畢業(yè)設(shè)計（論文）-純電動物流車驅(qū)動橋設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文） 純電動物流車驅(qū)動橋設(shè)計 學(xué)院（系）： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 師簽名： 摘要 近幾年來，因為環(huán)境的污染變得越來越嚴(yán)重，電動車這一領(lǐng)域逐漸得大家的關(guān)注的支持，而在近幾年，電子商務(wù)的急速發(fā)展的,使得電商物流得到了快速的發(fā)展，電商物流的流量急劇增長，所以電動物流車也成了這一領(lǐng)域的重要分支之一，在專用車領(lǐng)域占很大的比例。并且在城市里面的污染也變得越來越嚴(yán)重的情況下，一種新型交通工具—純電動物流車，逐漸得到的政府大力推廣。電動汽車絲毫沒有污染排放，并且穩(wěn)定性大于傳動的內(nèi)燃機(jī)汽車，在經(jīng)濟(jì)性方面也有明顯的優(yōu)點(diǎn)。此外,驅(qū)動橋作在純電動物流車中作為傳動系統(tǒng)的重要部分，在電動汽車的結(jié)構(gòu)中有著非常重要的作用。驅(qū)動橋的構(gòu)造和驅(qū)動形式以及驅(qū)動橋的安放對整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響，本文主要是針對在現(xiàn)有輕型貨車驅(qū)動橋的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將傳統(tǒng)的輕型物流車的驅(qū)動橋與驅(qū)動電動機(jī)結(jié)合，通過在結(jié)構(gòu)以及傳動形式上的改進(jìn)，對驅(qū)動橋的傳動部分產(chǎn)生較大的影響，電動物流車驅(qū)動橋的設(shè)計對于電動物流車的形式動力性和經(jīng)濟(jì)性的部分提高有著重要的設(shè)計以及指導(dǎo)意義。 論文主要根據(jù)電動汽車的設(shè)計要求，參考相關(guān)書目和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，分析驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式布置形式以及驅(qū)動形式，并且對驅(qū)動橋的減速齒輪差速器半軸等結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)的計算，然后進(jìn)行校核，最后運(yùn)用CATIA進(jìn)行驅(qū)動橋的建模，并對所建的模型進(jìn)行理論分析，分析受力情況以及形變等，然后用有限元軟件進(jìn)行仿真，以查看設(shè)計所得結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計所需要求。 研究結(jié)果表明：設(shè)計的新型電動物流車的驅(qū)動橋的滿足題目中給的條件要求。 本文的特色：參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計并建模，最后用有限元軟件分析。 關(guān)鍵詞：電動汽車；驅(qū)動橋；CATIA；有限元分析 Abstract In recent years, due to more and more serious environmental pollution, electric vehicles in this area gradually get everyone's favor, and in the rapid development of e-commerce under the strong pull, electricity business logistics to maintain a sharp growth, so the electric logistics car has become One of the important branches of this field, in the field of special vehicles accounted for a large proportion. And in the case of urban pollution more and more serious, pure electric vehicle traffic car has gradually become a new type of transport vehicles, electric vehicles with zero pollution emissions, the advantages of high economic advantages, and the driving stability of the noise is small, and the drive axle in the electric Automobile power transmission accounted for an important proportion of the drive axle structure and drive the form and layout of the car will have a great impact on the power and economy, this paper is mainly for the existing light truck drive bridge on the basis of The design of the drive axle of the traditional light logistics vehicle has a great influence on the transmission efficiency of the drive axle through the improvement of the structure and function. The design of the electric vehicle driving axle is the dynamic and economical Sexual promotion has important guiding significance. Based on the design requirements of the electric vehicle, the paper analyzes the structure and the driving form of the drive axle with reference to the relevant bibliography and design standards, and calculates the parameters of the axle of the reduction axle of the drive axle, Core, and finally use CATIA to carry on the modeling of the driving axle, and carry on the theoretical analysis to determine the force situation, then uses the finite element software to carry on the simulation to see whether the designed structure satisfies the design request, The results show that the design of the new electric vehicle driving axle meets the requirements. The