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（完稿）电动车轮边驱动系统设计（CAD全套）

研究中，将紧密结合整车性能的要求，并考虑与轮边减速器相匹配的制动系统悬架轮毂电机等装置的布局与设计问题，借鉴不同型式的轮边减速器结构上的优点及参数选择的合理性，对微型电动汽车的轮边减速器进行设计与研究。第章对适合轮边减速器的传动形式作归类比较各自优缺点，找出适合本课题背景的传动形式。第章对关键零部件进行了研究和设计。第章行星齿轮传动的齿轮结构设计。第章轮边减速器设计.电动轮的类型及选择在世纪年代，美国科学家罗伯特发明了电动汽车轮毂。其设计是将电动机减速器传动系统和制动系统融为体。年，通用电气公司将这种电动轮毂装置运用到大型矿用自卸车上，并取名为“电动轮”，这是第次在汽车上采用电动轮结构。近年来，随着电动汽车的兴起．轮毂电机驱动又得到重视。轮毂电机驱动系统的布置非常灵活．直接将电动机安装在车轮轮毅中，省略了传统的离合器变速箱主减速器及差速器等部件，因而简化整车结构提高了传动效率同时能借助现代计算机控制技术直接控制各电动轮实现电子差速．无论从体积质量，还是从功率载重能力看，电动轮相较于传统汽车动力传动系统．其结构更加简单紧凑，占用空间更小，更容易实现全轮驱动。这些突出优点，使电动轮驱动成为电动汽车发展的个独特方向。而轮边减速器，作为轮边驱动的个选择装置，在传统动力汽车上已获得了较多的应用。些矿山水利等大型工程所用的重型车大型公交车等，常要求具有高的动力性，而车速则可相对较低，因此其低档传动比就会很大，为了避免变速器分动器传动轴等总成因需承受过大的转矩而使尺寸及质量过大，则应将传动系的传动比尽可能多地分配给驱动桥，这就导致了这些重型车辆驱动桥的主减速比很大。当其值大于时，则需要采用单级或双级主减速器附加轮边减速器的结构型式，不仅使驱动桥中间部分主减速器的轮廓尺寸减小，加大了离地问隙，并可得到大的驱动桥减速比，而且半轴差速器及主减速器从动齿轮等零件的尺寸也可减小。对于新兴的电动汽车，由于电动轮的应用，轮边减速器也得到越来越多的应用。前文曾提到过的罗伯特发明的电动轮，就应用了减速装置，其实质也属于轮边减速器日本应庆大学开发研制的八轮轮边驱动电动汽车，设计者为其电动轮系统配置了个传动比为.的行星齿轮减速器。按照驱动方式分类，电动轮可分为直接驱动和减速驱动两大类，两类电动轮结构示意图如图.所示。直接驱动型电动轮，如图.所示的传动结构。此类电动轮多采用外转子电动机，直接将电动机外转子安装在轮辋上驱动车轮转动。这种结构中电动轮质量完全成了非簧载质量，且不需要减速装置，结构相应地也较简单，轴向尺寸小，效率较高，但是由于要求电动汽车具有较好的动力性，所以此类电动机要具备较大的转矩供汽车在起步阶段需要，以及较宽的转速和转矩的调节范围，同时由于电动机工作产生定的冲击和振动，还要求车轮轮辋和车轮支承必须坚固可靠，要求对悬架系机械传动零部件的要求，适合传递大传矩。采用电动轮技术，在同样功率需求的情况下，可以将单个电动机的功率分配给多个电动机，相应地，对电机和机械传动零部件的要求都可以降低，便于设计与生产。在己研制成功的“春晖系列电动车上，前后轮均采用了由双横臂独立悬架和外转子轮毂电机等构成的具有相同结构的悬架电动轮模块，它集成了导向承载驱动测速和制动等多项功能。这样减少了整车关键零部件种类，也有利于降低零部件制造成本。但是由于外转子轮毂电机在使用中具有其局限性，比如汽车在起步阶段需要轮毂电机提供要具备较大的转矩，以及较宽的转速和转矩的调节范围，这样就会增加电动机的轮廓尺寸，也会使簧下质量偏大，降低了车辆行驶平顺性。为了改善类似缺陷，有必要寻求更好的电动轮驱动型式，来改善直接驱动型电动轮所固有的缺点。设想，采用减速型电动轮驱动，增加轮边减速装置，则可以最大限度地改善上述缺陷，并可以降低对电机性能的苛求。经论证，这是个极有研究意义的课题。带着这样的问题，本文将设计与减速型电动轮轮边减速装置，解决外转子轮毂电机的驱动缺陷，并对轮边减速器的结构轻量化等内容进行分析研究。.国内外研究现状随着电动汽车技术得到了不断的发展，作为电动汽车关键技术之的电力驱动系统包括电气系统变速装置和车轮出现了许多新的技术方案，其中，轮毂式电力驱动是种极有发展前景的驱动形式。它直接将电动机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器变速器主减速器及差速器等部件，大大简化了整车结构提高了传动效率。通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制，可以改善车辆驱动性能和行驶性能，且有利于整车的布置等优点。将这样的结构称为电动轮。本文研究的问题就是以电动轮驱动技术作为背景的。