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畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目 電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)橋后橋設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 3
ABSTRACT 4
第1章 緒 論 5
1.1 課題研究背景 5
1.2電動(dòng)車的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.3課題研究意義 9
1.4 課題研究任務(wù)及研究方法 9
第2章 電動(dòng)車觀光車的總體設(shè)計(jì) 10
2.1 技術(shù)參數(shù) 10
2.1.1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)： 11
2.1.2 輪胎參數(shù) 11
2.1.3 傳動(dòng)比計(jì)算 11
2.1.4 最大爬坡度計(jì)算 11
2.2 總體布置計(jì)算 12
2.2.1 各部分質(zhì)量及重心坐標(biāo)： 12
2.2.2 空載及滿載時(shí)重心坐標(biāo) 12
2.2.3 軸荷分配計(jì)算 13
2.3 驅(qū)動(dòng)橋形式的確定 14
第3章 電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 15
3.1減速器的設(shè)計(jì) 15
3.1.1運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 15
3.1.2 齒輪參數(shù)計(jì)算 15
3.2 軸的設(shè)計(jì) 25
3.2.1 軸的強(qiáng)度校核 26
3.3 半軸的設(shè)計(jì) 31
3.3.1 半軸的形式 31
3.3.2 半軸軸徑的確定 31
3.3. 3 半軸連接螺釘強(qiáng)度校核 32
3.4 輪轂的設(shè)計(jì) 32
3.4.1 輪轂的外形設(shè)計(jì) 32
3.4.2 輪轂與輪輞的連接螺栓強(qiáng)度校核 32
3.5 驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì) 33
3.5.1 驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 33
3.5.2 驅(qū)動(dòng)橋殼的強(qiáng)度計(jì)算 33
3.5.3 橋殼與減速器連接螺釘強(qiáng)度校核 36
結(jié) 論 37
致 謝 38
參考文獻(xiàn) 39
電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
摘要
當(dāng)今，能源和環(huán)境對(duì)人類越來越重要。改善人類生活環(huán)境的要求越來越高。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，各國政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界紛紛加大對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展的投入，加快電動(dòng)汽車的商業(yè)化進(jìn)程。雖然電動(dòng)汽車在能源和行駛里程上還不盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，經(jīng)過漫長而艱難的歷史，電力是一種清潔能源，不僅可以取代化石燃料，而且還可以減少有害氣體的二氧化碳排放量，防止環(huán)境惡化，地球。電動(dòng)汽車面臨重大技術(shù)突破，預(yù)計(jì)將成為第二十一世紀(jì)的重要車輛。
電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱總成、差速器總成和驅(qū)動(dòng)橋，主動(dòng)齒輪減速器直接連接到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，并通過兩級(jí)減速器和差速器，將扭矩傳遞到驅(qū)動(dòng)輪左右。電機(jī)軸與輪軸平行，因此減速器由兩個(gè)圓柱齒輪驅(qū)動(dòng)。半軸采用全浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過螺釘與輪轂連接并傳遞扭矩。橋體采用組合式結(jié)構(gòu)，一端由輪轂軸承支承在車輪上，另一端與減速器連接。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)車；驅(qū)動(dòng)橋；減速器
Design of driving axle for electric vehicle
ABSTRACT
Nowadays, energy and environment are becoming more and more important to human beings. The demand for improving human living environment is becoming more and more louder. In order to adapt to this trend of development, governments, academia and industry all over the world are increasing their investment in electric vehicle development, speeding up the commercialization of electric vehicles. Although the electric vehicle has not been satisfactory in energy and mileage, it has been enough to meet the basic needs of people. From the perspective of technology development, after a history of long and difficult, the electric power is a kind of clean energy, not only can replace fossil fuels, but also can reduce carbon dioxide emissions of harmful gases and prevent the deterioration of the environment, the earth. Electric vehicles are facing major technological breakthroughs and are expected to become important vehicles for the year twenty-first Century.
The electric vehicle drive axle design uses a single motor driving system, a gear box assembly, differential assembly and drive axle, driving gear reducer is directly connected to the driving motor and, through two stage reducer and differential, torque transmitted to the drive wheel around two. The motor axis is parallel to the wheel axis, so the reducer is driven by two pole cylindrical gears. The half axle adopts a full floating structure, which is connected with the wheel hub by screws and transmits torque. The axle housing adopts a combined structure, one end is supported by a wheel hub bearing on a wheel, and the other end is connected with a reducer.
Key words: electric vehicle; drive axle; reducer
第1章 緒 論
1.1 課題研究背景
電動(dòng)車的發(fā)展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是電動(dòng)車。后來，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動(dòng)車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長期未能取得突破，從20世紀(jì)20年代初至60年代末，電動(dòng)車的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入70年代以來，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類對(duì)自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動(dòng)車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。
近幾十年來，主要工業(yè)化國家為電動(dòng)車的開發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動(dòng)車的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管電動(dòng)車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性的進(jìn)展，但是電動(dòng)車的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動(dòng)車，改善其性能。
當(dāng)今能源和環(huán)境對(duì)人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來越高。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，世界各國的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)車開發(fā)的投資力度，加快電動(dòng)車的商品化步伐。雖然目前電動(dòng)車在能源和行駛里程方面還未 能盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，在走過了漫長而艱難的發(fā)展歷程之后，電動(dòng)車正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為21世紀(jì)的重要交通工具。
自從汽車誕生的那一天起，環(huán)境問題就一直伴隨其左右，世界人口和汽車的增長趨勢(shì)如下圖所示。今后50年，世界人口將由60億增加到100億，汽奪數(shù)量將由7千萬增加到2億5千萬。如果這些車輛都采用內(nèi)燃機(jī)，那么所需的燃油從何來?
