【正文】 ? ? ? ⅴ）轉矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動循環(huán)變化，取α =，截面 C 處的當量彎矩： 2 2 2 212( ) 7 4 7 .5 ( 0 .6 2 0 5 4 ) 1 4 4 1c c cM M a M N m m? ? ? ? ? ? ? ? ⅵ )校核危險截面 C 的強度 軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的 C 處， W＝ 131441 0 .7 [ ]0 .1 2 8ccbWW???? ?? ? ? ?? 所以軸強度足夠。取直接 d5=28mm 6 段：此段裝軸承 和軸套 ，選用的軸承與右邊的軸承一致， 軸套內(nèi)徑 d6=25mm，外徑為軸向固定尺寸 d6’=32mm，軸套軸向長度為 l=5mm。 4 段： 此段 為軸肩，作用為軸向定位固定軸承和齒輪 ， 直徑為 d4=32mm，長度l=5mm。 此軸段一部分長度 用于 裝軸承蓋，一部分伸出箱體外。其軸孔直徑為 d1=22mm。設有 6 個軸段。 ② 初步計算軸的直徑 由前計算可知： P2=210W,n2=272r/min 計算軸徑公式： 2322PdAn? 其中， A 取 106。 示意圖： 分析報告見附錄一。截面 C 在垂直面彎矩為 1 48 2 9 .1 2 4 6 9 8 .42AYM F N m m? ? ? ? ? ? ? 如圖 ⅲ） 繪制水平面彎矩圖 2 48 8 0 2 4 1 9 2 02AZM F N m m? ? ? ? ? ? ? ⅳ） 繪制合彎矩圖 221 6 9 8 .4 1 9 2 0 2 0 4 3M c N m m? ? ? ? ⅴ）繪制扭轉圖 轉矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動循環(huán)變化，取α =， 1 0 .6 1 6 0 0 9 6 0a M N m m? ? ? ? ⅵ） 繪制當量彎矩圖 截面 C 處的當量彎矩： 2 2 21( ( ) ) 2 0 4 3 9 6 0 2 2 5 7e c cM M a M N m m? ? ? ? ? ? ⅶ )校核危險截面 C 的強度 軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的 C 處， W＝ ? ?132257 5 . 5 6 00 . 1 1 6ecc M M P a M P aW?? ?? ? ? ? ?? 所以 軸強度足夠。 7 段： 此段裝軸承，選用的軸承 與 3 一致。 5 段：：此段 為 齒輪 軸段。查《機械 設計基礎課程設計 》附錄 D1，此處選用的軸承代號為 6001，其內(nèi)徑為 d=12mm， 外徑 D=28mm，寬度 B=19 mm，Da=24mm， da=16mm。 1 段：該段是小齒輪的 右軸端與電動機 ，該軸段直徑為 10mm，查《 機械設計基礎課程設計》，聯(lián)軸器 LT1，伸出段為 25mm 2 段： 此軸段一部分用于裝軸承蓋，一部分伸出箱體外。 根據(jù)軸上零件 的 安裝和固定要求，初步確定軸的結構。 133110 . 2 1 81 1 2 8 . 71300Pd A m mn? ? ? ? d1 由于齒輪直徑很小，和軸相近，所以做成一體為 齒輪軸 。 ⅳ）彎曲疲勞許用應力 將以上各參數(shù)代入彎曲疲勞許用應力公式得 F l i m 1F P 1 N 1F m i n 180= Y = 1 M Pa = 1 5 0 M PaS 1 . 2?? ? F l i m 2F P 2 N 2F m i n 170= Y = 1 M Pa = 1 4 1 .6 7 M PaS 1 .2?? ? ⅴ）齒根彎曲疲勞強度校核 11 2 212 2 1 . 5 1 6 0 0 2 . 8 1 2 2 . 4 83 0 1 2 0F F F PKT Y M P ab m d????? ? ? ? ??? 12 2 212 2 1 . 5 1 6 0 0 2 . 2 4 1 7 . 93 0 1 2 0F F F PKT Y M P ab m d ??? ? ? ? ??? 因此，齒輪齒根的抗彎強度是安全的。 ② 模數(shù) m=1 m=d1/z1= 標準模數(shù)應大于或等于上式計算出的模數(shù)，查《機械基礎》 P311表 14－ 1，選取標準模數(shù) m=1mm。為了使重合度較大，取 z1＝ 20，則 z2＝ iz1＝ 80。 ⅵ）計算小齒輪直徑 d1 由于 21pp??? ， 故應將 1p? 代入齒面接觸疲勞設計公式，得 ? ?2 21 331 1 189 .98 160 0 5612 1 1EHdZ K M udu?????? ? ? ?????? ? ? ??? ?????? ??= ④ 圓周速度 v 111 1 .0 5 /6 0 1 0 0 0ndv m s???? 查《機械設計學基礎》 P145 表 5－ 7， v12m/s，該齒輪傳動選用 9 級精度。 將以上各數(shù)值代入許用接觸應力計算公式得 l i m 1 11 m i n 6 0 0 1 . 0 2 6121HNp H Z M P a M P aS?? ?? ? ? l i m 2 22m i n5 6 0 1 . 1 5 6441HNpHZ M P a M P aS?? ?? ? ? ⅴ）齒數(shù)比 因為 Z2=i Z1，所以 Z2= ⅶ）齒寬系數(shù) 由于本設計的齒輪傳動中的齒輪為對稱布置，且為軟齒面?zhèn)鲃?