【正文】 島理工大學(xué) 2021 級畢業(yè)設(shè)計論文 第三章 總體選擇 20 ： 與其他電池相比較鋰離電池應(yīng)用在汽車上，在容量，功率方面均有較大的優(yōu)勢，但是鋰離電池快充放電性能差，價格過高和過充放電保護(hù)問題，在過充或?yàn)E用的條件下，鋰離電池可能發(fā)生火災(zāi)和爆炸。 電池： 鈉鎳氯化物充電電池是在 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展 起來的，與其他電池相比較它最大的特點(diǎn)是電池反應(yīng)需要熔融狀態(tài)的 Na，工作時需要使用加熱器保保持在 300176。其能量密度高，實(shí)際可達(dá)到 100W但是由于 Na 被視為危險物品，這就降低的 ZEBRA 電池的商用范圍。 再由電池參數(shù)的計算，可確定電池的電壓為 12V，充電時間不少于 12h(但不要多于 20h)，額定容量為 180Ah，總質(zhì)量為 90kg。 驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼等組成 ，轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋還有等速萬向節(jié)。 2) 外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。 青島理工大學(xué) 2021 級畢業(yè)設(shè)計論文 第三章 總體選擇 4) 在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率。 6) 與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)，對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動協(xié)調(diào)。 二、 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案分析 驅(qū) 動橋分?jǐn)嚅_式和非斷開式。當(dāng)采用獨(dú)立懸架時，為保證運(yùn)動協(xié)調(diào)，驅(qū)動橋應(yīng)為斷開式。但整個驅(qū)動橋均屬于簧下質(zhì)量，對汽車平順性和降低動載荷不利。這種驅(qū)動橋在轎車和高通過性的越野汽車上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 三、 主減速器 的選擇 主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速器形式不同而不同。 螺旋錐齒輪傳動的主、從動齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。但是在工 作中噪聲大，對嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍有不吻合便會使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增大和噪聲增大。 雙曲面齒輪傳動的主、從動齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線在空間偏移一距離 E，此距離稱為偏移距。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動齒輪圓周力之比 F1F2 =cosβ1cosβ2 式中， F F2分別為主、從動齒輪的圓周力； β β2分別為主、從動齒輪的螺旋角。在齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為中點(diǎn)螺旋角。雙曲面齒輪傳動 i0s比為 i0s = F2r2F1r1= r2 cosβ2r1 cosβ1 （ 3? 1） 式中， i0s為雙曲面齒輪傳動比； r r2分別為主、 從動 齒輪平均分度圓半徑。 由于 β1 β2，所以系數(shù) K1，一般為 ~。 2)當(dāng)傳動比一定，從動齒輪尺寸相同時，雙曲面主動齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。 但是，雙曲面齒輪傳動也存在如下缺點(diǎn)： 1)沿齒長的縱向滑動會使摩擦損失增加，降低傳動效率。 2)齒面間大的壓力和摩擦功，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力較低。 4)雙曲面齒輪傳動必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤滑油，螺旋錐齒輪傳動用普通潤滑油即可。 圓柱齒輪傳動一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng) 用于發(fā)動機(jī)橫置且前置前驅(qū)動的轎車驅(qū)動橋和雙級主減速器貫通式驅(qū)動橋。在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無噪聲。能傳遞大的載荷，使用壽命長。 但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動效率較低。 綜合考慮此次設(shè)計的微型電動貨車的設(shè)計要求以及各種傳動的優(yōu)缺點(diǎn)，則可選擇 性能較好的雙齒面齒輪傳動。這樣，如果驅(qū)動橋的左、右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行駛或直線行駛，均會引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會加劇輪胎磨損 、功率和燃料消耗，另一方面會使轉(zhuǎn)青島理工大學(xué) 2021 級畢業(yè)設(shè)計論文 第三章 總體選擇 24 向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。在多橋驅(qū)動的汽車上還常裝有軸間差速器，以提高通過性，同時避免在驅(qū)動橋間產(chǎn)生功率循環(huán)及由此引起的附加載荷、傳動系零件損壞、輪胎磨損和燃料消耗等。