而其排出的廢氣又如何處置，那樣我們的天空將永遠(yuǎn)是灰色的而不是藍(lán)色的。因此我們必須開發(fā)出清潔、高效、智能的交通車輛，才能使2l世紀(jì)的交通可持續(xù)發(fā)展。
從當(dāng)今世界的能源與環(huán)保的現(xiàn)狀來看，解決這個(gè)問題的最好的方法就是大力發(fā)展電動(dòng)車。因?yàn)閺沫h(huán)保的角度來看，電動(dòng)汽車是零排放的交通工具，即使計(jì)入發(fā)電廠增加的排氣，總量上看，它也將使空氣污染大大減少。從能源的角度來看，電動(dòng)汽車將使能源的利用多元化(例如可使用各種再生能源)和高效化，達(dá)到能源的可靠、均衡和無污染地利用的目的。在改善交通安全和道路使用方面，電動(dòng)汽車更容易實(shí)現(xiàn)智能化。電動(dòng)汽車的發(fā)展將使集中考慮能源、環(huán)保利交通成為可能，而且，它對(duì)于促進(jìn)高科技的發(fā)展、新興工業(yè)的興起以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
電動(dòng)車并不是一個(gè)新興的科技產(chǎn)品，它其實(shí)比內(nèi)燃機(jī)汽車的歷史都要久遠(yuǎn)。早在1834年，Thomas davenport制造了一輛電動(dòng)三輪車，它由—組不可充電的干電池驅(qū)動(dòng)．但只能行駛一小段距離。四年后Robert davidson也制造廠一輛用干電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車。1881年在法國巴黎街上出現(xiàn)了第一輛以可充電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車．它是法國工程師GustaveTrouve裝配的以鉛酸電池為動(dòng)力的三輪車。1886年，F(xiàn)rank Sprague設(shè)計(jì)生產(chǎn)了有軌電車。從此，電動(dòng)汽車變得流行起來，并在車輛運(yùn)輸中起著很重要的作用。在當(dāng)時(shí)的美國．每年銷售的4200輛汽車中有38％是電動(dòng)汽車，22％是燃油汽車，40％是蒸汽機(jī)汽車。那時(shí)，電動(dòng)汽車是金融巨頭的代步工具及財(cái)富的象征。一輛電動(dòng)汽車的價(jià)格相當(dāng)于今天的一輛勞斯萊斯。
圖1-2 Morrs和Salom電動(dòng)客車和貨車公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車
進(jìn)入無馬車時(shí)代以后，電功汽車就進(jìn)人了—個(gè)商業(yè)化的發(fā)展階段，此時(shí)的電動(dòng)汽車有輻條車輪、充氣輪胎、舒適的彈簧椅和豪華的車內(nèi)裝飾。到1912年．美國有34000輛電動(dòng)汽車注冊(cè)。1899到1916年期間．Baker電氣公司一直是美國最重要的電動(dòng)汽車制造廠之一。在1901到1920年，英國倫敦電動(dòng)汽車公司生產(chǎn)了后輪輪毅電動(dòng)機(jī)式、后輪驅(qū)動(dòng)、斜輪轉(zhuǎn)向和允氣輪胎的電動(dòng)汽車1907到1938年期間，底特律電氣公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車不僅具有無噪聲、清潔可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且最高時(shí)速達(dá)到40Km/h，續(xù)駛里程為129Km。
人們常說“一個(gè)人的敵人同時(shí)也是他的伙伴”，這句話用于描述電動(dòng)汽車的發(fā)展尤為合適，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵部件．同時(shí)它又幫助燃油汽車與電動(dòng)汽車競(jìng)爭(zhēng)對(duì)抗。1911年，Kettering發(fā)明了汽車起動(dòng)機(jī)，使得燃油汽車比依賴于方便駕駛的電動(dòng)汽車來說更具吸引力，從此打破了電動(dòng)汽車在市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。而福持的想法徹底結(jié)束了電動(dòng)汽車的生命，他大批量生產(chǎn)福特T型車，使其價(jià)格從1909年的850美元降到了1925年的260美元，因此加速了純電動(dòng)汽車的消失。而燃油汽車的續(xù)駛里程是電動(dòng)汽車的2~3倍，且使用成本低，因而使得電動(dòng)汽車的制造商想占領(lǐng)一定的市場(chǎng)份額已不可能。到20世紀(jì)30年代，電動(dòng)汽車幾乎消失了。而直到近30年，能源危機(jī)和石油短缺才使得電動(dòng)汽車重獲新生。
曾經(jīng)有人說過決定21世紀(jì)發(fā)展的是能源,上世紀(jì)70年代全球三次石油危機(jī)爆發(fā)后，各跨國汽車公司先后開始研發(fā)各種類型的電動(dòng)汽車。我國經(jīng)過“八五”、“九五”、“十五”三個(gè)五年計(jì)劃，在研發(fā)電動(dòng)汽車的專項(xiàng)上投入了大量的人力、物力和財(cái)力，并取得了一系列科研成果，但是,迄今為止，這些科研成果真正能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的項(xiàng)目并不多。國外大汽車公司投入遠(yuǎn)比我國更多的資金和人力，已投入批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車產(chǎn)品也寥寥無幾。隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車企業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向，發(fā)展電動(dòng)汽車將是解決這二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)的最佳途徑。從汽車工業(yè)的發(fā)展來看，電動(dòng)汽車的迅速發(fā)展是不可逆的趨勢(shì)。因此，我國作為世界汽車生產(chǎn)大國應(yīng)該抓住這一機(jī)遇，加快電動(dòng)汽車這一塊的發(fā)展。
環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今世界上最熱門的話題。在汽車領(lǐng)域，電動(dòng)汽車的發(fā)展勢(shì)在必行。在電動(dòng)汽車的商業(yè)化運(yùn)作中，無論是從產(chǎn)品技術(shù)還是從市場(chǎng)發(fā)展。還存在許多亟待解決的問題，需要政府的支持。例如，加快相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保汽車的減稅和補(bǔ)貼政策的出臺(tái)，提供便利條件如廣泛的關(guān)系電動(dòng)汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)決定了電動(dòng)汽車的發(fā)展是一個(gè)跨行業(yè)、跨部門的系統(tǒng)工程，跨區(qū)域的聯(lián)合研究，技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。對(duì)于電動(dòng)汽車的發(fā)展在世界上的關(guān)鍵時(shí)期，必須充分發(fā)揮政府的組織、企業(yè)的積極作用，通過產(chǎn)業(yè)、高校、科研院所、國家汽車創(chuàng)新工程由政府組織，實(shí)現(xiàn)新突破和新一代汽車技術(shù)。