characteristics of this article: reference to the relevant standards for design and modeling, and finally with finite element software analysis. Key Words：electric vehicle; driving axle; CATIA; finite element analysis 目錄 第1章緒論 1 1.1 研究的目的和意義 2 1.1.1研究目的 2 1.1.2研究意義 2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀 3 1.2.2 國外現(xiàn)狀 3 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 4 第2章驅(qū)動橋總成介紹及動力參數(shù)匹配 5 2.1 純電動物流車驅(qū)動橋原理 5 2.2純電動物流車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)選型 5 2.2.1驅(qū)動電機(jī)的布置形式 5 2.2.2驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)形式 6 2.3純電動物流車驅(qū)動電機(jī)參數(shù)匹配 6 2.3.1純電動物流車基本參數(shù)和設(shè)計要求 8 2.3.2驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)計算 9 第3章驅(qū)動橋機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 3.1斜圓柱齒輪轉(zhuǎn)動設(shè)計 12 3.1.1材料 12 3.1.2齒輪的設(shè)計計算 13 3.1.3校核齒面接觸強(qiáng)度 14 3.3.2軸的設(shè)計計算 15 3.2.1材料 15 3.2.2軸徑計算 15 3.2.3軸的設(shè)計 16 3.2.4軸強(qiáng)度驗算 16 3.3軸承計算 19 3.3.1齒輪傳動軸承選型 19 3.3.2差速器軸承 19 3.4差速器的選型及分析 19 3.5半軸的設(shè)計計算 23 3.5.1概述 23 3.5.2半軸受力分析 23 3.5.3全浮半軸桿部直徑的初選 24 3.5.4全浮半軸強(qiáng)度計算 24 3.5.5全浮式半軸花鍵強(qiáng)度計算 24 3.6驅(qū)動橋殼設(shè)計計算 25 3.6.1三種工況分析 25 3.6.2各種工況計算 26 第4章驅(qū)動橋殼的有限元分析 29 4.1橋殼基本參數(shù) 29 4.2橋殼的分析 29 4.2.1材料的選擇 29 4.2.2驅(qū)動橋殼的載荷與約束 30 4.2.3橋殼在四種工況下的靜力學(xué)分析 31 參考文獻(xiàn) 35 致謝 36 第1章緒論 現(xiàn)代汽車已經(jīng)發(fā)展了幾百年了,他們的技術(shù)也越來越成熟，從第一臺汽油發(fā)動機(jī)到現(xiàn)在，汽油發(fā)動機(jī)已經(jīng)有了極大的發(fā)展和改善，在這巨大的汽車市場里面，各種汽車都都在各個廠商和政府的支持下涌現(xiàn)出來，尤其是在中國市場里面，由于我國的人口數(shù)量本來就巨大和近年來人們生活水平的不斷提高，一是改革開放以來各種合資車國產(chǎn)車的涌入市場，使得現(xiàn)在市場上的非純電動汽車現(xiàn)有存在數(shù)量巨大。但是在這龐大的汽車市場前面，由于內(nèi)燃機(jī)汽車排放造成的污染是巨大的,近年來,煙霧現(xiàn)象越來越受到人們的重視，交通也越來越擁堵，由此對人們的健康造成的危害也越來越嚴(yán)重。在環(huán)境問題以及能源危機(jī)突出的情況下，世界上的各個國家對排放的控制越來越嚴(yán)格，因此出現(xiàn)了電動汽車，電動汽車根據(jù)形式的不同可以分為混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車和純電動汽車，在最近幾年中，混合動力汽車發(fā)展迅速，盡管混合動力電動汽車相比于內(nèi)燃機(jī)汽車有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如有著著油耗相對較低并且行駛里程相對普通的電動汽車遠(yuǎn)等優(yōu)勢，因為近幾年市場上出現(xiàn)了很多混合動力汽車，但是混合動力汽車由于內(nèi)燃機(jī)的繼續(xù)存在汽車?yán)锩?，所以無法避免的會產(chǎn)生一部分污染現(xiàn)象，而純點(diǎn)動汽車由于其完全無污染，在此后必然會取代這一種過渡產(chǎn)物，并且隨著新能源技術(shù)的不斷更新，純電動汽車的的發(fā)展和應(yīng)用也越來越廣，從國外的寶馬的電動轎車到最近很火特斯拉的電動跑車以及轎車的進(jìn)入市場，以及近年來國內(nèi)的各種電動車的興起，純電動汽車的在各個領(lǐng)域應(yīng)用也越來越寬廣,在汽車、商用車以及代步車等都有著廣泛的應(yīng)用。純電動物流車作為穿電動汽車方向的一個方向點(diǎn)，越來越有著重要的作用，這幾年來純電動物流車市場增長迅猛，是我國新能源汽車市場要持續(xù)發(fā)展不可避免的一個重要組成部分，并且在目前階段物流車占到專用車市場比例的半數(shù)以上。近年來隨著電子商務(wù)的不斷普及，人民生活水平的不斷提高，電動物流車市場勢頭發(fā)展迅猛，在去年以及前年都是是純電動物流車實現(xiàn)飛速發(fā)展的幾年，在目前國內(nèi)的物流市場整體趨于成熟的情況下，實現(xiàn)最后一公里的這一交通工具不盡理想，不論是從能源與環(huán)境，交通安全還是運(yùn)輸?shù)男识?，但是純電動物流車有著續(xù)航里程短的缺點(diǎn)，但是可以滿足在同一座城市里面運(yùn)輸?shù)男枨?，并且很多輕型物流車在現(xiàn)有基礎(chǔ)上就可以進(jìn)行改造，以實現(xiàn)純電動的物流運(yùn)輸要求。 目前市場上的穿電動物流車正面臨著輕量化和更長的行駛里程的方面發(fā)展，而這其中驅(qū)動橋的研究是不可或缺的，驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式以及發(fā)揮的性能的不同會對汽車的整車質(zhì)量的輕量化以及汽車的動力性還有燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大或者巨大的影響，如果驅(qū)動橋的質(zhì)量過大，對汽車的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都不利，國內(nèi)驅(qū)動橋的制作大多運(yùn)用傳統(tǒng)工藝，難以對現(xiàn)有市場的要求做到滿足，驅(qū)動橋是電動汽車傳動系統(tǒng)的不可或缺的一部分重要結(jié)構(gòu)，所以要求驅(qū)動橋的設(shè)計中不僅要有足夠的強(qiáng)度和剛度，還有要有更小的質(zhì)量來滿足輕量化和更好的受力特性來滿足上述性能要求，為了滿足上述要求，本文在設(shè)計計算驅(qū)動橋的基礎(chǔ)上加以三維軟件建模并且進(jìn)行系統(tǒng)分析對純電動物流車驅(qū)動橋進(jìn)行設(shè)計。 電動汽車的驅(qū)動橋與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動橋有所差別，這些差別主要表現(xiàn)在如下幾個方面，本身由于電動機(jī)有很大的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩范圍，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)在轉(zhuǎn)速和扭矩方面表現(xiàn)的特性大不相同，因而電動汽車的驅(qū)動橋省略了離合器與變速器，取而代之的是通過驅(qū)動電機(jī)，連接二級主減速器，進(jìn)而來實現(xiàn)驅(qū)動車輪的要求。