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。圖為其示意圖，圖中 ω0為差速器殼的角速度； ω ω2分別為左、右兩半軸的角速度； T0為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩； Tr為差速器的內(nèi)摩擦力矩； T T2分別為左、右兩半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)力矩平衡可得 {T1 +T2 = T0T2 ? T1 = Tr （ 3 ?3） 差速器性能常以鎖緊系數(shù) k 是來表征，定義為差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比，由下式確定 k = Tr/T0 可得 {T1 = (1?k)T0 = (1+ k) （ 3? 4） 定義快慢轉(zhuǎn)半軸的轉(zhuǎn)矩比 kb = T2 T1? ,則 kb與 k 之間有 kb = 1+ k1? k。但當(dāng)汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動車輪與地面的附著系數(shù)很小時，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。兩根行星齒輪軸互相垂直，軸的兩端制成 V 形面與差速器殼孔上的V 形面相配，兩個行星齒輪軸的 V 形面是反向安裝的。 當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩時，差速器殼通過斜面對行星齒輪軸產(chǎn)生沿行星齒輪軸線方向的軸向力，該軸向力推動行星齒輪使壓盤將摩擦片壓緊。此摩擦力矩 Tr，與差速 器所傳遞的轉(zhuǎn)矩丁。 摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù) k 可達(dá) ， kb可達(dá) 4。 當(dāng)一個驅(qū)動輪處于附著系數(shù)較小的路面時，可通過液壓或氣動操縱，嚙合接合器 (即差速鎖 )將差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數(shù)，使?fàn)?引力 對于裝有強(qiáng)制鎖止式差速器的4X2 型汽車，假設(shè)一驅(qū)動輪行駛在低附著系數(shù)甲 min的路面上，另一驅(qū)動輪行駛在高附著系數(shù) 的路面上，這樣裝有普通錐齒輪差速器的汽車所能發(fā)揮的最大牽引力 Ft為 Ft = G22 min +G22 min = G2 min （ 3? 5） 式中， G2為驅(qū)動橋上的負(fù)荷。 當(dāng)然，如果左、右車輪都處于低附著系數(shù)的路面，雖鎖住差速器，但牽引力仍超過車輪與地面間的附著力，汽車也無法行駛。目前，許多使用范圍比較廣的重型貨車上都裝用差速鎖?；瑝K兩端分別與差速器的從動元件內(nèi)凸輪和外凸輪接觸。當(dāng)差速器傳遞動力時，主動套帶動滑塊并通過滑塊帶動內(nèi)、外凸輪旋轉(zhuǎn)，同時允許內(nèi)、外凸輪轉(zhuǎn)速不等。 滑塊凸輪式差速器址一種高摩擦自鎖 差速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小。 蝸輪式差速器也是一種高摩擦自鎖差速器。這種差速器半軸的轉(zhuǎn)矩比為 kb = t n(β+ ρ)t n(β? ρ) 式中， β為蝸桿螺旋角； ρ為摩擦角。但在如此高的內(nèi)摩擦情況下，差速器磨損快、壽命短。由于這種差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。裝有這種差速器的汽車在青島理工大學(xué) 2021 級畢業(yè)設(shè)計論文 第三章 總體選擇 直線行駛時，主動環(huán)可將由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩按左、右輪阻力的大小分配給左、右從動環(huán) (即左、右半軸 )。當(dāng)轉(zhuǎn)彎行駛時，外側(cè)車輪有快轉(zhuǎn)的趨勢，使外側(cè)從動環(huán)與主動環(huán)脫開，即中斷對外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi)側(cè)車輪有慢轉(zhuǎn)的趨勢，使內(nèi)側(cè)從動環(huán)與主動環(huán)壓得更緊，即主動環(huán)轉(zhuǎn)矩全部傳給內(nèi)輪。此外，由于左、右車輪的轉(zhuǎn)矩時斷時續(xù)，車輪傳動裝置受的動載荷較大，單邊傳動也使其受較大的載荷。該差速器工作可靠，使用壽命 長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。 五、 車輪傳動裝置設(shè)計 車輪傳動裝置位于傳動系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。 半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為 半 浮式、 3/4浮式和全浮式三種形式。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力和力矩。 3/4浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個軸承并裝在驅(qū)動橋殼半軸套管的端部，直接支承著車輪輪轂，而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘聯(lián)接。 全浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸 外端的凸緣用螺釘與輪轂相聯(lián)，而輪轂又借用兩個圓錐滾子軸承支承在驅(qū)動橋殼的半軸套管上。但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同女、半軸法蘭平面相對其軸線不垂直等因素，會引起半軸的彎曲變形，由此引起的彎曲應(yīng)力一般為 5～ 70MPa。 本次設(shè)計采用半浮式半軸。驅(qū)動橋殼大致可分為可分式、整體式和組合式三種形式。每一部分均由一鑄造殼體和一個壓入其外端的半軸套管組成，軸管與殼體用鉚釘連接。