1.2電動(dòng)車的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
今天，汽車制造商不斷推動(dòng)電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展。并將開始電動(dòng)汽車的商業(yè)化，在世界上，特別是在美國，日本和歐洲，許多汽車制造商開始生產(chǎn)電動(dòng)車或涉及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。通用汽車、福特、克萊斯勒、美國電動(dòng)汽車公司，以及Solectria起響應(yīng)加利福尼亞法規(guī)在電動(dòng)汽車發(fā)展的重要作用。在日本幾乎所有的汽車制造商，如豐田，日產(chǎn)，本田，馬自達(dá)，三菱，大發(fā)，鈴木，五十鈴公司制定了商用電動(dòng)汽車發(fā)展計(jì)劃。在許多歐洲國家，尤其是法國、德國、意大利和英國推出電動(dòng)汽車的電動(dòng)汽車發(fā)展計(jì)劃的市場(chǎng)，這是積極的汽車公司雪鐵龍、雷諾、奔馳寶馬、苯、奧迪、沃爾沃、大眾、歐寶、菲亞特等。除了汽車制造商，一些電力公司和電動(dòng)汽車示范電池制造商也發(fā)揮了積極作用，其目的是促進(jìn)電動(dòng)汽車充電電池的商業(yè)化，獲得商業(yè)利益。他們通常和汽車廠商發(fā)展電動(dòng)汽車，電動(dòng)汽車，他評(píng)估和證明購買電動(dòng)或電動(dòng)汽車具有較高的能源效率和能源的多樣性和環(huán)境保護(hù)的特點(diǎn)，使電動(dòng)汽車的使用適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，能源和環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)也積極參與促進(jìn)發(fā)展電動(dòng)汽車技術(shù)和商業(yè)活動(dòng)。此外，一些研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)繼續(xù)研究新技術(shù)的電動(dòng)汽車，使電動(dòng)汽車可以與燃料汽車競(jìng)爭(zhēng)。
電動(dòng)汽車分為三大類型：純電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池汽車。世紀(jì)70年代，汽車保有量呈指數(shù)級(jí)增長，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。隨著光化學(xué)污染等環(huán)境污染的發(fā)生，西方發(fā)達(dá)國家的政府開始重視環(huán)境保護(hù)和保護(hù)環(huán)境。一些知名汽車企業(yè)轉(zhuǎn)向研發(fā)電動(dòng)汽車。從20世紀(jì)70年代起，世界上發(fā)達(dá)國家就大力發(fā)展電動(dòng)汽車的商業(yè)化應(yīng)用。到20世紀(jì)90年代，發(fā)達(dá)國家在歐洲和美國制定了汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行。
與世界其他國家一樣．電動(dòng)汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進(jìn)行著“十五”期間，國家從維護(hù)我國能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮．設(shè)立“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”，通過組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，集中國家、地方、企業(yè)、高校、科研院所等方面的力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)：為此，從2001年10月起，國家共計(jì)撥款8．8億元作為這一重大科技專項(xiàng)的經(jīng)費(fèi)。
目前使用的電動(dòng)汽車一次充電后在市場(chǎng)里程100-300公里，這個(gè)數(shù)字通常是需要保持適當(dāng)?shù)乃俣燃熬哂辛己玫碾姵乜刂葡到y(tǒng)可以保證，且絕大多數(shù)電動(dòng)汽車在一般行駛環(huán)境的里程只有50 ~ 100公里。電動(dòng)汽車的里程縮短已成為傳統(tǒng)燃料汽車的致命弱點(diǎn)
普通電池的充放電次數(shù)只有300～400次，即使電池充放電次數(shù)好的性能也可達(dá)到700～900倍，由當(dāng)年的200充放電量計(jì)算，電池壽命可達(dá)4年以上，與油車壽命相比太短。另外，不同類型的電池在性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)，如鉛酸蓄電池成本低，原料豐富，易于回收，但里程短，加速功率差，壽命短。鎳鎘電池加速動(dòng)力，使用壽命長，但成本高，回收率差。鈉硫電池具有較高的比能，能提供較長的里程。但它需要苛刻的工作環(huán)境，其銷售物質(zhì)具有高度腐蝕性和爆炸性。總的來說，成熟電池的壽命比較短。
現(xiàn)有電動(dòng)汽車所使用的電池都不能在儲(chǔ)存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和質(zhì)量。如果電動(dòng)汽車自身裝備質(zhì)量大．就會(huì)影響加速性能和最大車速的提高。例如，現(xiàn)有電動(dòng)汽車電池的外體積一般要達(dá)到550 L．當(dāng)把這么大體積的電池用于家庭轎車上時(shí)，就必然要擠占轎車的行李廂空間。
主要是電池技術(shù)復(fù)雜，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技術(shù)，致使電動(dòng)汽車的造價(jià)居高不下。電動(dòng)汽車蓄電池的價(jià)格約為100美元／kW?h，甚至有的高達(dá)350美元／kW?h，成本太高，用戶難以承受。
電動(dòng)汽車本身雖無排放污染，但其間接污染也是不容忽視的。如鉛酸電池中的鉛，從開采、冶煉到生產(chǎn)的排污，都會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。再如所用電能，相當(dāng)大一部分來自火力發(fā)電，煤炭燃料也會(huì)造成大氣污染。
自上世紀(jì)爆發(fā)石油危機(jī)后，不少跨國汽車公司都開始研制電動(dòng)汽車。其中不乏福特，豐田等知名大型汽車廠?？梢灶A(yù)見到電動(dòng)汽車的發(fā)展將會(huì)是本實(shí)際汽車工業(yè)的重點(diǎn)和主流。電動(dòng)汽車具有無排放污染、噪聲低、易于操縱、維修及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的最有效途徑。上文已經(jīng)提到電動(dòng)車問世以來，主要有三種形式，即純電動(dòng)車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池電動(dòng)車。下面就詳細(xì)的來說說這幾種形式的電動(dòng)車。