驅(qū)動橋在設(shè)計中盡量進(jìn)行輕量化設(shè)計，以滿足現(xiàn)在輕型物流車的行駛里程和裝載質(zhì)量的要求。 1.1 研究的目的和意義 1.1.1研究目的 隨著這幾年純電動物流車市場的快速發(fā)展，以及國家對于環(huán)保的要求，純電動物流車逐漸受到物流車市場的青睞，各大汽車企業(yè)也在爭相在這一領(lǐng)域有所突破或者搶占先機(jī)，但是國內(nèi)企業(yè)的在驅(qū)動橋的生產(chǎn)中卻還是使用的傳統(tǒng)工藝進(jìn)行技術(shù)生產(chǎn)，與國外的差距很大,材料和質(zhì)量更高，并不能滿足近年來輕型物流車輕量化的要求，并且傳統(tǒng)的輕型物流車驅(qū)動橋和純電動物流車的驅(qū)動橋有所區(qū)別，所以本文針對純電動物流車的驅(qū)動橋進(jìn)行設(shè)計，以滿足在驅(qū)動橋性能的強(qiáng)度剛度的要求下盡量減少驅(qū)動橋的質(zhì)量，用計算機(jī)上的三維軟件和分析軟件進(jìn)行計算和數(shù)據(jù)分析，可以極大的并且有效地減少設(shè)計生產(chǎn)周期，減少生產(chǎn)成本，并且提高驅(qū)動橋的可靠性。 1.1.2研究意義 在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)方面，國內(nèi)的研究還處于尚未成熟的程度，但是在國外，很多企業(yè)的技術(shù)已經(jīng)變得非常成熟，想在這相對較短時間內(nèi)趕超這些發(fā)達(dá)國家的技術(shù)是很難做到的，但在新能源應(yīng)用方面,各國都是同一戰(zhàn)線上面，我國在研發(fā)上面并不處于落后階段，在物流車方面，電動物流車市場近年來不斷得到人們的關(guān)注，是新能源汽車發(fā)展的一個重要組成部分，現(xiàn)階段物流專用車是我國專用車市場發(fā)展的有力支撐，產(chǎn)量占市場總量的一半以上，尤其是在電子商務(wù)興起之后，物流車市場上的數(shù)量越來越大，在《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，國家撥款來支持和培育發(fā)展能量消耗少的新能源汽車，以此來相對有效的在生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)展新能源和減少環(huán)境壓力，同時也是加快汽車發(fā)展新方向的升級，培育新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展點(diǎn)的重要方法，發(fā)展新型的純電動物流車，一方能夠減輕環(huán)境的壓力，減少污染的排放，而且可以為我國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀 對于純電動物流車市場的興盛，傳統(tǒng)的商用車企業(yè)也已近進(jìn)入這一領(lǐng)域，其中包括東風(fēng)汽車公司，重慶瑞馳以及北汽福田、陸地方舟、唐駿歐鈴、陜西通家、江西江鈴、北京汽車等企業(yè)。在2015年上半年，純電動物流車的總共產(chǎn)量達(dá)到了兩千多輛，有二十六個車企，他們生產(chǎn)超過五十多個車型。15年運(yùn)輸車的數(shù)量保持兩倍以上快速增長，廂式物流車已經(jīng)成為專用車主要車型，在15年這一整年的純電動專用車銷量總共達(dá)到接近五萬輛之多，其中的物流車占到了百分之九十五以上，并且如果從長遠(yuǎn)的角度來看的話，一方面是是城市物流車的需求量會越來越大，并且新生消費(fèi)會不斷的使得物流車的需求越來越多，而且電動物流車隱藏市場空間寬闊，而且在國家下發(fā)了各種補(bǔ)貼和支持政策，因此看來電動物流車仍然會持續(xù)增長。 在這些生產(chǎn)純電動物流車的廠家里面，東風(fēng)汽車公司生產(chǎn)的純電動物流車在物流車行業(yè)里面排名領(lǐng)先；北汽股份生產(chǎn)純電動共物流車生產(chǎn)數(shù)量處于第二；上汽大通也以他們的有力車型V80寬體輕客型物流車在純電動物流車市場排名第三。 在驅(qū)動橋的設(shè)計制造方面，國內(nèi)生產(chǎn)過程中大多還是采用傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，但近些年來由于計算機(jī)輔助技術(shù)的快速發(fā)展，各種設(shè)計研究都會和計算機(jī)輔助技術(shù)結(jié)合，對各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向和縱向的比較，因為不僅提高了生產(chǎn)效率，而且大量減少了生產(chǎn)時間，減少了實驗測試次數(shù)。 1.2.2 國外現(xiàn)狀 一、日本電動汽車 日本在電動汽車發(fā)展方面在幾個技術(shù)強(qiáng)勁的國家中處于領(lǐng)頭位置, 尤其是在混合動力汽車方面的技術(shù)以及生產(chǎn)制造方面, 日本更是在全世界處于絕對的帶頭地位。在混合動力這個市場上，由于日本目前的技術(shù)水平，我們所熟知的就有包括豐田和本田在內(nèi)的兩大汽車生產(chǎn)公司，并且其產(chǎn)品的銷量也較高。這種銷量高的原因如下幾點(diǎn)：汽車制造業(yè)技術(shù)先進(jìn)的發(fā)達(dá)給日本帶了了一系列的優(yōu)勢，因此在混動汽車這個市場里，他們的車型具有性能也相對優(yōu)秀、油耗較低、排量少等許多的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)統(tǒng)計可得，在二零一三年日本電動汽車的銷量占日本新車銷量的十幾個百分點(diǎn)。從市場銷量上來看，混動版車型也買的相對較好。 二、美國電動汽車 美國電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀：美國汽車公司在電動汽車行業(yè)的發(fā)展勢頭并不迅猛, 美國國內(nèi)包括福特通用等的大型的汽車公司在純電動汽車的生產(chǎn)和銷售方面產(chǎn)量并不多，這主要還是和他們的傳統(tǒng)汽車觀念不同，但是近幾年來猶如石油價格的一路上漲，國民也在追求低排放的要求，美國的電動汽車的發(fā)展以三個大汽車公司領(lǐng)頭帶動國內(nèi)電動汽車的發(fā)展，通過公司之間相對的發(fā)展合作來生產(chǎn)制造電動汽車的各種零件。幾年來通過技術(shù)發(fā)展，美國已經(jīng)在混動汽車方面已近有相對先進(jìn)的技術(shù)，并且產(chǎn)量也在逐年上升。美國電動汽車全部銷量在二零一四年已經(jīng)達(dá)到一個新的水平，并且今年來由于特斯拉這一新興純電動汽車的發(fā)展，純電動汽車在美國也得到了相對較強(qiáng)勁的發(fā)展，但是混動動力汽車在美國汽車市場仍然是的銷量較高的汽車。 三、歐洲電動汽車 在歐洲的電動汽車發(fā)展方面。歐洲一部分國家對電動汽車有著很大的興趣，例如“城市電動車”協(xié)會這種機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)。早在九五年，歐洲有電動汽車已經(jīng)實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)制造，在發(fā)展電動車較好的幾個國家里，其中法國和德國在發(fā)展的前端。