但拆裝、調(diào)整、維修很不方便，橋殼的強(qiáng)度和剛度受結(jié)構(gòu)的限制，曾用于輕型汽車上，現(xiàn)已較少使用。它具有強(qiáng)度和剛度較大，主減速器拆裝、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。鑄造式橋殼的強(qiáng)度和剛度較大，但質(zhì)量大，加：上面多，制造工藝復(fù)雜，主要用于中、鋼板沖壓焊接式和擴(kuò)張成形式橋殼質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適于大量生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于轎車和中、小型貨車及部分重型貨車上。它的優(yōu)點(diǎn)是從動齒輪軸承的支承剛度較好，主減速器的裝配、調(diào)整比可分式橋殼方便，然而要求有較高的加工精度，常用于轎車、輕型貨車中。 青島理工大學(xué) 2021 級畢業(yè)設(shè)計論文 第三章 總體選擇 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把懸架 (或車身 )與車軸 (或車輪 )彈性地連接起來。 懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。當(dāng)用縱置鋼板彈簧作彈性元件時，它兼起導(dǎo)向裝置作用。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時車身的側(cè)傾角和橫向角振動。 2)具有合適的衰減振動能力。 4)汽車制動或加速時要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適。 6)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。 二、 懸架結(jié)構(gòu)形式分析 懸架可分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架兩類。獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是左、右車輪通過各自的懸架與車架 (或車身 )連接。缺點(diǎn)是由于整車布置上的限制，鋼板彈簧不可能有足夠的長度 (特別是前懸架 )，使之剛度較大，所以汽車平順性較差；簧下質(zhì)量大；在不平路面上行駛時，左、右車輪相互影響，并使車軸 (橋 )和車身傾斜；當(dāng)汽車直線行駛在凹凸不平的路段上時，由于左右兩側(cè)車輪反向跳動或只有一側(cè)車輪跳動時，會產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，離心力也會產(chǎn)生不利的軸轉(zhuǎn)向特性；車軸 (橋 )上方要求有與彈簧行程相適應(yīng)的空間。 獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是：簧下質(zhì)量?。粦壹苷加玫目臻g小；彈性元件只承受垂直力，所以可以用剛度小的彈簧，使車身振動頻率降低，改善了汽車行駛平順性；由于有可能降低發(fā)動機(jī)的位置高度，使整車的質(zhì)心高度下降，又改善了汽車的行駛穩(wěn)定性；左、右車輪各自獨(dú)立運(yùn)動互不影響，可減少車身的傾斜和振動，同時在起伏的路面上能獲得良好的地面附著能力。這種懸架主要用于轎車和部分輕型貨車、客車及 越野車上。對于不同結(jié)構(gòu)形式的獨(dú)立懸架，不僅結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，而且許多基本特性也有較大區(qū)別。側(cè)傾中心到地面的距離稱為青島理工大學(xué) 2021 級畢業(yè)設(shè)計論文 第三章 總體選擇 側(cè)傾中心高度。但側(cè)傾中心過高，會使車身傾斜時輪距變化大，加速輪胎的磨損。若主銷后傾角變化大，容易使轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生擺振；若車輪外傾角變化大，會影響汽車直線行駛穩(wěn)定性，同時也會影響輪距的變化和輪胎的磨損速度。車廂側(cè)傾角與側(cè)傾力矩和懸架總的側(cè)傾角剛度大小有關(guān)，并影響汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性。若用于轉(zhuǎn)向軸上的懸架橫向剛度小，則容易造成轉(zhuǎn)向輪發(fā)生擺振現(xiàn)象。因此，懸架占用的空間尺寸也用來作為評價指標(biāo)之一。 表 321 不同形式懸架的特點(diǎn) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)形式 特性 雙橫臂式 單橫臂式 單縱臂式 單斜臂式 麥弗遜式 扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式 側(cè)傾中心高度 比較低 比較高 比較低 居單橫臂和單縱臂式之間 比較高 比較低 車輪相對車聲跳動時車輪定位參數(shù)的車輪外傾角與主銷傾角均有車輪外銷角與主銷內(nèi)傾角變主銷后傾角變化大 有變化 變化小 左、右輪同時跳動時不變 青島理工大學(xué) 2021 及畢業(yè)設(shè)計論 文 第三章 總體選擇 32 的選擇 轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。有些汽車還裝有防傷機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向減振器。 一、 對轉(zhuǎn)向系提出的要求有： 1)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。 2)汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。 4)轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由于運(yùn)動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最