純電池電動(dòng)車是完全由二次電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動(dòng)力的汽車。純電池技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，國外汽車發(fā)達(dá)國家和我國都進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。近日，北京公交線上推出的兩輛以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為動(dòng)力的電動(dòng)車已投入商業(yè)運(yùn)行，表現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。純電池電動(dòng)車具有無污染，零排放等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也十分突出，能量低，質(zhì)量大，充電時(shí)間長，成本高，折舊快，還容易對(duì)環(huán)境造成二次污染，其應(yīng)用范圍有限。
混合動(dòng)力汽車采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力，克服了純電池電動(dòng)車行駛里程短、充電時(shí)間長等致命弱點(diǎn)，雖然混合動(dòng)力車不能實(shí)現(xiàn)零排放，但其兼俱環(huán)保與節(jié)能，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，因此，具有非常好的發(fā)展前景。近年來，世界各大汽車公司紛紛推出這種車型日本已經(jīng)走在了世界前列，如豐田汽車公司推出的PRIUS汽車，本田推出的 INSIGHT汽車均早已上市。PRIUS汽車尾氣排放水平僅相當(dāng)于日本現(xiàn)行法規(guī)的1/10，耗油量和二氧化碳排放量相當(dāng)于普通汽車的1/2，最高時(shí)速達(dá) 140公里。我國的混合動(dòng)力汽車研究也進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性階段。1999年，清華與廈門金龍展出了聯(lián)合研制的混合力客車，今年4月，一汽展出了剛生產(chǎn)的混合動(dòng)力紅旗轎車。專家指出，燃料電池汽車是未來汽車的發(fā)展方向。日本媒體認(rèn)為燃料電池技術(shù)，將成為21世紀(jì)汽車工業(yè)的核心技術(shù)，誰掌握了這種技術(shù)開發(fā)主導(dǎo)權(quán)，誰將成為汽車業(yè)的領(lǐng)袖。燃料電池，這是一種能與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相比的電池，可以使用包括再生燃料在內(nèi)的所有含氫元素的燃料。燃料電池車的工作原理是，作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車。由于大量的純氫難以貯存在汽車上，而且加氫站也沒有那么多，因此，汽車制造商們正試圖使用汽油或甲醇，不過要在汽車上安裝燃料重整裝置，從這些物質(zhì)里提出氫。但是這將會(huì)產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，總的來說，這類化學(xué)反應(yīng)除了電能，就只產(chǎn)生水，因此，燃料電池車被稱為“地道的環(huán)保車”。曾研發(fā)出“氫動(dòng)一號(hào)”（液氫燃料電池概念車）的美國通用汽車公司，最近推出了汽油燃料重整技術(shù)燃料電池，新研制的CENIII型車載燃料重整器比起前期產(chǎn)品體積、重量大大減少，預(yù)計(jì)其能量利用，污染物排放幾乎為率可達(dá).40%，而且可以充分利用現(xiàn)有的加油站等設(shè)施，它為燃料電池車批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。我國第一輛具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電動(dòng)公共汽車也已在東風(fēng)汽車工程研究院?jiǎn)柺溃难兄瞥晒?，縮短了中國汽車工業(yè)在這一領(lǐng)域與國外同行的差距。據(jù)有關(guān)專家分析，我國的汽車工業(yè)幾乎沒有結(jié)構(gòu)調(diào)整的沉重包袱，完全可以充分利用后發(fā)優(yōu)勢(shì)，以電動(dòng)車為新契機(jī)，集中力量解決以電池為中心的關(guān)鍵技術(shù)問題，在21世紀(jì)憑借國內(nèi)仍較低的勞動(dòng)力成本，在國際汽車市場(chǎng)上以電動(dòng)汽車與工業(yè)發(fā)達(dá)國家展開競(jìng)爭(zhēng)。
在上世紀(jì)我國已經(jīng)錯(cuò)失了汽車工業(yè)的黃金發(fā)展期。在即將到來的新能源汽車，不管是電動(dòng)還是其他能動(dòng)的汽車上這一塊，我們都應(yīng)該加倍努力的去把握住。
1.3課題研究意義
當(dāng)今，能源和環(huán)境對(duì)人類越來越重要。改善人類生活環(huán)境的要求越來越高。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，各國政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界紛紛加大對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展的投入，加快電動(dòng)汽車的商業(yè)化進(jìn)程。雖然電動(dòng)汽車在能源和行駛里程上還不盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度看，經(jīng)過漫長而艱難的發(fā)展過程，電動(dòng)汽車面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為第二十一世紀(jì)的重要交通工具。
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)自己的綜合運(yùn)用機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)理論力學(xué)課程；掌握基本的步驟，并知道一些細(xì)節(jié)需要注意在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)過程。系統(tǒng)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，完善理論與實(shí)踐，分析問題和解決問題的能力，將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合學(xué)習(xí)，為今后的工作和工作創(chuàng)造性地打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和自動(dòng)化的特點(diǎn)，著重介紹了以下五個(gè)方面：