在最近幾年中，電動汽車在歐洲發(fā)展快速，部分國家在發(fā)展純電動車方面投資大，發(fā)展迅速。特別是自由貿(mào)易聯(lián)盟的發(fā)展使得電動車銷量有較大的突破。 1.3本文研究的主要內(nèi)容 本文的設(shè)計主要內(nèi)容包括純電動物流車驅(qū)動橋，采用分階段設(shè)計，首先了解市場上已經(jīng)存在的純電動物流車，進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，確定本文的設(shè)計方案，然后進(jìn)行詳細(xì)的改進(jìn)措施，結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及應(yīng)力的校核，針對電動汽車特點(diǎn)，運(yùn)用三維設(shè)計軟件CATIA ，在其中建模來得到驅(qū)動橋各個零部件三維模型，并在CATIA里面進(jìn)行總裝得到驅(qū)動橋總成模型。使用軟件ANSYS來驗證設(shè)計是否滿足所給的要求，在滿足設(shè)計要求的前提下對驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)以及材料進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和重新設(shè)計，減少制造的質(zhì)量，減少設(shè)計過程中的缺點(diǎn)，因而提高驅(qū)動橋可靠性。 主要內(nèi)容包括以下幾部分： （1）驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)分析及選型； （2）減速器、差速器、殼體等零部件參數(shù)的計算選擇； （3）主要零件強(qiáng)度校核； （4）裝備圖和零件圖繪制及設(shè)計說明書編寫； 第2章驅(qū)動橋總成介紹及動力參數(shù)匹配 2.1純電動物流車驅(qū)動橋原理 純電動物流車的驅(qū)動橋和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)來驅(qū)動的驅(qū)動橋在結(jié)構(gòu)并不相同，純電動物流汽車的驅(qū)動橋相對于傳統(tǒng)汽車取消了傳統(tǒng)汽車的的發(fā)動機(jī)和變速器，結(jié)構(gòu)上由驅(qū)動電機(jī)經(jīng)過減速器差速器帶動驅(qū)動輪前進(jìn)或者倒退行駛，而驅(qū)動電機(jī)由驅(qū)動電源帶動，并且經(jīng)過電機(jī)的控制機(jī)構(gòu)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)汽車的不同速度行駛。 純電動汽車動力是依靠電池產(chǎn)生的電源帶動驅(qū)動電機(jī)，不僅使得排放污染完全為零，并且由于沒有了發(fā)動機(jī)變速器等結(jié)構(gòu)，使得驅(qū)動電機(jī)到車輪上的效率增高，提高了電池能源的理由效率，除此之外，由于純電動汽車相較于傳統(tǒng)的汽車沒有變速箱以及內(nèi)燃機(jī)等部件，其質(zhì)量也減輕了許多，使得整車的結(jié)構(gòu)更為簡潔，對于純電動物流車而言，使得整車有了更多的裝載質(zhì)量，提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性。 純電動物流車的驅(qū)動橋在動力傳動系統(tǒng)的最后端，其要實現(xiàn)的基本功能包括： 　?。?）把驅(qū)動電機(jī)傳遞來的轉(zhuǎn)矩通過二級減速結(jié)構(gòu)、差速器、半軸等部件傳到驅(qū)動車輪，因而實現(xiàn)降低車速并且增大轉(zhuǎn)矩； 　?。?）通過差速器的差速作用使得兩側(cè)車輪產(chǎn)生差速作用，保證內(nèi)、外側(cè)的車輪以不同的車速實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能； （3）驅(qū)動橋殼實現(xiàn)支撐車架和傳遞力和力矩的作用； 驅(qū)動橋在傳動系統(tǒng)的最后端，驅(qū)動電機(jī)經(jīng)過驅(qū)動橋的傳遞后的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩改變，并將其傳遞給驅(qū)動輪。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、傳動裝置以及驅(qū)動橋殼等組成。另外，驅(qū)動橋還要承受作用于路面和車架或車身之間的制動力矩和反作用力，垂直力，以及縱向力和橫向力。 2.2純電動物流車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)選型 2.2.1驅(qū)動電機(jī)的布置形式 目前市場上的純電動汽車的電機(jī)布置形式包括四種，分別是：機(jī)電集成化布置式、傳統(tǒng)前置后驅(qū)式、輪轂電機(jī)布置形式。傳統(tǒng)的前置后驅(qū)式僅僅是從傳統(tǒng)的原型車改裝而來，雖然改造過程簡單，同時也會導(dǎo)致很多問題，例如整車的質(zhì)量并未減少，經(jīng)濟(jì)性較差，并且將傳統(tǒng)汽車的行李箱犧牲來作為電池的放置點(diǎn)，并且不利于整車重心的分配；第二種是輪轂電機(jī)的布置形式，這種電機(jī)雖然在結(jié)構(gòu)相對簡單，質(zhì)量輕，傳動效率高，但是制和研究成本高，汽車的差速等功能的實現(xiàn)要靠電子差速器等結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)復(fù)雜；最后一種是機(jī)電集成化布置，這種布置形式是將電機(jī)，減速器，差速器驅(qū)動橋殼等元件集成在一起，這種結(jié)構(gòu)相較于前兩種來說，結(jié)構(gòu)相對簡單并且制造成本低，用在純電動物流車等后驅(qū)車型上來說有較好的的成本和動力性以及經(jīng)濟(jì)性。 本文涉及的對象是在城市內(nèi)運(yùn)行的純電動物流車，續(xù)航公里在150KM到300KM之間，既要考慮成本因素又要考慮裝載質(zhì)量，因此采用機(jī)電集成化布置式，即將電機(jī)布置在驅(qū)動橋上，并且在驅(qū)動電機(jī)和差速器之間加二級主減速器，在這種布置中包括兩種電機(jī)的布置形式，包括電機(jī)平行于橋殼布置和電機(jī)垂直于橋殼布置，電機(jī)垂直于橋殼布置所以至于在傳動軸連接的主動錐齒輪那里連接電動機(jī)即可，但是這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)就是會增加汽車的縱向長度和底盤高度，并且錐齒輪的造價性對于圓柱齒輪成本更高，而電機(jī)平行于驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式更加緊湊，并且由于采用了斜圓柱齒輪，制造成本降低，汽車質(zhì)心高度有所降低，有利于提高汽車的行駛平穩(wěn)性和操縱穩(wěn)定性，對于純電動物流運(yùn)輸車比較適用，因此本文的設(shè)計采用的是電機(jī)平行于驅(qū)動橋殼的布置形式。 2.2.2驅(qū)動橋殼的結(jié)構(gòu)形式 驅(qū)動橋殼的作用是支撐并保護(hù)主減速器，半軸等零件，使得左右驅(qū)動車輪的位置相對不變，并且支撐上面懸架以及車身的質(zhì)量，在汽車行駛的時候，傳遞車輪傳來的各種力和力矩。 在驅(qū)動橋殼的設(shè)計中，首先要保證驅(qū)動橋殼有足夠的剛度和強(qiáng)度，其次要求驅(qū)動橋的質(zhì)量不能過重，保證非簧載質(zhì)量要輕，使得汽車的行駛穩(wěn)定性更好。