【正文】 爬坡性和加速性能就越好。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 197522005規(guī)定的混合動力模式下的最高車速有兩種情況：行駛1 km以上的最高車速和30分鐘最高車速，本文以30分鐘最高車速來評價(jià)整車的動力性。通過選擇不同的傳動比，按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整車動力性能仿真，得出不同傳動比下整車的最高車速、爬坡性能和加速性能。[6] 由圖31可知，傳動比較小時(shí)，最高車速受額定功率限制，最高車速受到電機(jī)最高轉(zhuǎn)速限制，逐漸變小。最高車速是在電機(jī)額定功率下實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)電機(jī)還具有一定的過載能力，這樣車輛在一定的時(shí)間內(nèi)還可以達(dá)到更高的車速。由圖32可知，車速為30km/h時(shí)爬坡度隨著傳動比的增大而直線上升。小傳動比時(shí)，百公里加速時(shí)間隨著傳動比的增大明顯減少，但大傳動比時(shí)變化比較平緩，直至趨于不變。這是因?yàn)殡姍C(jī)的峰值功率主要是由百公里加速時(shí)間所限制的。圖31 最高車速隨傳動比的變化關(guān)系圖32 爬坡性能、加速性能與傳動比的關(guān)系綜上所述，在滿足最高車速的前提下，應(yīng)盡可能選擇大的傳動比。最終確定行星架減速比k=。 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速的選擇電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對電動機(jī)成本、制造工藝和傳動系尺寸有很大的影響。轉(zhuǎn)速在6000r/min以上的為高速電機(jī)，以下為普通電機(jī)。前者成本高、制造工藝復(fù)雜而且對配套使用的軸承、齒輪等有特殊要求，一般適用于電動轎車，很少在混合動力轎車上使用。因此應(yīng)采用最高轉(zhuǎn)速不大于6000r/min的普通電機(jī)。電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值也稱為電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)β，隨β值的增大，電動機(jī)可在低轉(zhuǎn)速區(qū)獲得較大的轉(zhuǎn)矩，有利于提高車輛的加速和爬坡性能。但β值的過多增加會導(dǎo)致電動機(jī)工作電流的增大，增大了逆變器的功率損耗和尺寸。因此β值一般取2～4，計(jì)算出電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速應(yīng)該在1500～3000r/min之間選取。根據(jù)電機(jī)的特性特點(diǎn)，電機(jī)的基速越小，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩越大，就越能提高整車的加速性和爬坡性能，但基速的降低是以增大永磁體和降低最高轉(zhuǎn)速為代價(jià)的。同時(shí)綜合考慮整車布置、電機(jī)技術(shù)等原因，確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為400N?m，最高轉(zhuǎn)速為5500 r/min。 最終電機(jī)選擇主輔電機(jī)參數(shù)相同。電機(jī)參數(shù)：電機(jī)額定功率60Kw,峰值146kw,，最高轉(zhuǎn)速5500rpm。需要k=。 動力性能仿真圖33最高車速仿真圖34 主輔電機(jī)驅(qū)動050km/h加速時(shí)間圖35主輔電機(jī)驅(qū)動0到98km/h加速時(shí)間圖36 加速性能仿真圖37 主輔電機(jī)驅(qū)動驅(qū)動力與行駛阻力仿真 圖38主輔電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩仿真第四章 變速耦合機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)4．1齒輪參數(shù)的確定由公式可知，當(dāng)功率P一定，而轉(zhuǎn)速n越小時(shí)，則輸出轉(zhuǎn)矩越大。所以當(dāng)齒圈轉(zhuǎn)速為0時(shí)，由行星架輸出的轉(zhuǎn)矩較大。則速度關(guān)系式為 （41）已知，可得。[6]。則行星架輸出功率為=。查表選定小齒輪（與行星架固聯(lián)）和大齒輪（輸出齒輪）的材料：40Cr調(diào)質(zhì)，硬度270HBS。查圖，得按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要尺寸[7]簡化設(shè)計(jì)公式 （42）則小齒輪轉(zhuǎn)矩齒數(shù)比 u=i=齒寬系數(shù) 取 φa=載荷系數(shù) 取 K=許用應(yīng)力 取 SHmin= 將以上數(shù)值代入式（32），得到a≥，取a=250mm。按經(jīng)驗(yàn)公式選取模數(shù)取模數(shù)mm計(jì)算主要幾何參數(shù)初選β=10176。 傳動比誤差 精確計(jì)算螺旋角 計(jì)算齒寬 取 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 計(jì)算重合度 ===== 計(jì)算圓周速度 行星齒輪與太陽輪尺寸設(shè)計(jì)已知從太陽輪輸入的轉(zhuǎn)速最大為nmax=5500rpm。