（1）有能力研究和學(xué)習(xí)中外文學(xué)，閱讀和翻譯；
（2）綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、專業(yè)理論和知識(shí)分析，解決實(shí)際問題的能力；
（3）訪問和使用專門設(shè)計(jì)手冊(cè)的能力；
（4）有設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖的能力，包括使用電腦繪圖的能力；
（5）能夠撰寫設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（論文）。
1.4 課題研究任務(wù)及研究方法
設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋，完成了方案的確定、繪制和編寫，滿足了畢業(yè)設(shè)計(jì)的所有要求，并順利通過了畢業(yè)設(shè)計(jì)的答辯。
按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)習(xí)文獻(xiàn)檢索，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋的工作原理的理解，國內(nèi)外現(xiàn)狀，功能和發(fā)展，闡明了設(shè)計(jì)思路，確定初步設(shè)計(jì)方案的方向發(fā)展。學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)過程CAD軟件必備繪圖。
其次，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，給出參數(shù)和技術(shù)要求，確定電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋。在老師的幫助下，可以完成部分零件的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到預(yù)期的效果，完成了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。主要研究方法有：
（1）利用我國圖書館文獻(xiàn)資源進(jìn)行文獻(xiàn)檢索；
（2）向老師尋求幫助，參加各種實(shí)驗(yàn)練習(xí)；
（3）理論聯(lián)系實(shí)際，多做，多思考。
第2章 電動(dòng)車觀光車的總體設(shè)計(jì)
2.1 技術(shù)參數(shù)
電動(dòng)車是指利用太陽能電池的光伏特性將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并利用該電能作為能源驅(qū)動(dòng)行使的汽車。它由驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系、車架、車身、太陽能電池板、蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電控系統(tǒng)等組成。
電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端，它的基本功用是增大由傳動(dòng)器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于 路面和車架之 間的鉛垂力、縱向力和橫向力。
轉(zhuǎn)向系的功用是改變汽車的行駛方向和保持汽車穩(wěn)定的直線行駛。汽車一般采用前輪轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向系的主要組成機(jī)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)桿系等。
制動(dòng)系是用來強(qiáng)制汽 車減速或停車，并可使汽車在坡道上停放的裝置。為保證汽車在緊急情況下可靠的制動(dòng)，應(yīng)有兩 套獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，其中一種是用機(jī)械方式傳遞其操縱力的。制動(dòng)系的主要組成機(jī)構(gòu)包 括：制動(dòng)踏板、駐車制動(dòng)桿、車輪制動(dòng)器等。
車身包括駕駛室和各種形式的車廂，用以容納駕駛員、乘客和裝載貨物。
電動(dòng)觀光車參數(shù)：
性能：最高車速30km/h， 最大爬坡度：20%（滿載）
后輪距： 1200 mm
輪胎：165/70 R13
整備質(zhì)量：1200kg，載重 1100 kg
電機(jī)：額定功率5kW, 額定轉(zhuǎn)速2500rpm, 額定轉(zhuǎn)矩18Nm
電機(jī)外形最大直徑190mm, 長度260mm
2.1.1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)：
最大功率P=（V+V） （2-1）
=(30+30)
=1.56kw
其中：傳動(dòng)效率0.9，g重力加速度，滾動(dòng)阻力系數(shù)0.0165，
C空氣阻力系數(shù)0.65，A汽車正面投影面積，m汽車質(zhì)量。
取 安全裕量系數(shù)為1.1，則電機(jī)最大功率應(yīng)為2.18kW，根據(jù)電機(jī)資料，以最接近原則選取2.2kW的串勵(lì)直流電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為，額定轉(zhuǎn)速時(shí)的扭矩為；
2.1.2 輪胎參數(shù)
直徑工作半徑，單邊寬最大承載437kg，胎壓0.3MPa；
2.1.3 傳動(dòng)比計(jì)算
==9.15 （2-2）
式中： 為汽車的最高車速；
是最高車速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；
為車輪的滾動(dòng)半徑。
2.1.4 最大爬坡度計(jì)算
=
=46.6
=36.6Km
最大牽引力F=
=
=118Kg
－=－0.0165
=11.8%>10%，故滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2 總體布置計(jì)算
2.2.1 各部分質(zhì)量及重心坐標(biāo)：
蓄電池：尺寸522×240×242,總電壓48V,容量160AH,重260Kg,重心坐標(biāo)（720,371）.
直流電動(dòng)機(jī)：功率2.2KW,電壓48V,電流57A,轉(zhuǎn)速2800r/min,重26Kg，重心坐標(biāo)(1840，260).
太陽能電池:多晶硅,%,功率430W,最大功率時(shí)電壓52V,尺寸2200×1600×50,
重約60Kg,重心坐標(biāo)(1600,1875).
轉(zhuǎn)向系統(tǒng):包括前車輪、懸架、制動(dòng)器,重約60Kg,重心坐標(biāo)(100,260).
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):包括減速器、差速器、半軸、后車輪、制動(dòng)器,重約100Kg,重心坐標(biāo)(1950,260).
車架、車身:重約80Kg,重心坐標(biāo)(1000,225).
