【文章內(nèi)容簡介】 式輪邊減速器的機構(gòu)方案簡圖各種單排圓柱行星齒輪傳動，都能夠起到減速效果。但是為了體現(xiàn)減速型電動輪的優(yōu)勢，降低對驅(qū)動電機的要求并充分利用電機的性能，所以其減速比不能太低，總合考慮輪轂驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速、體積、質(zhì)量與電動汽車行使速度的關(guān)系，如將減速比選定在=46左右，則是比較合理的，在滿足汽車行駛要求的同時也能選擇到合適的驅(qū)動電動機?，F(xiàn)在從減速比入手，分析各種單排圓柱齒輪傳動是否滿足減速比要求。所謂行星齒輪機構(gòu)的傳動比，和普通齒輪機構(gòu)一樣，是指該輪系中輸入構(gòu)件的角速度(或轉(zhuǎn)速)與輸出機構(gòu)角速度(或者轉(zhuǎn)速)之比。確定行星齒輪機構(gòu)的傳動比時，既要確定其傳動比的大小，又要確定輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)向關(guān)系，即兩構(gòu)件的回轉(zhuǎn)方向是相同還是相反。對于由圓柱齒輪組成的定軸輪系，它的傳動比等于其輸入齒輪的角速度(或轉(zhuǎn)速)與輸出齒輪的角速度(或轉(zhuǎn)速)之比，且等于其輸入、輸出齒輪之間所有各對齒輪中的從動輪齒數(shù)的乘積與所有各對齒輪中的主動輪齒數(shù)的乘積之比；即定軸輪系的傳動比計算公式為： （）式中：、—定軸輪系中輸入輪、輸出輪的角速，rad／s；、—定軸輪系中輸入輪、輸出輪的轉(zhuǎn)速，r／min；m—定軸輪系中外嚙合齒輪的對數(shù)。由上式可以看出，如果的為正值，則表示輸出輪B與輸入輪A的回轉(zhuǎn)方向相同；如果為負值，則表示輸出輪B與輸入輪A的回轉(zhuǎn)方向相反。根據(jù)傳動方案簡圖求其傳動比和其基本構(gòu)件的角速度，或根據(jù)給定的傳動比來求各輪的齒數(shù)，這就是行星傳動機構(gòu)運動學的主要研究任務(wù)。在本設(shè)計中，傳動比的設(shè)定考慮了以下因素：行星齒輪減速裝置的配齒原理、電動汽車行使情況、輪轂電動機的特性參數(shù)、輪邊減速器的體積最小目標下的優(yōu)化等。對于行星傳動機構(gòu)傳動比的計算方法，通常有兩大類：(1)由轉(zhuǎn)臂固定法和力矩法等組成的分析法；(2)由速度圖解法和矢量法等組成的圖解法。在本文中采用應(yīng)用較方便的轉(zhuǎn)臂固定法。轉(zhuǎn)臂固定法又稱為轉(zhuǎn)化機構(gòu)法或相對速度法。這種傳動比計算方法的特點是：根據(jù)相對運動原理，如果給整個行星機構(gòu)加上一個與轉(zhuǎn)臂日的角速度()大小相等、方向相反的公共角速度(一)，則行星機構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對動關(guān)系仍然保持不變。但是，原來以角速度運動的轉(zhuǎn)臂H變?yōu)殪o止不動的構(gòu)件。于是，該行星齒輪機構(gòu)便轉(zhuǎn)化為一般的定軸輪系情況。這種方法的關(guān)鍵在于根據(jù)相對運動原理，將原來以角速度運動的轉(zhuǎn)臂H變?yōu)楣潭ú粍拥臉?gòu)件。下面我們定義一些計算符號。設(shè)定中心輪為a，行星輪為g，內(nèi)齒圈為b，轉(zhuǎn)臂為H，表示中心輪a相對于轉(zhuǎn)臂H的相對角速度與內(nèi)齒圈b相對于轉(zhuǎn)臂H的相對角速度之比值，即。對于2KH(A)型傳動的相對傳動比 （）式中：P一齒圈b與中心輪a的齒數(shù)比，即，稱為2KH(A)型的參數(shù)，一般，取P=2~8。同理有 將上兩式相加可得： 所以當內(nèi)齒圈固定，即=0，中心輪a輸入，轉(zhuǎn)臂H輸出時，根據(jù)公式，可得型行星傳動的傳動比為： （）同理，當轉(zhuǎn)臂固定，即=0，中心輪a輸入，內(nèi)齒圈b輸出時，可得行星傳動的傳動比為： （）當中心輪固定，即，內(nèi)齒圈b輸入，轉(zhuǎn)臂H輸出時，可得型行星傳動的傳動比： （）考慮電動汽車輪轂電動機的輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩等特性與電動汽車行使性能要求之間的關(guān)系，初將電動汽車輪邊減速器的傳動比設(shè)定為=5。