在电动轮研究与应用方面，目前国外电动轮的研究应用主要以日本美国为主，如日本庆应大学环境信息学部清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过去的十几年中，直以轮毂电机驱动的电动汽车作为理想的研发目标，至今已试制了五种不同形式的样车。其中，年与东京电力公司共同开发的四座电动汽车，采用电池为动力源，以四个额定功率为.，峰值功率达到的外转子永磁轮毂电机驱动，最高时速可达年，该小组又最新推出了以锂电池为动力源，采用个大功率交流同步轮毂电机独立驱动的电动大轿车，该车充分利用电动轮驱动系统布置灵活的特点，打破传统在轿车上安装了个车轮，大大增加了动力，从而使该车的最高时速可以达到惊人的。的电动轮系统中采用了高转速高性能的内转子电动机，其峰值功率可达，大大提高了的极限加速能力，使其加速时间达到秒，如图.所示。另外，庆应大学电动汽车研究团队与家同本民营企业联合开发了时速达到的电动汽车，该车以充电锂电池为能源，并对个车轮配有个独立的驱动电机，如图.所示。日本丰田汽车公司开发的电动车，四轮独立驱动控制搭配内置于四轮内的电动马达，四轮轮边驱动技术使该车具有报高的机动性及动力。美国通用公司年试制的全新线控四轮驱动燃料电池概念车也是采用电动轮驱动形式的见图.。加拿大公司所设计的电动轮结构形式清晰，采用外转予永磁电动机。将电动机转子外壳直接与轮毂相连，将电动机外壳作为车轮的组成部分，并且电动机转子外壳集成为鼓式制动器的制动鼓，制动蹄片直接作用在电动机外壳上，省去制动鼓的结构，减轻了电动轮系统的质量．集成化设计程度相当高,电动轮结构如图.所示。公司研制的这个电动轮系统的永磁无刷直流电动机性能非常高，其峰值功率可咀达到，峰值扭矩为．最高转速为，额定功率为额定转速为，额定工况下的平均效率可以达到.。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。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．行星齿轮鼓式制动器的驱动系统，也应用了轮边减速器“太脱拉”重型汽车的贯通式中桥法国索玛型自卸汽车斯太尔汽车后驱动桥等都采用了行星齿轮式轮边减速器在电动汽车领域，在轮边减速器的应用上，主要以日本应庆大学开发研制的八轮轮边驱动电动汽车最为成功，为了使得电动机输出转速符合实际转速要求，的电动轮系统配置了个传动比为.的行星齿轮减速器，图.为的前后电动轮系统的结构图，从图中可以看见行星减速器为传动主题的轮边减速装置。前轮后轮图.电动轮系统结构图.本文的研究思路与内容在对电动汽车轮边减速器的设计与研究中，将紧密结合整车性能的要求，并考虑与轮边减速器相匹配的制动系统悬架轮毂电机等装置的布局与设计问题，借鉴不同型式的轮边减速器结构上的优点及参数选择的合理性，对微型电动汽车的轮边减速器进行设计与研究。第章对适合轮边减速器的传动形式作归类比较各自优缺点，找出适合本课题背景的传动形式。第章对关键零部件进行了研究和设计。第章行星齿轮传动的齿轮结构设计。第章轮边减速器设计.电动轮的类型及选择在世纪年代，美国科学家罗伯特发明了电动汽车轮毂。其设计是将电动机减速器传动系统和制动系统融为体。年，通用电气公司将这种电动轮毂装置运用到大型矿用自卸车上，并取名为“电动轮”，这是第次在汽车上采用电动轮结构。近年来，随着电动汽车的兴起．轮毂电机驱动又得到重视。轮毂电机驱动系统的布置非常灵活．直接将电动机安装在车轮轮毅中，省略了传统的离合器变速箱主减速器及差速器等部件，因而简化整车结构提高了传动效率同时能借助现代计算机控制技术直接控制各电动轮实现电子差速．无论从体积质量，还是从功率载重能力看，电动轮相较于传统汽车动力传动系统．其结构更加简单紧凑，占用空间更小，更容易实现全轮驱动。这些突出优点，使电动轮驱动成为电动汽车发展的个独特方向。而轮边减速器，作为轮边驱动的个选择装置，在传统动力汽车上已获得了较多的应用。些矿山水利等大型工程所用的重型车大型公交车等，常要求具有高的动力性，而车速则可相对较低，因此其低档传动比就会很大，为了避免变速器分动器传动轴等总成因需承受过大的转矩而使尺寸及质量过大，则应将传动系的传动比尽可能多地分配给驱动桥，这就导致了这些重型车辆驱动桥的主减速比很大。当其值大于时，则需要采用单级或双级主减速器附加轮边减速器的结构型式，不仅使驱动桥中间部分主减速器的轮廓尺寸减小，加大了离地问隙，并可得到大的驱动桥减速比，而且半轴差速器及主减速器从动齿轮等零件的尺寸也可减小。对于新兴的电动汽车，由于电动轮的应用，轮边减速器也得到越来越多的应用。前文曾提到过的罗伯特发明的电动轮，就应用了减速装置，其实质也属于轮边减速器日本应庆大学开发研制的八轮轮边驱动电动汽车，设计者为其电动轮系统配置了个传动比为.的行星齿轮减速器。按照驱动方式分类，电动轮可分为直接驱动和减速驱动两大类，两类电动轮结构示意图如图.所示。直接驱动型电动轮，如