驅(qū)動橋殼從結(jié)構(gòu)上可以分為分段式橋殼和整體式橋殼。整體式橋殼具有較大的強(qiáng)度以及剛度，并且便于減速器裝配和維修，整體式橋殼由于制造方法的不同又分為整體制造、鋼板沖壓焊接，鋼管擴(kuò)張成型等多種形式；而分段式橋殼由兩段橋殼分別制造，然后由螺栓連接到一起，雖然分段式橋殼相對于整體式橋殼制造更加容易，加工相對簡單，但是維修不方便。 因此本文設(shè)計的驅(qū)動橋殼采用整體式驅(qū)動橋殼中的鋼板沖壓焊接式，橋殼剛度大，強(qiáng)度高，制造工藝簡單。成本低故適用于輕型物流車。 2.3純電動物流車驅(qū)動電機(jī)參數(shù)匹配 新能源汽車有三大核心零部件，其中之一是驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)是電動汽車行駛中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)。電機(jī)驅(qū)動的系統(tǒng)主要由電動機(jī)、控制器、功率轉(zhuǎn)換器、以及電源等部分構(gòu)成。與一般所使用的電機(jī)不同，用于汽車的驅(qū)動電機(jī)應(yīng)該具有的幾個特點(diǎn)如下： 1恒功率的范圍大，能夠保證汽車的變速性能 2啟動的扭矩夠強(qiáng)，調(diào)速范圍強(qiáng) 3轉(zhuǎn)換的效率高 4瞬間的功率大，過載本領(lǐng)強(qiáng) 5功率的密度大，重量小，體積小， 6環(huán)境適應(yīng)能力高，能夠適應(yīng)各種險惡環(huán)境 7能量反饋的效率高 根據(jù)驅(qū)動的原理不同，電動汽車的驅(qū)動電機(jī)大致分為以下四種：  1、直流電動機(jī)    直流電機(jī)具有調(diào)速范圍廣，控制方式容易的特點(diǎn)。但是這種電動機(jī)的缺點(diǎn)突出，瞬時過載能力和電機(jī)轉(zhuǎn)速不高；并且電機(jī)長時間工作的時候，機(jī)械傳動的磨損，使得維修和維護(hù)成本顯著增高。并且散熱困難，這些原因使得直流電動機(jī)限制了整車性能。因此，由于直流電動機(jī)的缺點(diǎn)太過突出，直流電機(jī)被排除在外。 圖2.1 直流電動機(jī)  2、交流異步電動機(jī)     交流異步電機(jī)的特點(diǎn)是定子和轉(zhuǎn)子之間并不相互接觸，因此結(jié)構(gòu)相對簡單，運(yùn)行可靠耐用，維修方便。交流異步電機(jī)在使用時相對于交流電機(jī)有更高的效率，質(zhì)量約輕了接近一半左右。由于有著效率高、比功率較大、等優(yōu)勢，并且能在較高的轉(zhuǎn)速下工作，因此交流異步機(jī)是電動汽車上在大功率這一塊使用頻率最高的電機(jī)。     但在交流異步電動機(jī)也有缺點(diǎn)，就是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時候電機(jī)發(fā)熱較為嚴(yán)重，要有較好的冷卻方法，并且異步電機(jī)的控制系統(tǒng)很麻煩，電機(jī)的成本也并不便宜，因此不是最優(yōu)化的選擇電機(jī)。 圖2.2 交流異步電動機(jī) 3、永磁式電動機(jī)     永磁式電動機(jī)可以分開為兩種類型，一種無刷直流電機(jī)；另一種是永磁同步電機(jī)。由于永磁式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子都是永磁體，勵磁產(chǎn)生的的損耗大大減少，并且在結(jié)構(gòu)上使得冷卻相對容易。此外，這種電機(jī)維修方便，能量利用效率較高，運(yùn)行相對安全可靠。 4、開關(guān)磁阻電機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，具有結(jié)構(gòu)簡單堅固、成本低、可靠性高、質(zhì)量輕、效率高、易于維修等諸多優(yōu)點(diǎn)。這種電機(jī)同時適用于惡劣環(huán)境。 在分析了以上四種電機(jī)的結(jié)構(gòu)以及性能要求，并且在研究分析國內(nèi)輕型物流車的基礎(chǔ)上，本文確定該純電動物流車需要滿足的各項性能參數(shù)以及要求的基礎(chǔ)上，因此該純電動物流車的整車的造型參數(shù)等于傳統(tǒng)車保持大致相同，根據(jù)整車的性能要求計算驅(qū)動電機(jī)的各項轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的參數(shù)。 經(jīng)過各種參數(shù)計算后，本文擬采用永磁無刷電機(jī)。 2.3.1純電動物流車基本參數(shù)和設(shè)計要求 本車型選用的目的是為了滿足城市物流運(yùn)輸車的要求，所以基本性能參數(shù)是以傳統(tǒng)車型為基礎(chǔ)，整個物流運(yùn)輸車的整車尺寸、重量以及造型等基本保持不變。在最大爬坡度以及加速性能方面稍作改變，最高車速稍微降低。需要滿足的指標(biāo)如下表所示： 表2.1 整車動力性設(shè)計指標(biāo) 技術(shù)參數(shù) 目標(biāo)性能 最高車速 Vmax ≥80 km/h 加速性能 t 0-50 km/h≤10 s 最大爬坡度 i ≥20 % 表2.2整車基本參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 設(shè)計總質(zhì)量m2/kg 2280 滾動阻力系數(shù)f 0.012 空氣阻力系數(shù)Cd 0.45 車輪滾動半徑r/m 0.280 減速器傳動比 6 迎風(fēng)面積A/m23.05 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)δ1.06 機(jī)械傳動效率η 0.9 2.3.2驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)計算 2.3.2.1驅(qū)動電機(jī)的額定功率以及峰值功率 驅(qū)動電機(jī)的功率主要取決于車輛的動力性能，驅(qū)動電機(jī)的不同對物車整車的動力性加速性能等方面有較大的影響，驅(qū)動電機(jī)的功率較大時，整車的動力性提高，這中包括加速性能加上爬坡性能，但是因此電池的能量效率將會降低，影響物流車的行駛里程。 在設(shè)計驅(qū)動電機(jī)的設(shè)計過程中包含許多參數(shù)，這其中包括最高車速、最大爬坡度、以及加速時間。計算公式如下： Pe=1?TGfcosαua3600+Gsinαua3600+CDAua376140+δmua3600dudt (2-1) Pe表示汽車行駛功率?T為傳遞效率，G為整車總重力，α為坡度角，ua為汽車行駛速度，CD為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，δ為汽車的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，m為整車整備質(zhì)量 1、按照最高速度來計算 設(shè)汽車在平坦路面上的最高速度為uamax。 Pemax1=1?TGfuamax3600+CDAuamax376140 (2-2) 2、按照最大爬坡度來計算 Pemax2=1?TGfcosαmaxua3600+Gsinαmaxua3600+CDAua376140 (2-3) 取ua=10km/h 3、按照加速時間來計算 u=umttmx (2-4) um輛加速完成時的速度，km/h；tm加速時間；x擬合系數(shù)，在這里取0.5。 