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（定稿）电动车轮边驱动系统设计（全套下载）

速器相联接的悬架及转向系统的优化分析需要更完善，例如转向系统的优化分析补充对轮边减速器桥壳的优化分析，进行满足强度及结构要求下的轻量化补充行星齿轮传动部分及轮边减速器整体动力学分析，研究振动噪声问题。参考文献陈清泉，孙立清．电动汽车的现状和发展趋势．科技导报．张银保.汽车轮边减速器.湖北工业大学学报，年月刘维信．汽车设计第版．北京清华大学出版社。饶振纲．行星传动机构设计第二版．北京国防工业出版社，汪振晓，李增辉.轮边差速器总成的设计.汽车科技成大龙．机械设计手册第三版，第二卷．北京化学工业出版社，程乃士.减速器和变速器设计与选用手册．北京机械工业出版社，余志生．汽车理论．北京机械!。但是方案传动比式.是方案式.传动比的倍，增加传动比对于轮毂电动机的性能特性有利。因为在选取轮毂电动机时，在定范围内尽量选取额定转速高的有利。电机的额定功率给定后，若额定转速高些，体积就会小些，耗材铜线和磁体也会少些，而效率还可以更高些。由于电动汽车的设计行使速度较低，较大的减速比更适合高转速的电动机。同时也能降低电动机的转矩变化宽度，从而降低对轮毂电动机的性能要求。以上仅是从传动比比较，作者在设计初期以结构为轮边减速器的减速方案，对轮边减速器进行了尝试行设计，即采用中心轮输入行星架固定内齿圈输出的行星齿轮传动形式。将电动机的外壳与行星架固定在起，电动机输出轴通过花键与中心轮传动轴相联接，内齿圈制动盘通过螺栓与轮毂上的隔板相固结，其截面如图.轮辋外侧装配弧形板，对轮辋内部的减速器零部件其保护作用。图.轮边减速器结构方案这种结构方案具有如下优点具有合适的传动比。作者按照电动汽车的基本参数及要求，所设计的这套结构具有的传动比，对于微型电动汽车较为合适。节省传动空间。结构简单，充分利用了车轮的内部空间，这对于电动机以及悬架的布置空间有利。重量降低。由于省去了行星减速器桥壳，减少了零部件个数减轻了重量，对于减小非簧载质量有利。同时，本设计方案中也存在些不足之处轮辋需要定制。由于轮边减速器与轮辋的特殊联接形式，因此需要按照此设计方案定制轮辋。而在汽车设计中，轮辋常作为标准件选用，尤其是对单件设计而言。对轮毂的支撑刚度和强度要求较高。由于传动方式的限制，为了能为行星齿轮传动部分提供安装空间，因此只能将轮辋的宽度增加。同时，固定不动的转臂是通过轴承与轮辐相联接的，从而对轮辋及轮辐的支撑刚度和强度要求较高。轮侧弧形板安装困难。为了密封行星齿轮传动装置，因此只能在车轮外侧添加辐板，这在安装上也会产生较复杂的结构。而结构在满足减速要求的同时，其支承情况也较方案合理，轮辐固连桥壳通过轴承支撑在行星减速器的桥壳上，将卡钳和悬架的支点设计在行星减速器的桥壳上，这有利于简化结构。通过以上的对比，得出的结论是结构图.更适合于本文的结构设计。即以行星齿轮传动作为微型电动汽车轮边减速器的减速连主体，且行星传动系采用图.所示的中心轮为主动件行星轮为从动件齿圈固定的形式。这种结构方案具有如下优点具有合适的传动比。行星齿轮传动需要优质材料结构复杂制造和安装也较困难。但是随着人们对行星齿轮传动技术进步深入地了解和掌握，以及对国外行星齿轮传动技术的引进和消化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高。因此，对于它的制造安装问题，目前已不再视为件困难的事情。实践表明，在具有中等技术水平的工厂也是完全可以制造出比较好的行星齿轮机构的。从以上论述可以看出，无论是从传动型式上，还是从制造加工的可操作性上，行星齿轮作为此减速驱动型电动轮的减速器都是可行的。因此轮边减速器采用行星齿轮传动结构。