減速比k=zqzt=。式中zq為齒圈齒數(shù)，zt為太陽輪齒數(shù)。又根據(jù)本方案中太陽輪、齒圈與行星輪的幾何關(guān)系，可知dq=dt+2dj,式中dq為齒圈分度圓直徑，dt為太陽輪分度圓直徑，dj為行星輪分度圓直徑。所以可以得出另一個(gè)關(guān)系式： 即 （43）則行星輪與太陽輪的傳動比為[8]首先選擇直齒圓柱齒輪作為行星齒輪系統(tǒng)齒輪。查表選定小齒輪（與行星架固聯(lián)）和大齒輪（輸出齒輪）的材料：40Cr調(diào)質(zhì)，硬度270HBS。查圖，得按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要尺寸簡化設(shè)計(jì)公式 （44）則小齒輪轉(zhuǎn)矩齒數(shù)比 u=i12=齒寬系數(shù) 取 φa=載荷系數(shù) 取 K=許用應(yīng)力 取 SHmin= 將以上數(shù)值代入式（32），得到a≥，取a=110mm。按經(jīng)驗(yàn)公式選取模數(shù)取模數(shù)mm計(jì)算主要幾何參數(shù)可得 zt=52 zj=65 由式（33）可得齒圈齒數(shù)zq=182計(jì)算齒寬取 行星輪和太陽輪齒寬b=50mm計(jì)算重合度==== 計(jì)算圓周速度綜上所述，輸出齒輪采用斜齒圓柱齒輪，行星輪系采用直齒圓柱齒輪。尺寸參數(shù)如上文所述，效果示意圖如圖41，42所示圖 41圖 42 行星齒輪與太陽輪的軸向定位由圖41與圖42可以看出，如果只是單純的將太陽輪與行星輪兩兩相接配合的話，則行星輪只在靠近行星架的一方有軸向定位，而在另一方向則沒有軸向定位。又因?yàn)樾行驱X輪、齒圈和太陽輪均為直齒圓柱齒輪，軸向力很小，換句話說其實(shí)只要是行星齒輪與行星架配合的軸承為過盈配合，一般情況下也不會有軸向移動。但是為了保險(xiǎn)起見，可以在行星齒輪的另一端做一個(gè)十字架，防止其軸向移動，如圖43所示。圖43為了防止四個(gè)行星輪整體軸向移動，在與齒圈固聯(lián)的齒圈盤內(nèi)部加了一個(gè)推力軸承，這樣不僅解決了太陽輪與星星輪的軸向定位問題，也不至于把齒圈寬度做的過寬，如圖4圖4圖46所示。圖44圖45圖464．2 軸的設(shè)計(jì)選擇軸的材料及熱處理方式。由于價(jià)格，性能，用途等方面的考慮，可選45鋼，調(diào)質(zhì)。查表131可得：σB=640MPa,σs=355MPa,σ1=275MPa,τ1=155Mpa,σ1=60MPa。最小軸徑估算。利用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度發(fā)，可知：式中，P=60kw，n=5500rpm，查表C=126~103，取C=120。故最小軸徑為經(jīng)圓整，取最小軸徑dmin=30mm。 輸出軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到軸上零件的定位、固定及拆裝，擬采用階梯軸結(jié)構(gòu)，采用方案效果圖如圖43所示。圖43確定各軸段直徑：由于輸出軸齒輪半徑較大，所以軸頭直徑為80mm，軸環(huán)起到軸向定位作用，直徑為96mm。因?yàn)樾饼X輪會產(chǎn)生軸向力，因此，支撐選用角接觸軸承7210AC，此軸段直徑取為50mm。軸承的軸向定位通過軸身與軸徑的軸肩實(shí)現(xiàn)，所以軸身直徑選定為60mm。軸端采用花鍵連接各軸段長度通過整體結(jié)構(gòu)確定。 太陽輪輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到軸的實(shí)際應(yīng)用，擬采用齒輪軸形式，結(jié)構(gòu)效果圖如圖44所示。圖44確定各軸段直徑:當(dāng)齒頂圓直徑小于軸直徑的2倍時(shí)就可以把齒輪與軸做成一體。太陽輪齒頂圓直徑為108mm，故選定軸身直徑為60mm。支撐選用角接觸軸承7210AC，此軸段直徑取為50mm。各軸段長度通過整體結(jié)構(gòu)確定。 齒圈輸入軸設(shè)計(jì)考慮到軸的實(shí)際應(yīng)用，采用結(jié)構(gòu)如圖45所示圖45確定各軸段直徑:由于此軸需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩，故左側(cè)用一個(gè)直徑為100mm的軸環(huán)加固。由于齒圈為直齒齒輪，故沒有軸向力，選擇深溝球軸承6310，故軸徑為50mm。用軸肩定位，軸身選80mm。各軸段長度通過整體結(jié)構(gòu)確定。4．3 制動裝置的設(shè)計(jì)本文中所提到的變速耦合機(jī)構(gòu)需要一個(gè)制動裝置來固定齒圈，以實(shí)現(xiàn)減速增扭得作用，即圖46所示的紅色部分。圖46制動方式有很多種，由于齒圈的半徑較大，不宜采用同步器撥叉式的制動裝置。所以作者選擇了外抱式帶式制動器。外抱帶式制動器，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，包角大，一般接近360176。，其制動軸不受彎矩力，占用空間小，制動所需外力小，所以非常適合此機(jī)構(gòu)。 抱帶式制動器的幾何參數(shù)計(jì)算已知原始參數(shù)，被制動的制動輪直徑（即齒圈外徑）:。[9]有關(guān)極限磨損量ξ的概念。當(dāng)制動帶磨損到ξ值后，制動帶兩端相互接觸，此時(shí)，因制動帶抱緊力無法．再調(diào)緊，而使制動帶制動失效，也即此制動帶壽命終止，此時(shí)的ξ值就稱為制動帶的極限磨損量，它是外抱帶式制動器設(shè)計(jì)中的一個(gè)很重要的概念。ξ的具體取值，見表41。表41查表，ξ=5mm。確定值：