設(shè)汽車在平坦路面上加速，在整個加速過程中加速過程的平均功率和電機(jī)提供的最大功率相同，汽車的加速過程，那么 Pemax3=1?TGfua3600+CDAua376140+δmua3600dudt Pemax3=Wtm=0tmpi+pj+pwdttm=1?TGfum1.5×3600+CDAum32.5×76140+δmum7.2×3600×tm (2-5) Pemax1為電動車在最高速度時的最大功率，Pemax2為電動車在按照最大爬坡度計算時的最大功率，Pemax3為按照加速時間來算的最大功率，pi為坡度阻力產(chǎn)生的功率，pj為加速阻力產(chǎn)生的功率，pw為空氣阻力產(chǎn)生的功率。 代入后得出： Pemax1=18kw，Pemax2=12.9kw,Pemax3=29.7kw 故取該車電機(jī)的峰值功率Pemax=32kw，取電機(jī)的額定功率P額=20kw 2.3.2.2電機(jī)轉(zhuǎn)速匹配計算 該車驅(qū)動橋設(shè)計時考慮到電動車的驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍大，故取消了變速器，采用二級主減速器，并且在設(shè)計時考慮到該車最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)車速應(yīng)該大于最高設(shè)計車速即為： nmax≥uamaxi0.377×r (2-6) nmax為驅(qū)動電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，i為整個傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動比，r為車輪半徑 計算可得nmax≥4547r/min，故取電機(jī)最高轉(zhuǎn)速4700 r/min 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的關(guān)系為： n額=nmaxβ (2-7) n額為驅(qū)動電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，β為驅(qū)動電機(jī)的恒功率區(qū)的系數(shù)，一般取2-4，此處取β=1.88，得n額=2500 r/min。 2.3.2.3電機(jī)扭矩的選擇 選擇驅(qū)動電機(jī)的扭矩，首先要保證驅(qū)動電機(jī)的最大扭矩要求，但是電機(jī)的峰值扭矩也不應(yīng)該過于大，若扭矩過大將對電機(jī)的設(shè)計計算時對軸的強(qiáng)度要求以及軸承殼體等要求會變大，從而增加不必要的成本，所以電動機(jī)的峰值扭矩應(yīng)該滿足電動汽車爬坡的性能要求之下盡量小，由以下公式可得： Ttqmaxi?Tr=Gfcosα+Gsinα (2-8) Ttqmax為驅(qū)動電機(jī)的最大扭矩，?T為傳遞效率，α為道路坡度角，r為車輪半徑，在這里取α=11.31°，可以求得Ttqmax=240.85N·m，故取峰值扭矩250 N·m 表2.3 電動機(jī)參數(shù) 名稱 數(shù)值 名稱 數(shù)值 峰值功率/kW 32 額定功率/kW 20 最大轉(zhuǎn)矩/（N·m） 250 額定轉(zhuǎn)矩/（N·m） 122 最高轉(zhuǎn)速/(r/min) 4700 額定轉(zhuǎn)速/(r/min) 2500 第3章驅(qū)動橋機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1斜圓柱齒輪轉(zhuǎn)動設(shè)計 選擇主減速器的設(shè)計計算的時候，考慮到本驅(qū)動橋是應(yīng)用在純電動物流車，其主要作用是在城市之中輕型物流運(yùn)輸作用，這類電動車時速要求不高，載重相對較輕，并且在驅(qū)動電機(jī)由較大轉(zhuǎn)速比的前提下，采用固定傳動比的減速器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如在結(jié)構(gòu)上簡單方便，制造成本相對低，并且沒有傳統(tǒng)變速器的變速機(jī)構(gòu)，因而傳動效率也有所提高，在本文純電動物流車驅(qū)動橋主減速器的設(shè)計中，采用固定傳動比的主減速器，采用二級圓柱齒輪傳動，二級主減速器的第二級輸出軸齒輪和差速器殼體相連，完成二級齒輪傳動，在二級傳動齒輪中的齒輪使用的是斜圓柱齒輪，有較好的嚙合性，傳動相對平穩(wěn)，噪聲較小，并且斜齒輪的重合度大，齒輪的載荷降低，并且齒輪不易產(chǎn)生跟切，并且斜圓柱齒輪相對于縱向布置的雙曲面齒輪，降低了制造成本。并且在錐齒輪的設(shè)計中，錐齒輪的軸向力相互抵消，減小軸向力。 圖3.1 二級齒輪傳動 3.1.1材料 常用的齒輪材料為各種鋼、鑄鐵等材料。齒輪用鋼有鍛鋼和鑄鋼兩種，鍛鋼在尺寸打的時候使用，在本文齒輪設(shè)計中采用鑄鋼。選擇齒輪的材料，確定許用應(yīng)力：大小齒輪均采用20CrMnTi鋼，并且對材料進(jìn)行滲碳淬火處理，硬度56~62HRC。并且查得該材料的疲勞極限應(yīng)力σFlim=430Mpa，接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim=1500Mpa。 3.1.2齒輪的設(shè)計計算 在設(shè)計齒輪時，按照輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計，公式如下： mn≥12.43KT1YFSψdz12σFP (3-1) mn為法向模數(shù),ψd為齒寬系數(shù)，z1為輸入軸齒輪齒數(shù)，T1為齒輪名義轉(zhuǎn)矩，σFP為許用彎曲應(yīng)力，YFS為復(fù)合齒形系數(shù)。 （1） 確定許用彎曲應(yīng)力σFP 取YST=2，SFmin=1.8。取齒輪的循環(huán)次數(shù) N=60nat=60×2500×300×16×8=3.6×109 (3-2) 取壽命系數(shù)YN=1，得 σFP1=σFlimYSTSFminYN=430×21.8=477.8Mpa (3-3) （2） 計算齒輪的名義轉(zhuǎn)矩T1 T1=9550P1n1=9550×202500=76.4N·m (3-4) （3） 選取載荷系數(shù)K 加工精度為7級，且為斜齒輪傳動，故選K=1.3 （4） 初步選定齒輪參數(shù) z1=20,z2=i1z1=20×2=40,ψd=0.5,β=15°，μ=2。 （5） 確定復(fù)合齒形系數(shù)YFS 由計算可知： zv1=z1cosβ3=29cos15°3=22 (3-5) zv1為當(dāng)量齒數(shù) 查圖可得YFS1=4.3。 帶入計算參數(shù)可得： mn=12.43KT1YFSψdz12σFP=12.431.3×76.4×4.30.5×202×477.8mm=2.04mm 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=2.5，計算中心距 a=mnz1+z22cosβ=2.5×20+402×cos15°mm=77.65mm (3-6) 取a=78，得 cosβ=mnz1+z22a=2.5×20+402×78=0.961538 (3-7) 式中，β為螺旋角，a為中心距，z1為輸入軸齒輪齒數(shù)，z2為中間軸齒輪齒數(shù)，得β=15.942°。 （6） 計算幾何尺寸 d1=mnz1cosβ=2.5×200.961538mm=52mm d2=mnz2cosβ=2.5×400.961538mm=104mm (3-8) b2=ψdd1=0.5×52mm=26mm (3-9) b1=b2+5~10mm=31~36mm (3-10) 式中，d1、d2分別為齒輪1、2的分度圓直徑，b1、b2分別為齒輪1、2的齒寬，在這里取b1=34mm。 