2.2.2 空載及滿載時(shí)重心坐標(biāo)
空載總質(zhì)量約600Kg,滿載總質(zhì)量約880Kg
則空載時(shí)重心坐標(biāo)
（2-5）
計(jì)算結(jié)果x=1020，y=460
滿載時(shí)重心坐標(biāo)
計(jì)算結(jié)果=1080,=570
2.2.3 軸荷分配計(jì)算
滿載靜止時(shí)
（2-6）
其中：前軸負(fù)荷，后軸負(fù)荷，汽車總質(zhì)量
L汽車軸距，a質(zhì)心距前軸距離，b質(zhì)心距后軸距離
=405Kg,=475Kg
滿載行駛時(shí)
其中為附著系數(shù)，在干燥的瀝青或混凝土路面上，該值為0.7~0.8，取0.75。
=275Kg,=605Kg
滿載制動(dòng)
Kg,341Kg
2.3 驅(qū)動(dòng)橋形式的確定
一般的汽車結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)橋包括減速器、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件。
根據(jù)其齒輪類型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安置方法以及減速方式的不同，減速器的結(jié)構(gòu)形式也不同。減速器的傳動(dòng)比、驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙和計(jì)算載荷是減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，要在總體設(shè)計(jì)時(shí)就確定。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上是縱向安置的，減速器將用來改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。為了使汽車有足夠的牽引力和適當(dāng)?shù)淖罡哕囁?，減速器進(jìn)行增大轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速的變化。
差速器用來解決左右車輪間的轉(zhuǎn)矩分配問題和差速要求。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或在不平路面上行駛時(shí)，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾動(dòng)的行程是不一樣的，因此其轉(zhuǎn)速也應(yīng)不同。因此，要求驅(qū)動(dòng)橋在傳遞轉(zhuǎn)矩給左右車輪的同時(shí)，能使它們以適應(yīng)上述運(yùn)動(dòng)學(xué)要求的不同角速度旋轉(zhuǎn)，這一要求是由差速器來實(shí)現(xiàn)的。裝有差速器的汽車，當(dāng)左右齒輪與地面的附著系數(shù)不同且一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而失去牽引力時(shí)，另一個(gè)附著好的驅(qū)動(dòng)車輪也將喪失牽引功能。
驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置的功用在于將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳到驅(qū)動(dòng)車輪。對(duì)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，則必須在驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置中安裝等速萬向節(jié)，對(duì)于非轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋來說，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置也要用萬向節(jié)傳動(dòng)。如果驅(qū)動(dòng)車輪不是轉(zhuǎn)向輪，則車輪直接由連接差速器和輪轂的半軸來驅(qū)動(dòng)，這時(shí)半軸將差速器半軸齒輪與輪轂連接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，輪邊減速器的主動(dòng)齒輪與半軸齒輪以半軸連接。
橋殼起著支撐汽車荷重的作用，并將載荷傳遞給車輪，作用在車輪上的牽引力、制動(dòng)力等力都是通過橋殼傳到車架上。因此，橋殼既有承載作用，又有力的傳遞，同時(shí)還是減速器、差速器、半軸的外殼。在汽車行使過程中，橋殼承受繁重的載荷。因此，橋殼既要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低成本以及方便拆裝維修，又要考慮在動(dòng)載荷下有足夠的強(qiáng)度和剛度。
輪胎與車輪支撐汽車質(zhì)量，并承受路面的各種反力，如驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力，在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，還要承受側(cè)向力以及吸收汽車行使時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷和振動(dòng)。車輪由輪輞和輪輻組成。輪胎裝在輪輞上，輪輻用輪胎螺栓固定在輪轂上。輪輞是輪胎安裝的基礎(chǔ)，既要支撐輪胎，又要保證輪胎拆卸方便。
本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用單電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由減速箱總成、差速器總成及驅(qū)動(dòng)橋組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速器主動(dòng)齒輪直接相連，通過兩級(jí)減速，將扭矩傳送到左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。電機(jī)軸線與車輪軸線平行，因此減速器采用兩極圓柱齒輪傳動(dòng)。半軸采用全浮式結(jié)構(gòu)，與輪轂用螺釘連接傳遞轉(zhuǎn)矩。橋殼采用組合式結(jié)構(gòu)，一端由輪轂軸承支承在車輪上，另一端與減速器相連。橋殼的設(shè)計(jì)還要與懸架等配合，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)連接部件。
第3章 電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
3.1減速器的設(shè)計(jì)
3.1.1運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
高速軸：
中間軸：
低速軸
3.1.2 齒輪參數(shù)計(jì)算
高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)：
（1）齒輪均采用斜齒傳動(dòng)，6級(jí)精度，齒面滲碳淬火。材料選擇：
小齒輪：38SiMnMo,調(diào)質(zhì)，硬度 320～340HBS；
大齒輪：35SiMn，調(diào)質(zhì)，硬度 280～300 HBS。
查得，=790,=760；
=640，=600。
（2）按接觸強(qiáng)度初步確定中心距，并初選主要參數(shù)。
式中 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩=7.5
載荷系數(shù)K：K=1.6。
齒寬系數(shù)：取=0.4。
齒數(shù)比u:暫取u==3.55。
許用接觸應(yīng)力：
取最小安全系數(shù)=1.1，按大齒輪計(jì)算
=691
將以上數(shù)據(jù)代入計(jì)算中心距的公式得
=56
圓整為標(biāo)準(zhǔn)中心距為=60。
按經(jīng)驗(yàn)公式，=（0.007～0.02）=（0.007～0.02）60=0.42～1.2
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=1。
初取，=。
取，
精求螺旋角
所以
（3）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
式中 分度圓上的圓周力
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)：
根據(jù)齒輪圓周速度，齒輪精度等級(jí)為9級(jí)。
將有關(guān)值代入式（3-17）得
齒向載荷系數(shù)：
齒向載荷分配系數(shù)：按，查得
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：按，查得。
查得
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度及螺旋角系數(shù)查得：
首先計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
求當(dāng)量齒輪的端面重合度。按，分別查得。所以。
按，縱向重合度。
按，，，查得。
將以上各數(shù)值代入齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式得
計(jì)算安全系數(shù)：
式中，壽命系數(shù)：先計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
對(duì)調(diào)質(zhì)鋼，查得。
潤滑油模影響系數(shù)：按照，選用220號(hào)中級(jí)壓型工業(yè)齒輪油，其運(yùn)動(dòng)粘度，查得。
工作硬化系數(shù)：因?yàn)樾↓X輪齒面未硬化處理，齒面未光整，故取。