行星齿轮传动的类型很多，分类方法也不少。国内主要采用的是前苏联.•库的略夫采夫提出的按照行星齿轮传动机构的基本构件分类的方式。把行星齿轮传动的基本代号设为中心轮，转臂，输出轴。行星齿轮的分类有和三种基本形式，而其他结构型式的行星齿轮传动大都是以上三种结构的演化型式或组合形式。同时，型行星齿轮结构具有制造简单安装方便外形尺寸小，重量轻传动效率高等特点，虽然及型也有传动比大效率高等特点，但考虑到外形尺寸重量以及制造的难易程度等因素，在此设计中选择型行星齿轮结构作为轮边减速器的传动形式。再综合考虑型传动中不同传递方案的优缺点，在此设计中采用即型负号机构，因为型行星齿轮传动除具有切型行星齿轮传动的特点，并且传动比不受限制不受工作制度和使用功率的限制。所谓负号机构，即指当转臂固定时，行星齿轮的中心轮与外齿圈的转向相反，或者表示为转臂固定时的传动比。在微型电动汽车上，由于结构紧凑，因此空间对于轮边减速器的设计是个限制因素，也因此在此设计中选择单排圆柱行星齿轮减速器是较理想的型式。单排圆柱行星齿轮减速器有如图.的三种结构方案。该分类方式主要是依据行星齿轮机构中何为主动件何为从动件和以及何为固定件。.中心轮.齿圈.转臂.行星轮.半轴.桥壳.驱动车轮图.单排圆柱行星齿轮式轮边减速器的机构方案简图各种单排圆柱行星齿轮传动，都能够起到减速效果。但是为了体现减速型电动轮的优势，降低对驱动电机的要求并充分利用电机的性能，所以其减速比不能太低，总合考虑轮毂驱动电机的转速体积质量与电动汽车行使速度的关系，如将减速比选定在左右，则是比较合理的，在满足汽车行驶要求的同时也能选择到合适的驱动电动机。现在从减速比入手，分析各种单排圆柱齿轮传动是否满足减速比要求。所谓行星齿轮机构的传动比，和普通齿轮机构样，是指该轮系中输入构件的角速度或转速与输出机构角速度或者转速之比。确定行星齿轮机构的传动比时，既要确定其传动比的大小，又要确定输入构件和输出构件之间的转向关系，即两构件的回转方向是相同还是相反。统弹性元件和阻尼元件进行优化设计，电动机输出转矩和功率也受到车轮尺寸的限制，系统成本高。因此电动机成本较高，噪声也很大。下面列举了采用外转子电动机直接驱动的些最新实例加拿大研制的电动汽车日本开发的电动汽车都采用了此类型的电动轮哈尔滨工业大学研制了外转子电动机直接驱动电动轮同济大学汽车学院在年相继推出了独立研制的“春晖”系列微型电动车．该系列车均采用个低速永磁无刷轮毅电机直接驱动，匹配相应的盘式制动器，如图.所示。直接驱动型减速驱动型图.电动轮系统结构示意图图.“春晖二号”轮边驱动系统内转子驱动型电动轮，如图.所示的传动路线。它起源于矿用车的传统电动轮，其运用环境允许电动机的高速运行．为了能够获得较高的比功率，通常电动机的最高转速设计在之间，其目的是为了能够获得较高的比功率，而对电动机的其他性能没有特殊要求，因此可采用普通的内转子高速电动机。其优点主要表现在转速高有较高的比功率质量轻效率高噪声小成本低不利因素主要在于因为电动机转速高，必须设计专门的减速机构来降低转速以获得较大的转矩，并且要在设计中克服减速弹簧的润滑以及产生的噪声振动等问题。总的来说，减速型驱动电动轮比直接驱动型电动轮具有更多的优点。如前所述，作者所在的课题组曾经将直接驱动型电动轮多次应用于“春晖”系列电动汽车，即四个独立的低速外转子型直接驱动电动轮模块，从在使用中所反馈的信息分析，这种驱动模式的确存在加速性能不好电机成本高噪声大振动严重等缺陷。为了改善这些不足，并结合减速型驱动电动轮的相对优势，尤其是在同等行驶工况下降低对驱动电动机的性能要求，故在新的实验方案中采用减速型电动轮。通过查询相关文献，电动轮的电动机减速装置和车轮之间的结构布置关系大致有如下这两种方法，其结构如图.所示电动轮与固定速比减速器制成体，而减速器的输出轴经过传动轴驱动车轮，如图.