，查《機械基礎》 P326表 14－ 12，得到齒寬系數(shù)的范圍為 ～ 。 （ 2）按齒面接觸疲勞強度設計齒輪 由于本設計中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動，齒輪承載能力主要由齒輪接觸疲勞強度決定，其設計公式為： ? ? ? ?1231 ()EHdK M uZd u?? ?? ? ① 確定載荷系數(shù) K 因為該齒輪傳動是軟齒面的齒輪，圓周速度也不大，精度也不高，而且齒輪相對軸承是對稱布置，根據(jù)電動機和載荷的性質(zhì)查《機械設計學基礎》P147表 5－ 8，得 K 的范圍為 ~， 取 K＝ 。查《機械基礎》 P322表 14－ 10，小齒輪選用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 260HBS；大齒輪選用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 220HBS。 考慮傳動比 i 控制在 3~6 之間 ； 取電機正常工作時 力矩為 ； 傳動比為 i=； 換算得到電機要求轉速至少為 1300r/min； 電機滿足該要求 。 按正常使用環(huán)境下，路面為混凝土，底面介于濕潤和干燥之間時 ， 取滾動系數(shù)為 ； 得到工作力矩為 ； 由于 商家并沒有向我們提供該款相應的矩頻特性圖形 ； 我們查閱同廠家提供的其他類似類型電機 ； 可知峰值扭矩在 3N 左右 。 整體尺寸：最大直徑 428mm，軸向長度 478mm 機械結構：電機、聯(lián)軸器、單機圓柱齒輪減速器、法蘭盤、輪轂 1．電機容量的選擇 輪胎滾動摩擦系數(shù)表 路面 滾動摩擦系數(shù) cr（新輪胎） 滾動摩擦系數(shù) cr（舊輪胎） 混凝土 雨后 瀝青 碎石 壓實地 粘土 瀝青 我們針對自平衡小車設計的輪轂電機，其工作環(huán)境路面應該為混凝土底面 考慮底面環(huán)境因素， 按較差的使用環(huán)境來計算最大功率要求 ， 所以取滾動摩擦系數(shù)為。 正如之前提到，這個方案對于電磁學、電機學等專業(yè)知識要求高，方案的構思和進展就停止到此。 對此方案，簡圖如右邊示意圖 在構思這個方案過程中，我們了解了對一體式直接驅動的輪轂電機的構造。此外，還有一定的保護作用。 （ 6） 定子 定子尺寸，考慮 外徑 與轉子的氣隙大小， 內(nèi)徑與軸固定，其厚度與繞組線圈有關。關于氣隙設計、減小磁漏，來確定永磁體的長度寬度等尺寸。 參考文獻提供 繞組方法為 Y型連接，展開圖如下： （ 4） 永磁體 結合轉子定子的大小，確定永磁體的大小， V=*10^3mm3。電機的繞組分類標準不同，分類頁不同，根據(jù)不同的需要選擇合適的繞組類型。借鑒文獻，選取 23 對磁極（ 23塊永磁體、 23 個隱極）， 51 個定子槽。 （ 2） 極槽配合 由于分數(shù)槽繞組電機效率高、成本低、轉矩脈動小、體積小等諸多優(yōu)點，在電機領域被廣泛應用。目前多小型電機采用三、四相。但是他的轉矩也最小、轉矩脈動最大。相數(shù)多少不僅決定了電動機的各項技術的指標和，同時也影響電機的經(jīng)濟指標。 一下使我們對一體式輪轂電機的構造認識。 （一） 方案一 一體式輪轂電機 這一方案是我們的最初方案，由于在電磁場設計這一塊中，我們的電磁場相關知識局限，選用的軟件 ansoft Maxwell14 操作沒有熟練掌握，對設計計算具體的工作起到了很大阻力。 三、 輪轂電機的 機械 設計方案 設計要求 ： 根據(jù)工作環(huán)境，在平坦或者有一定坡度的良好底面行駛，整體（包括負重）重量為 150kg，行駛速度為 20km/h，輪子與地面為滾動摩擦。 綜合比較： （三） 調(diào)速原理 其基本原理，如右示意圖所示。與其他電機相比，橫向磁場電機的有點十分突出：實現(xiàn)了電路和磁路解耦，設計自由度大大提高 ；高轉矩密度，大約是標準公用異步電機的 5~10 倍，且特別適合應用于要求低速、大轉矩場合，繞組形式簡單，不存在傳統(tǒng)電機的端部，繞組利用率高；各相間相互獨立；效率高；控制電路與永磁無刷電機相同，可控性能好。但其缺點也很多：轉矩存在較大的波動，振動大，噪聲大；系統(tǒng)非線性，建模困難，控制承辦高；功率密度低等。其缺點是：因守永磁材料的仙子，目前最大電機功率也只有幾十千瓦；其次，永磁轉 子的勵磁無法調(diào)節(jié)，導致電機調(diào)速困難，調(diào)速范圍不寬。但此類電機也存在一些缺點：效率不高（特別是在低速時）、功率密度一般；是一個強耦合、多變量、非線性的系統(tǒng)，需采用適量控制和直接轉矩等控制手段，控制成本較高。目前，市場上使用的電動機主要有異步電動機、永磁無刷電動機和開關磁阻電動機、橫向磁場電機等四類。此方法適用于平路或負載較輕的場合。直接驅動的優(yōu)點有：不需要減速機構，不但使得整個驅動結構更加簡單、緊湊，軸向尺寸也減小，而且效率進一步提高，響應速度也快。為了使汽車能順利起步，要求電機在低 速時能提供大的轉矩。減速驅動方式適合用于丘陵或山區(qū)，以及要求過載能力較大、旅游健身等場合。減速驅動的有點是：電機運行在高速轉速下，具有較高的比功率和效率；體積小，重量輕，通過齒輪增力后，扭矩大、爬坡性能好，能保證在汽車低速運行時獲得交大的平穩(wěn)轉矩。 在減速驅動