接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)。
將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的計(jì)算公式得
查得，。
，故安全。
（4）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
式中 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的載荷分布系數(shù)：
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的載荷分配系數(shù)：
復(fù)合齒行系數(shù)：按，查得。
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)：按，查得
將以上各數(shù)值代入齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式得
計(jì)算安全系數(shù)：
式中，壽命系數(shù)：對(duì)調(diào)質(zhì)鋼，按，查得，按，查得
相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)。
相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)：齒面粗糙度，得。
尺寸系數(shù)：查得。
將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的公式得
查得，取。
及均大于，故安全。
（5）主要幾何尺寸
取
低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
（1）齒輪均采用斜齒傳動(dòng)，6級(jí)精度，齒面滲碳淬火。材料選擇：
小齒輪：38SiMnMo,調(diào)質(zhì)，硬度 320～340HBS；
大齒輪：35SiMn，調(diào)質(zhì)，硬度 280～300 HBS。
查得，=790,=760；
=640，=600。
（2）按接觸強(qiáng)度初步確定中心距，并初選主要參數(shù)。
式中 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩=26.625
載荷系數(shù)K：K=1.6。
齒寬系數(shù)：取=0.54。
齒數(shù)比u:暫取u==2.54。
許用接觸應(yīng)力：
取最小安全系數(shù)=1.1，按大齒輪計(jì)算
=691
將以上數(shù)據(jù)代入計(jì)算中心距的公式得
=74.9
圓整為標(biāo)準(zhǔn)中心距為=100。
按經(jīng)驗(yàn)公式，=（0.007～0.02）=（0.007～0.02）100=0.7～2
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=1.5。
初取，=。
取，
精求螺旋角
所以
（3）校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
式中 分度圓上的圓周力
使用系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)：
根據(jù)齒輪圓周速度，齒輪精度等級(jí)為9級(jí)。
將有關(guān)值代入式（3-17）得
齒向載荷系數(shù)：
齒向載荷分配系數(shù)：按，查得
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：按，查得。
查得
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度及螺旋角系數(shù)查得：
首先計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
當(dāng)量齒輪的端面重合度。按，分別查得。所以。
按，縱向重合度。
按，，，查得。
將以上各數(shù)值代入齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式得
計(jì)算安全系數(shù)：
式中，壽命系數(shù)：先計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
對(duì)調(diào)質(zhì)鋼，查得。
潤滑油模影響系數(shù)：按照，選用220號(hào)中級(jí)壓型工業(yè)齒輪油，其運(yùn)動(dòng)粘度，查得。
工作硬化系數(shù)：因?yàn)樾↓X輪齒面未硬化處理，齒面未光整，故取。
接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)。
將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的計(jì)算公式得
查得，。 ，故安全。
（4）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
式中 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的載荷分布系數(shù)：
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的載荷分配系數(shù)：
復(fù)合齒行系數(shù)：按，查得。
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)：按，查得
將以上各數(shù)值代入齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式得
計(jì)算安全系數(shù)：
式中，壽命系數(shù)：對(duì)調(diào)質(zhì)鋼，按，查得，按，查得
相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)。
相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)：齒面粗糙度，得。
尺寸系數(shù)：查得。
將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的公式得
查得，取。及均大于，故安全。
3.2 差速器的設(shè)計(jì)
差速器的功用是當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右驅(qū)動(dòng)車輪以不同的角速度滾動(dòng)，以保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面間作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
圖 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)示意圖
汽車行駛時(shí)，左右輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾動(dòng)的路程往往不等。如圖1-1所示，在轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎半徑R1和R2不同，行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)測(cè)車輪；汽車在不平的路面行駛時(shí)，由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直的路面行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑不同而使左、右車輪行駛不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪鋼性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上滑移或是滑轉(zhuǎn)。這樣不僅會(huì)加劇輪胎磨損與功率和燃料的消耗。而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車就要安裝差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。而為了方便安裝和調(diào)試差速器，還解決現(xiàn)在差速器的從動(dòng)齒輪尺寸不受限制所以設(shè)計(jì)了安裝在輪轂的差速器稱為輪邊差速器，在兩軸間分配轉(zhuǎn)矩，保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。使汽車行駛時(shí)能作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，提高了車輛的通過性。
差速器采用對(duì)稱式錐齒輪結(jié)構(gòu)，其原理如下圖 所示。
圖 差速器差速原理圖
差速器殼3與行星齒輪5連成一體，形成行星架。因?yàn)樗峙c主減速器從動(dòng)齒輪6固連在一起，故為主動(dòng)件，設(shè)其角速度為ωo;半軸齒輪1和2為從動(dòng)件，其角速度為ω1和ω2.A、B兩點(diǎn)分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點(diǎn)。行星齒輪的中心點(diǎn)為C，A、B、C三點(diǎn)到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r。
當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑r上的A 、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等，其值為ωor.于是，ω1=ω2=ωo，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼3的角速度。