3.1.3校核齒面接觸強(qiáng)度 σH=109ZEKT1bd12u+1u≤σHP (3-11) 式中：σH為齒面接觸應(yīng)力，Mpa，ZE為彈性系數(shù)，K為載荷系數(shù)，T1為名義轉(zhuǎn)矩，u為兩齒輪齒數(shù)比，σHP為許用接觸應(yīng)力，Mpa 取彈性系數(shù)ZE=189.8Mpa，得 σH=109×189.81.3×76.426×5222+12Mpa=952.35Mpa σHP=σHlimSHminZNZW=15001.4×1×1Mpa=1071Mpa (3-12) 由于σH≤σHP，故接觸疲勞強(qiáng)度足夠。 因此將計算所得的各個齒輪參數(shù)列在下表中： 表3.1 齒輪參數(shù) 齒輪名稱 模數(shù) 齒數(shù) 分度圓直徑 齒厚 螺旋角 Z1 2.5 20 52 34 15.942° Z2 2.5 40 104 26 15.942° Z3 3 20 62 38 14.593° Z4 3 60 186 31 14.593° 3.3.2軸的設(shè)計計算 軸按照形狀的不同包括直軸和曲軸，在本文的設(shè)計中，采用直軸來傳遞轉(zhuǎn)矩，在軸的設(shè)計計算中，首先要滿足軸的強(qiáng)度剛度，而且要求軸的壽命滿足要求，在設(shè)計計算過程中，按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在最后進(jìn)行軸強(qiáng)度的校核，使之滿足設(shè)計要求。 3.2.1材料 在選擇軸的材料時，不僅要滿足州的剛度以及強(qiáng)度的要求，還有加工工藝性以及價格等因素，軸的材料有碳素鋼合金鋼等，其中45號剛用的最多，并且價格低廉，所以本文設(shè)計中材料選用45鋼。 3.2.2軸徑計算 C為由軸的材料以及承載確定的一個常數(shù)，在這里取C=100，輸入軸功率經(jīng)過軸承P1=P×η1，η1為軸承效率取0.99,P2=P×η1×η2，η2為齒輪嚙合效率，取0.98，P3=P×η1×η2×η3，η3為軸承效率，取0.99。 輸入軸初步估算軸徑 d1min=C3P1n1=110332×0.992500mm=25mm d2min=C3P2n2=110332×2×0.99×0.982500mm=32.4mm d3min=C3P3n3=110332×2×3×0.99×0.99×0.982500mm=46.1mm (3-13) 由于中間軸采用鍵連接，故軸徑增大5% 取d1=26mm，d2=35mm，d3=47mm。 3.2.3軸的設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要滿足工藝性和強(qiáng)度剛度要求，設(shè)計見圖紙。 3.2.4軸強(qiáng)度驗算 受力圖如下圖3.2所示： 圖3.2 輸入軸齒輪受力圖 （1） 齒輪作用力的大小 輸入軸齒輪 轉(zhuǎn)矩T1 T1=9550×P2n1=9550×322500N?m=122.24N?m (3-14) 圓周力Ft1 Ft1=T1×2d1=122240×252N=4701.54N (3-15) 徑向力Fr1 Fr1=Ft1×tanαncosβ=4701.54×tan20°cos14.593N=1768.26N (3-16) 軸向力Fa1 Fa1=Ft1×tanβ=4701.54×tan14.593N=1224.05N (3-17) 軸承的支反力 水平面上的支反力 FA=BCAB×Ft1=75.5107×4701.54N=3317.44N FB=ACAB×Ft1=31.5107×4701.54N=1384.10N (3-18) 垂直面上的支反力 FA'=Fa1d12+Fr1×31.5107=1224.05522+1768.26×31.5107=818N FB'=-Fa1d12+Fr1×75.5107=-1224.05522+1768.26×75.5107=950.26N (3-19) 合成彎矩圖如下圖所示。 截面C處的彎矩包括水平面上的彎矩和垂直面上的彎矩。 （1）水平面上的彎矩 MC=31.5×FA×10-3m=31.5×3317.44×10-3N?m=104.5N?m (3-20) （2）垂直面上的彎矩 MC1'=31.5×FA'×10-3m=31.5×818×10-3N?m=25.767N?m MC2'=31.5FA'+Fa1d12×10-3=31.5×818+1224.05522×10-3N?m=57.59 (3-21) 計算合成彎矩 MC1=MC2+MC1'2=104.52+25.7672N?m=107.63N?m MC2=MC2+MC2'2=104.52+57.592N?m=119.32N?m (3-22) 畫彎矩圖如下圖所示。 取α=σ-1bσ0b≈1，截面處的當(dāng)量彎矩 MvC1'=MC12+αT12=162.87N?m MvC2'=MC22+αT12=170.82N?m (3-23) 受力簡圖如下： 圖3.3 齒輪受力簡圖 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 σc=McW=170.82×1030.1×453Mpa=18.75Mpa<σ-1b=60Mpa (3-24) 通過計算可得，校核通過。 3.3軸承計算 3.3.1齒輪傳動軸承選型 輸入軸軸承根據(jù)軸徑選擇軸承型號為6205，主要尺寸d=25，D=52，B=15中間軸采用6207軸承，主要尺寸為d=35，D=72，B=17。 3.3.2差速器軸承 差速器軸承：止推自動調(diào)心滾子軸承29412，主要尺寸為d=60，D=130，B=42。 3.4差速器的選型及分析 電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Mmax=250N,n=1222.4rmp，傳動效率η=0.96，安全系數(shù)n=1.5，減速機(jī)構(gòu)的傳動比i=6。 輸出轉(zhuǎn)矩T0=niMmaxη=1.5×6×250×0.96=2160 N?m 差速器的轉(zhuǎn)矩比S=1.1~1.4，這里取S=1.3。最大轉(zhuǎn)矩為Tb，最小轉(zhuǎn)矩為Ts。 S=TbTsTb+Ts=T0 (3-25) 解得Tb=1220.87N，Ts=939.13N。 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 （1） 行星齒輪數(shù) 由于是采用的輕型物流運(yùn)輸車故行星齒輪數(shù)采用2個。 （2） 行星齒輪節(jié)錐距A0和球面半徑Rb。 根據(jù)經(jīng)驗公式Rb=Kb3Td，Kb=2.5~3.0，此處取Kb=3.0 Rb=Kb3Td=3×32160=38.78mm (3-26) 取Rb=40，A0=0.98~0.99Rb，取A0=0.98×40=39.2mm （3）行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)的選擇 輕型物流運(yùn)輸車齒輪強(qiáng)度要求不高，可以選取行星齒輪齒數(shù)，半軸齒輪齒數(shù)初選為24，與的齒數(shù)比為1.5，兩個半軸齒數(shù)和為48，所以能夠保證裝配，滿足要求。 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角、分別為 (3-27) 當(dāng)量齒數(shù)： (3-28) 由上式中計算可得當(dāng)量齒數(shù)都大于17，因此 錐齒輪大端端面模數(shù)m為 取m=2.75 行星齒輪分度圓直徑，半軸齒輪分度圓直徑。壓力角采用推薦值，齒高系數(shù)為0.8。 （4）行星齒輪軸直徑d及支承長度L 行星齒輪安裝孔直徑與行星齒輪軸直徑相同，行星齒輪在軸上的長度是行星齒輪孔的長度。 