對于圖 (c)，其傳動比為式()所示，因為2KH(A)型行星齒輪機構(gòu)的特征參數(shù)P一般取P=2～8。因而傳動比=—，此傳動比下，對輪轂電動機的功率、尤其是轉(zhuǎn)矩特性要求較高，必須要求輪轂電動機的所能提供的轉(zhuǎn)矩變化范圍很寬，方可滿足電動車在不同工況行使時對輸入轉(zhuǎn)矩的要求，這些要求對于電動機的設(shè)計和制造都是不合理的，即減速器因傳動比過小起不到減速器應(yīng)有的效果。因此在此擯棄圖 (C)所示的結(jié)構(gòu)。對于圖 (a)和(b)所示的結(jié)構(gòu)，從傳動比這個因素來看，兩種結(jié)構(gòu)都是可選的。但是(b)方案傳動比(式())是(a)方案(式())傳動比的倍，增加傳動比對于輪轂電動機的性能特性有利。因為在選取輪轂電動機時，在一定范圍內(nèi)盡量選取額定轉(zhuǎn)速高的有利。電機的額定功率給定后，若額定轉(zhuǎn)速高一些，體積就會小一些，耗材(銅線和磁體)也會少一些，而效率還可以更高一些。由于電動汽車的設(shè)計行使速度較低，較大的減速比更適合高轉(zhuǎn)速的電動機。同時也能降低電動機的轉(zhuǎn)矩變化寬度，從而降低對輪轂電動機的性能要求。以上僅是從傳動比比較，作者在設(shè)計初期以結(jié)構(gòu)(a)為輪邊減速器的減速方案，對輪邊減速器進行了嘗試行設(shè)計，即采用中心輪輸入、行星架固定、內(nèi)齒圈輸出的行星齒輪傳動形式。將電動機的外殼與行星架固定在一起，電動機輸出軸通過花鍵與中心輪傳動軸相聯(lián)接，內(nèi)齒圈、制動盤通過螺栓與輪轂上的隔板相固結(jié)，其截面如圖 ，對輪輞內(nèi)部的減速器零部件其保護作用。圖 這種結(jié)構(gòu)方案具有如下優(yōu)點：(1)具有合適的傳動比。作者按照電動汽車的基本參數(shù)及要求，所設(shè)計的這套結(jié)構(gòu)具有i=4的傳動比，對于微型電動汽車較為合適。(2)節(jié)省傳動空間。結(jié)構(gòu)簡單，充分利用了車輪的內(nèi)部空間，這對于電動機以及懸架的布置空間有利。(3)重量降低。由于省去了行星減速器橋殼，減少了零部件個數(shù)、減輕了重量，對于減小非簧載質(zhì)量有利。同時，本設(shè)計方案中也存在一些不足之處：(1)輪輞需要定制。由于輪邊減速器與輪輞的特殊聯(lián)接形式，因此需要按照此設(shè)計方案定制輪輞。而在汽車設(shè)計中，輪輞常作為標準件選用，尤其是對單件設(shè)計而言。(2)對輪轂的支撐剛度和強度要求較高。由于傳動方式的限制，為了能為行星齒輪傳動部分提供安裝空間，因此只能將輪輞的寬度增加。同時，固定不動的轉(zhuǎn)臂是通過軸承與輪輻相聯(lián)接的，從而對輪輞及輪輻的支撐剛度和強度要求較高。(3)輪側(cè)弧形板安裝困難。為了密封行星齒輪傳動裝置，因此只能在車輪外側(cè)添加輻板，這在安裝上也會產(chǎn)生較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。而結(jié)構(gòu)(b)在滿足減速要求的同時，其支承情況也較方案(a)合理，輪輻固連橋殼通過軸承支撐在行星減速器的橋殼上，將卡鉗和懸架的支點設(shè)計在行星減速器的橋殼上，這有利于簡化結(jié)構(gòu)。通過以上的對比，得出的結(jié)論是：結(jié)構(gòu)圖 (b)更適合于本文的結(jié)構(gòu)設(shè)計。即以行星齒輪傳動作為微型電動汽車輪邊減速器的減速連主體，且行星傳動系采用圖 (b)所示的中心輪為主動件、行星輪為從動件、齒圈固定的形式。這種結(jié)構(gòu)方案具有如下優(yōu)點：(1)具有合適的傳動比。作者按照電動汽車的基本參數(shù)及要求，所設(shè)計的這套結(jié)構(gòu)具有i=4的傳動比，對于微型電動汽車較為合適。(2)節(jié)省傳動空間。結(jié)構(gòu)簡單，充分利用了車輪的內(nèi)部空間，這對于電動機以及懸架的布置空間有利。(3)重量降低。由于省去了行星減速器橋殼，減少了零部件個數(shù)、減輕了重量，對于減小非簧載質(zhì)量有利。同時，本設(shè)計方案中也存在一些不足之處：(1)輪輞需要定制。