行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)也在進(jìn)行自傳，如圖當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5以角速度ω4自轉(zhuǎn)時(shí)，嚙合點(diǎn)A的圓周速度為ω1r=ωor+ω4r4，嚙合點(diǎn)B的圓周速度為ω2r=ωor--ω4r4.于是有
ω1r+ω2r=（ωor+ω4r4）+(ωor--ω4r4)
即 ω1+ω2=2ωo
若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n表示，則
n1+n2=2no （2-1）
式（2-1）為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)性方程式。它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其他行駛情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無滑動(dòng)。
由式（2--1）可得知：①當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍；②當(dāng)差速器殼轉(zhuǎn)速為零時(shí)，若一側(cè)半軸齒輪受到其他外來力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
對(duì)稱式錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩分配ＭO：由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)由差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪。行星齒輪相當(dāng)于一個(gè)等臂杠桿，而兩個(gè)半軸齒輪的半徑也是相等的。因此，當(dāng)行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩ＭO平均分配給左、右兩半軸齒輪，即Ｍ1=Ｍ2=Ｍ0／2。
當(dāng)兩半軸齒輪以不同的轉(zhuǎn)速朝相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速n1大于右半軸轉(zhuǎn)速n2，則行星齒輪將按順時(shí)針的方向繞行星齒輪軸自轉(zhuǎn)。此時(shí)行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩Ｍr方向與行星齒輪的轉(zhuǎn)向相反，此摩擦力矩使行星齒輪分別對(duì)左、右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個(gè)圓周力，因此當(dāng)左、右驅(qū)動(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，Ｍ1=（Ｍ0--Ｍr）／2，Ｍ2=（Ｍ0+Ｍr）／2.左、右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩Ｍr。
為了衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性，常以鎖緊系數(shù)K表示
K=（Ｍ2--Ｍ1）／Ｍ0=Ｍr／Ｍ0
差速器內(nèi)摩擦力矩Ｍr和其輸入轉(zhuǎn)矩Ｍ0（差速器殼體上的力矩）之比定義為差速器鎖緊系數(shù)K。快慢半軸的轉(zhuǎn)矩之比Ｍ2／Ｍ1定義為轉(zhuǎn)矩比，以
Kb=Ｍ2／Ｍ1=(1+K) ／(1-K)
目前廣泛使用的對(duì)稱式錐齒輪差速器的內(nèi)摩擦力矩很小，其鎖緊系數(shù)K=0.05~0.15，轉(zhuǎn)矩比Kb為1.1~1.4.可以認(rèn)為，無論左、右驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速是否相等，其轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的。這樣的分配比例對(duì)于汽車在好的路面上直線或轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，都是令人滿意。但是當(dāng)汽車在壞的路面行駛時(shí)，卻嚴(yán)重影響了通過能力。例如，當(dāng)汽車的一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪接觸到泥濘或冰雪路面的時(shí)候，在泥濘路面上的車輪原地滑轉(zhuǎn)，而在好路面上的車輪靜止不動(dòng)。這是因?yàn)樵谀酀袈?車輪與路面上車輪與路面之間附著力很小，路面只能對(duì)半軸作用很小的反作用很小的反作用轉(zhuǎn)矩，雖然另一車輪與好路面間的 附著力較大，但因?qū)ΨQ式錐齒輪差速器 有轉(zhuǎn)矩平均分配的特性，使這一個(gè)車輪分配到的轉(zhuǎn)矩只能與傳到滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)車 輪上的很小的轉(zhuǎn)矩相等，致使總的驅(qū)動(dòng)力不足以克服行駛阻力，汽車便不能前進(jìn)。
在圖 容易看 出汽車在直線行駛時(shí)候兩半軸的轉(zhuǎn)速相等和在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)兩半軸轉(zhuǎn)速不等：
圖 差速器工作時(shí)轉(zhuǎn)矩變化圖
當(dāng)汽車在直線行駛時(shí)，此時(shí)行星齒輪軸將轉(zhuǎn)距平均分配兩半軸齒輪，兩半軸齒輪轉(zhuǎn)速恒等于差速器殼的轉(zhuǎn)速，傳遞給左右車輪的轉(zhuǎn)矩也是相等的。此時(shí)左右車輪的轉(zhuǎn)速時(shí)相等的。
而當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，其中一個(gè)半軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角，兩半軸的轉(zhuǎn)矩就得不到平均分配，必然出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)速大，一個(gè)轉(zhuǎn)速小，此時(shí)汽車就平穩(wěn)地完成了轉(zhuǎn)彎行駛。
差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度為:
MPa
上式中： ——為差速器一個(gè)行星齒輪傳給一個(gè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式在此將取為498.06N·m；
——為差速器的行星齒輪數(shù)；
b2、d2——分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑mm；
——為尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸和熱處理有關(guān)，
當(dāng)ｍ時(shí)，，在此＝0.629；
——為載荷分配系數(shù)，當(dāng)兩個(gè)齒輪均用騎馬式支承型式時(shí)，＝1.00～1.1；其他方式支承時(shí)取1.10～1.25。支承剛度大時(shí)取最小值。
——為質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于汽車驅(qū)動(dòng)橋齒輪，當(dāng)齒輪接觸良好，周節(jié)及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，可取1.0；
——為計(jì)算汽車差速器齒輪彎曲應(yīng)力用的綜合系數(shù)，可取=0.225。
當(dāng)T=min［Tce,Tcs］時(shí)，[]=980 Mpa；當(dāng)T= Tcf時(shí)，[]=210Mpa。
根據(jù)上式可得：
==478.6MPa〈980 MPa
所以，差速器齒輪滿足彎曲強(qiáng)度要求。
3.3 軸的設(shè)計(jì)
材料選擇45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度217~255HBS，許用疲勞應(yīng)力。
（1）高速軸
a 最小軸徑的確定
取A=115
由于有花鍵，適當(dāng)增加軸徑，取。
b 主要分布零件有：齒輪、軸承、軸承端蓋等。
c 根據(jù)工況，選擇軸承類型為滾動(dòng)軸承 6002。
基本尺寸：15mm×32mm×9mm
配合軸段直徑為15mm
d 齒輪安裝：安裝軸段直徑24mm，軸段長度26mm。
e 齒輪定位：由于齒輪分度圓直徑小于兩倍軸徑，故齒輪采用齒輪軸。
（2）中間軸
a 中間軸為實(shí)心軸，故
取A=115
由于開有鍵槽，軸徑適當(dāng)增加，取。
b主要分布零件有：齒輪、軸承、鍵、軸承端蓋等。
c 根據(jù)工況，選擇軸承類型為滾動(dòng)軸承 6004。
基本尺寸：20mm×42mm×12mm
配合軸段直徑20mm
d 齒輪安裝：安裝軸段直徑 大齒輪25mm，小齒輪25mm。
安裝軸段長度 大齒輪32mm，小齒輪40mm。
e 齒輪定位：
大齒輪：一端采用軸肩定位，軸段直徑32mm，軸段長度8mm。
另一端采用套筒定位，套筒內(nèi)徑20mm,外徑28mm,長度10mm。
徑向定位采用平鍵，基本尺寸33mm×10mm×8mm。
小齒輪：一端采用軸肩定位，軸段直徑25mm，軸段長度42mm。
另一端采用套筒定位，套筒內(nèi)徑20mm,外徑32mm,長度4mm。
徑向定位采用平鍵，基本尺寸26mm×8mm×7mm。
3.3.1 軸的強(qiáng)度校核
（1）高速軸
高速軸的受力分析如圖3-1所示。
高速軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
齒輪的圓周力
齒輪的徑向力
齒輪的軸向力
計(jì)算作用在軸上的支反力：
如圖3-1（a）,垂直面內(nèi)的支反力：
如圖3-1（c）,水平面內(nèi)的支反力 ：
計(jì)算齒