行星齒輪軸直徑d為 (3-29) 行星齒輪在軸上的支承長度L為 差速器齒輪的幾何尺寸計算 查得修正系數(shù)齒側(cè)間隙 汽車差速器直齒輪錐齒輪的幾何尺寸計算步驟見下表： 表3.2 差速器錐齒輪參數(shù) 序號 項目 計算公式 結(jié)果 1 行星齒輪齒婁 ，應(yīng)盡量取小值 16 2 半軸齒輪齒數(shù) ，且滿足 24 3 模數(shù) m 2.75 4 齒面寬度 ； 10mm 5 齒工作高 4.400mm 6 齒全高 4.968mm 7 壓力角 一般汽車：；有些重型車： 8 軸交角 90° 9 節(jié)圓直徑 ； ； 10 節(jié)錐角 ； ； 11 節(jié)錐距 12 周節(jié) 13 齒頂高 ， ， 14 齒根高 ； ； 15 徑向間隙 c=0.568mm 16 齒根角 ； ； 17 面錐角 ； ； 18 根錐角 ； ； 19 外圓直徑 ； 20 節(jié)錐頂點(diǎn)至齒輪外緣距離 ； 21 理論弧齒厚 ； 22 齒側(cè)間隙 B B=0.127 23 弦齒厚 ; ; 24 弦齒高 ; ; 差速器齒輪強(qiáng)度計算 根據(jù)輪齒彎曲應(yīng)力公式， (3-30) ，J取0.250，半軸齒輪齒面寬取。半軸大端分度圓直徑，計算得到，質(zhì)量系數(shù)，在這里模數(shù)，大于，因此尺寸系數(shù)，半軸齒輪計算轉(zhuǎn)矩，齒面載荷分配系數(shù)。 ， (3-31) 則滿足設(shè)計要求。 3.5半軸的設(shè)計計算 3.5.1概述 半軸的意義是將差速器傳來的轉(zhuǎn)矩傳遞給左右驅(qū)動輪。半軸有許多種支撐形式，不同的支撐形式?jīng)Q定了半軸的形式，半軸的支撐形式包括半浮式，3/4浮式和全浮式，因為本設(shè)計為輕型物流運(yùn)輸車，所以采用全浮式結(jié)構(gòu)。半軸的結(jié)構(gòu)比較簡單，材料上選取高強(qiáng)度的42CrMo。 3.5.2半軸受力分析 全浮式半軸只承受轉(zhuǎn)矩，其計算可按求得，其中，的計算。按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計算，即 (3-32) 式中：為差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，取0.6；汽車傳動效率，計算時可取0.9；為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為250N·m；為傳動系最低擋傳動比，在這里i=6；輪胎的滾動半徑，0.280m。 根據(jù)上式2892.86N，所以=810N·m 圖3.4 全浮式半軸支承 3.5.3全浮半軸桿部直徑的初選 在設(shè)計時，半軸桿部直徑的選擇可以首先按照下式進(jìn)行： (3-33) 式中：d為半軸桿部直徑取d=24mm；T為半軸的計算轉(zhuǎn)矩，810；為半軸轉(zhuǎn)矩許用應(yīng)力，MPa。半軸材料取45鋼，=490~588MPa。 3.5.4全浮半軸強(qiáng)度計算 半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可由下式計算： (3-34) 式中：為半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa；T為半軸的計算轉(zhuǎn)矩810；d為半軸桿部直徑24mm；為半軸的扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力，取=490~588MPa。 ==298.57MPa < 強(qiáng)度滿足要求。 半軸的最大扭轉(zhuǎn)角為 (3-35) 式中：T為半軸所受最大轉(zhuǎn)矩，810；為半軸的長度700mm；G為材料的剪切彈性模量8.4×10N/mm；J為半軸橫截面的極慣性矩，=32555.52mm。 計算后可得半軸的的最大扭轉(zhuǎn)角=11.89°，扭轉(zhuǎn)角應(yīng)該選取為6°~15°滿足條件。 3.5.5全浮式半軸花鍵強(qiáng)度計算 本次設(shè)計的全浮式半軸中，使用的是漸開線花鍵。在設(shè)計時取漸開線花鍵的齒數(shù)為10齒到18齒。 根據(jù)桿部直徑為24mm，選擇的漸開線的花鍵具體參數(shù)為：花鍵齒數(shù)在這里取12，分度圓的壓力角是30°，模數(shù)為3，分度圓直徑取26mm。 半軸花鍵的剪切應(yīng)力為：9 （3-36） 半軸花鍵的擠壓應(yīng)力為： (3-37) 式中：是半軸所受最大轉(zhuǎn)矩，取810；花鍵孔內(nèi)徑，22mm；是半軸花鍵外徑，26mm；是花鍵的工作長度80mm；為花鍵齒數(shù)，取12；是花鍵齒寬，mm，=4.65mm；是載荷分布不均勻系數(shù)，取0.75。 根據(jù)據(jù)上式計算： ==14.08MPa ==121.09MPa 當(dāng)傳遞最大轉(zhuǎn)矩時，半軸花鍵的剪切應(yīng)力小于等于70Mpa，相應(yīng)的擠壓應(yīng)力小于等于196Mpa，所以根據(jù)計算數(shù)據(jù)分析可得半軸的花鍵校核成功。 3.6驅(qū)動橋殼設(shè)計計算 3.6.1三種工況分析 圖3.5 驅(qū)動橋受力簡圖 3.6.2各種工況計算 3.6.2.1橋殼承受最大垂向力工況計算 當(dāng)汽車在不平路面上行駛時承受沖擊載荷，在這里通常取2.5倍載荷加在兩個鋼板彈簧座上，這時可得最大垂向力為： ZL=2.5G×ba+b ZR=2.5G×aa+b (3-38) G為后驅(qū)動橋殼滿載軸荷，取G=1340×9.8N=13132N；ZL，ZR是在左右鋼板彈簧座上的載荷；a，b為左右邊鋼板彈簧座到橋殼中央點(diǎn)的距離，a=b=0.528m。 將數(shù)據(jù)帶入上式得ZL=ZR=16415N。 3.6.2.2橋殼所承受的最大牽引力工況 此時工況為汽車以最大牽引力且為滿載時在直線路面上行駛時的工況。此時左右車輪不僅有有垂向反力作用在驅(qū)動橋上面，而且還有作用有地面作用于驅(qū)動車輪的最大切向反作用力，此時可得最大牽引力為： Pmax=Temax?i?ηr=250×6×0.960.280=5142.86N (3-39) 將各參數(shù)值代可得Pmax=5142.86N。 3.6.2.3橋殼承受最大制動力工況計算 這種工況為汽車緊急制動并且是滿載條件下的工況。汽車在緊急制動時，左右驅(qū)動車輪有垂直反力作用在上面，除此之外還有作用在地面對驅(qū)動車輪的制動力，最大制動力為的計算可由下式： F=G?m'??/2 (3-40) 在上式中:G為汽車滿載止時驅(qū)動橋給地面的載荷，G=13132N；?為車輪與路面的附著系數(shù)，取?=0.85m'；m'為汽車制動時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，取m'=0.95。代入數(shù)據(jù)可得F=5302.04N。 該工況下所受的垂向力為7222.6N 3.6.2.4橋殼承受最大側(cè)向力工況計算 該工況是汽車側(cè)滑時的極限工況，驅(qū)動橋的全部載荷由一側(cè)車輪全部承受，此時可得驅(qū)動橋的側(cè)向力為： P=G?Φ1 (3-41) Φ1為輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)取1，得P=13132N 3.6.2.5橋殼極限工況的強(qiáng)度分析 在對上面的幾種工況的分析中可得出汽車在最大牽引力這種工況下行駛時驅(qū)動橋殼受力最大，所以這種工況是在所要計算時的極限工況，應(yīng)以在對驅(qū)動橋殼進(jìn)行強(qiáng)度分析的時候進(jìn)行計算。驅(qū)動橋殼在左右彈簧座間垂向彎矩為： Mv=G2-gwB-s2N?m (3-42) 式中：G為汽車滿載靜止在水平路面上時驅(qū)動橋給地面的載荷，G=13132N；B為車輪輪距，B=1320mm；gw為車輪的重力，gw=780N；s為驅(qū)動橋殼彈簧中心的距離，s=1056mm；計算可得Mv=763.752N 在左右彈簧座間，計算可得驅(qū)動橋殼的水平彎矩： Mh=Pmax2B-s2