由于輪邊減速器與輪輞的特殊聯(lián)接形式，因此需要按照此設(shè)計方案定制輪輞。而在汽車設(shè)計中，輪輞常作為標準件選用，尤其是對單件設(shè)計而言。(2)對輪轂的支撐剛度和強度要求較高。由于傳動方式的限制，為了能為行星齒輪傳動部分提供安裝空間，因此只能將輪輞的寬度增加。同時，固定不動的轉(zhuǎn)臂是通過軸承與輪輻相聯(lián)接的，從而對輪輞及輪輻的支撐剛度和強度要求較高。(3)輪側(cè)弧形板安裝困難。為了密封行星齒輪傳動裝置，因此只能在車輪外側(cè)添加輻板，這在安裝上也會產(chǎn)生較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。而結(jié)構(gòu)(b)在滿足減速要求的同時，其支承情況也較方案(a)合理，輪輻固連橋殼通過軸承支撐在行星減速器的橋殼上，將卡鉗和懸架的支點設(shè)計在行星減速器的橋殼上，這有利于簡化結(jié)構(gòu)。通過以上的對比，得出的結(jié)論是：結(jié)構(gòu)圖 (b)更適合于本文的結(jié)構(gòu)設(shè)計。即以行星齒輪傳動作為微型電動汽車輪邊減速器的減速連主體，且行星傳動系采用圖 (b)所示的中心輪為主動件、行星輪為從動件、齒圈固定的形式。 本章小結(jié)本章主要完成的內(nèi)容是歸類并比較了適用于輪邊減速器的傳動形式，在方案對比論證中找到了合理的設(shè)計方案。第3章 輪邊驅(qū)動的參數(shù)確定及關(guān)鍵零部件的設(shè)計 驅(qū)動電機性能參數(shù)的確定 其他相關(guān)零部件的設(shè)計計算(1)電機輸出軸平鍵的計算結(jié)合設(shè)計的實際，本文選用平頭平鍵聯(lián)接，規(guī)格為6x6x12。強度校核：對于采用常見的材料組合和按標準選取尺寸的普通平鍵聯(lián)接(靜聯(lián)接)，其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。因此一般只按照擠壓應(yīng)力進行強度校核計算。工作面上的應(yīng)力為： （）式中：一傳遞的扭矩，因為車輛要經(jīng)常的停車，啟動，故本計算用電機的最大扭矩計算，=60Nm。一鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，=。一鍵的工作長度，=20mm。一軸的直徑，=20mm。計算得：=100MPa。由文獻[18]，表6—2，設(shè)計滿足要求。(2)半軸的設(shè)計計算半軸的主要尺寸是它的直徑，設(shè)計與計算時首先應(yīng)合理的確定其計算載荷。半軸的計算應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況：縱向力X2，(驅(qū)動力或制動力)最大時()，沒有側(cè)向力作用。側(cè)向力最大時，其最大值發(fā)生在側(cè)滑時，為，沒有縱向力作用[18]。垂向力最大時，這發(fā)生在汽車以可能的高速通過不平路面時，其值為，為動載荷系數(shù)，這時沒有縱向力和側(cè)向力作用。由于車輪承受的縱向力Z，側(cè)向力K值的大小受車輪與地面最大附著力的限制，即有 （）故縱向力最大是不會有側(cè)向力作用，側(cè)向力最大是不會有縱向力作用。全浮式半軸的設(shè)計計算時，縱向力按照最大附著系數(shù)計算，即對于驅(qū)動車輪來說，按照驅(qū)動電機折算到輪邊的轉(zhuǎn)矩計算：或 （）式中：一驅(qū)動電機的最大轉(zhuǎn)矩(由于車輛要經(jīng)常性的停車啟動，故我們這里計算時采用電機的最大轉(zhuǎn)矩值)。=60Nm。一電機到輪邊的傳動效率。由文獻機械原理p383，=。一減速器傳動比。=。一車輪滾動半徑。=計算得：或=1089N。故輪邊計算轉(zhuǎn)矩為294Nm半軸材料選取45鋼，則其扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力可取=490～588MPa。結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，校核過程如下：=故滿足設(shè)計要求。(3)半軸花鍵擠壓應(yīng)力的校核本設(shè)計選用30度標準壓力角漸開線平底花鍵聯(lián)接。 （）式中：一載荷分配不均勻系數(shù)，與齒數(shù)的多少有關(guān)，由文獻[18]P107。z一花鍵的齒數(shù)，設(shè)計中取20。一齒的工作長度，=20mm。h一花鍵齒側(cè)面的工作高度，h=m=。一花鍵的平均直徑。由文獻[18]，表6—3查得，[]=100～140MPa計算得：=滿足要求。(4)行星齒輪銷的校核計算圖 ：圖 圖中：一銷受的剪切力。一太陽輪作用于行星輪的齒面切向力。一殼體作用于行星輪的齒面切向力。故，銷釘所受剪切力為： （）計算得：=查表的其許用剪切應(yīng)力為80MPa，故銷的設(shè)計滿足要求。式中：一電機最大輸出扭矩(由于車輛要求經(jīng)常性的啟動，故我們用最大值計算)，這里取60Nm。一銷外徑。一銷內(nèi)徑。(5)行星齒輪軸承的校核．根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，我們選取型號為1000804的深溝球軸承。已知電機的額定轉(zhuǎn)速為1450rpm，額定轉(zhuǎn)矩為10Nm，通過減速比，折算到軸承上的相關(guān)參數(shù)為：軸承的徑向載荷=175N。由減速器的結(jié)構(gòu)我們知道，軸向載荷在這里可以忽略不計。軸承轉(zhuǎn)速為760rpm，預(yù)期壽命為6000h。故軸承計算時的當量載荷為：。軸承當量動載荷： （）而我們所選的軸承的當量動載荷為2650N，可見根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而選擇的軸承是滿足要求的。(6)減速器橋殼的設(shè)計計算輪邊減速器的橋殼在輪邊減速器中起著至關(guān)重要的作用。橋殼將作為內(nèi)齒圈、主支承軸承的支承件，且與內(nèi)齒圈、彈性銷一起構(gòu)成行星輪系的均載裝置，驅(qū)動電動機、懸架、轉(zhuǎn)向拉或橫向穩(wěn)定桿、制動卡鉗等裝置都是固結(jié)在橋殼上的．還起著存儲潤滑油的作用。如圖 ，橋殼外部設(shè)計了分別與車輛懸架、制動鉗、轉(zhuǎn)向拉桿或者穩(wěn)定桿相聯(lián)接的凸緣部A、B、C．同時左右兩側(cè)的減速器橋殼采用相同的型坯，這為加工制造提供了方便、降低了制造費用。橋殼凸緣B可用于制動鉗安裝，由于設(shè)計了聯(lián)接板，則只需要改變聯(lián)接板結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)減速器橋殼與不同型式制動鉗的安裝，這也使得輪邊減速器的加工制造更簡單、造價更低。圖 輪邊減速器的潤滑減速器在運轉(zhuǎn)過程中，發(fā)生點蝕、輪齒折斷、膠合等失效故障，通常是由于潤滑油膜被破壞、接觸溫度的升高以及潤滑油中存在磨粒等原因，使得齒輪出現(xiàn)微觀可視點蝕、宏觀可視點蝕、膠合以及微磨損等失效問題，從而造成減速器不能正常工作[18]。同時，潤滑還能夠起到防銹的作用。所以，在設(shè)計中需要提出減速器的潤滑方案。通常，閉式齒輪傳動的潤滑方式有浸油潤滑和噴油潤滑兩種，一般根據(jù)齒輪的圓周速度來定采用哪種潤滑方式。一般來說，當齒輪的圓周速度小于12m／s時，常將齒輪浸入油池進行潤滑。由于行星齒輪傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速較低，且齒輪的半徑較小，因此采用浸油潤滑，為了減少潤滑油更換次數(shù)，適當?shù)卦黾育X輪浸油深度，使其在l0~20mm之間。同時由于所設(shè)計的行星齒輪傳動系統(tǒng)所承受的載荷較低，所以采用中載荷工業(yè)齒輪油[7]。為了防止?jié)櫥屯庑?，需要在電動機與減速器橋殼的配合面上增加l~2mm的密封圈。 輪邊減速器零部件之間的裝配關(guān)系為了使制動卡鉗、車輪輪轂、主軸承等零部件便于安裝，在設(shè)計中還引入了輪轂支承件。通過輪轂支承件解決車輪輪轂、制動盤、主軸承等零部件的安裝問題[11]。輪邊減速器的總裝配圖如圖 。此結(jié)構(gòu)為全浮式半軸型斷開式驅(qū)動橋，承載合理。采用行星輪系減速裝置，以行星輪系的中心輪輸入，行星架輸出的傳動方式，較好地達到了電動汽車的性能要求。同時，電動汽車懸架、制動裝置、轉(zhuǎn)向拉桿以及橫向穩(wěn)定桿的安裝，常受到安裝位置以及空間