所示，这种结构可以借助万向节将传动轴倾斜布置，可以将电动机安装在车架上，使电动机和减速装置的质量全部或者部分成为簧载质量，达到减小非簧载质量的目的，利用改善车辆的操纵性和平顺性。电动机与固定速比减速装置同轴制成体，并在其中安装制动器车轮轴承等零部件，轮胎直接安装在减速装置的输出端上，如图.所示，电动轮质量全部是非簧载质量。这种结构可以提供较大的减速比，因此对电动机的转矩特性要求比较低，同时从电动机到车轮的动力损失较小，且增加了车厢的有用空间。目前这种结构应用最为广泛。图.电动轮结构示意图电动机减速装置综合分析这两种结构的优缺点，尤其是在对空间的利用优势上，本文研究采用上述的第二种结构，同时，这样的布置方式对于制动装置承载装置的安装也更为有利。.轮边减速器的传动方案在探寻轮边减速器结构方案之前，首先分析对使用于微型电动汽车电动轮模块的轮边减速器的要求。鉴于微型电动轿车在动力性能上的要求以及整车布置情况，可以大致对此轮边减速器提出如下的设计要求从技术先进性生产合理性和实用要求出发，正确地选择性能指标如传动比传动效率等重量和主要尺寸，提出整体设计方案，并在整体方案下对各零部件设计提供参数和设计要求要求所设计的轮边减速器结构紧凑重量轻安全可靠性高造型美观维修方便运动协调等零部件布置合理，方便制动器悬架转向拉杆横向稳定杆等与减速器相匹配零部件的设计与安装具有较强的抗冲击和抗振动的能力，运动较平稳该电动机选用的是种“多态电动机”的永磁电动机，兼有同步电动机和异步电动机的双重特性，集成盘式制动嚣，采用风净敖热系统。同济大学汽车学院试制的四轮驱动电动汽车“春晖号”“春晖二号和“春晖三号均采用四个直流无刷轮毂电动机，外置式盘式制动器。比亚迪于年在北京车展上展出的概念车也采用了个轮边电机独立驱动的模式。中国科学院北京三环通用电气公司研制的电动轿车用直流无刷轮毂电机，又称电动车轮。单个电动车轮功率为.，电压，双后轮直接驱动。国内，哈尔滨工业大学爱英斯电动汽车研究所研制开发的型电动汽车驱动电动轮也属于外转予型电动机。该电动机选用的是种“多态电动机”的永磁电动机，兼有同步电动机和异步电动机的双重特性，集成盘式制动嚣，采用风净敖热系统。同济大学汽车学院试制的四轮驱动电动汽车“春晖号”“春晖二号和“春晖三号均采用四个直流无刷轮毂电动机，外置式盘式制动器。比亚迪于年在北京车展上展出的概念车也采用了个轮边电机独立驱动的模式。中国科学院北京三环通用电气公司研制的电动轿车用直流无刷轮毂电机，又称电动车轮。单个电动车轮功率为.，电压，双后轮直接驱动。图.电动汽车图.电动汽车图.电动汽车图.电动轮系统本文研究所应用的减速驱动型电动轮，需要合适的减速器作为电动轮的减速装置。原则上既可以选择可变速比齿轮减速器，也可以选择固定速比齿轮减速器。虽然可变速比齿轮减速器传动具有以下优点应用常规驱动电动机系统可以在低档位得到较高的启动转矩，在高档位得到较高的行驶速度，但是缺点就是体积大质量大成本高可靠性低结构复杂。实际上，现在所有电动车都采用了固定速比齿轮变速器作为减速装置。并把安装在电动轮轮毂内的定减速比减速器称为轮边减速器。带轮边减速器电动轮电驱动系统能适应现代高性能电动汽车的运行要求。轮边减速器将动力从原动机此研究中即为轮毂驱动电机直接传递给车轮，其主要功能是降低转速增加转矩，从而使原动机的输出动力能够满足电动轿车的行车动力需求。按照齿轮及其布置型式，轮边减速器有行星齿轮式及普通圆柱齿轮式两种结构。这两种结构形式在工程中都已有成功应用，例如在奥地利微型越野汽车“的断开式后驱动桥中就采用了普通圆柱齿轮式轮边减速器在些双层公交汽车的驱动桥中，为了降低车厢与地板的高度，有时也采用普通圆柱齿轮式轮边减速器作为汽车的第二级减速装置日本开发的轻型轮式电机电动汽车，采用的是内转子高速无刷直流电动机