOP1蝸輪和鋼蝸桿相配，故ZE=160MPa 1/2 。 (4)確定接觸系數(shù)Zp 一般而言d1/a=，再選取Zp，查圖得Zp=。（5）確定許用接觸應(yīng)力[σH] 根據(jù)蝸輪蝸桿材料為鑄錫磷青銅ZCuSnlOP1，螺桿螺旋齒面硬度＞45HRC，可從表117中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力為268MPa。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60jn2Lh=60118012000=107 壽命系數(shù)K= 則[σH]= 計算中心距： a=3√[21849（160）2]=18cm。（6）得出結(jié)果 由于中心距較小，表中沒有可選蝸輪蝸桿，所以自行設(shè)計，在intentor中，輸入傳動比和中心距，可以生成推薦參數(shù)： 輸入傳動比=1: 中心距=
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