同轴式电驱动桥设计.docx

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1、摘要现有的电驱动后桥形式有非断开式和断开式，非断开式驱动桥结构紧凑，从而提高了汽车的整体使用性能。在电驱动后桥领域上最常见的是平行轴式驱动桥,但电机位于后桥的一面，倾覆扭矩大大增加，这在一定程度上降低了汽车的疲劳寿命，导致汽车产生了损坏。同轴式电驱桥得益于其集成化的设计，电机和减速器以及差速器在一条直线上，提高了传动效率。为了避免后桥的损坏，应该提高一定程度的刚度和强度。本次设计的是传递效率高的同轴式电驱动桥，其动力传递效率和驱动桥的结构有着很大关系，选择合适的驱动桥结构参数对驱动系统尤为重要。此文章设计包括选用电机、主减速器、差速器以及半轴与桥壳的选择，并且对重要零部件的强度进行了校核。关键

2、字：汽车电驱动桥；主减速器；差速器；结构优化abstractThe existing electric drive rear axle forms are non-disconnected anddisconnected, and the non-disconnected drive axle is compact, which improves theoverall performance of the car. The most common in the field of electric drive rearaxle is the parallel shaft drive axle,

3、but the motor is located on the side of the rear axle,and the overturning torque is greatly increased, which reduces the fatigue life of thecar to a certain extent, resulting in damage to the car.The coaxial electric drive bridge benefits from its integrated design, with motorsand reducers and diffe

4、rentials in a straight line, increasing transmission efficiency. Inorder to avoid damage to the rear axle, a certain degree of stiffness and strengthshould be increased.The design of this design is a coaxial electric drive bridge with high transmissionefficiency, and its power transmission efficienc

5、y and the structure of the drive bridgehave a great relationship, and the selection of suitable drive bridge structureparameters is particularly important for the drive system. The design of this articleincludes the selection of motors, main reducers, differentials, and half shafts and axlehousings,

6、 and the strength of important components is checked.Keywords: automobile electric drive axle; main reducer; differential mechanism;Structural optimization摘要IabstractII第1章绪论11.1 研究选题的背景及意义11.2 国内外研究现状11.2.1 国外研究现状11.2.2 国内研究现状21.3 电驱动桥的分类31.4 电驱动桥相比传统驱动的优势31.5 本次设计研究的基本内容3第2章驱动桥电机选择52.1 驱动桥总成的介绍52.2

7、 电机的选择6本章小结9第3章主减速器设计计算103.1 主减速器的结构形式103.2 总减速比的确定103.3 行星齿轮减速器的设计方案103.4 齿轮设计核算133.4.1 按接触强度初步确定中心距133.4.2 初步确定模数、齿数、螺旋角、齿宽等参数143.4.3 齿面接触强度核算153.4.4 轮齿弯曲强度核算173.5 主减速器齿轮的材料及其热处理213.6 滚动轴承的选择21本章小结22第4章差速器的设计计算234. 1差速器的结构形式234.2 差动行星齿轮与半轴齿轮的主要参数计算244.2.1 压力角的选择244.2.2 锥齿轮参数初步设计244.2.3 锥齿轮几何尺寸设计25

8、4.2.4 锥齿轮齿面接触疲劳强度校核294.2.5 锥齿轮齿根弯曲疲劳强度校核314.3 行星齿轮轴的设计334.3.1 普通平键的选择334.3.2 行星齿轮轴的强度计算334.3.3 半轴花键的设计34本章小结37第5章半轴与桥壳的设计计算385.1 半轴结构形式的选择385.2 半轴的设计计算385.3 半轴杆部直径初选395.4 驱动桥壳395.5 桥壳的受力分析及强度计算40本章4、结45结论46致谢47参考文献48附录149附录250III第1章绪论1.1 研究选题的背景及意义电动汽车作为一种目前能源利用率较高的汽车，近些年来得到了越来越多的关注。世界上第一台利用电机驱动代替传统

9、机械驱动的汽车诞生于十九世纪30年代末，从那个时候开始汽车就被装上了蓄电池，变成了电动汽车。但是那个时候汽车的电池很大、很笨重，而且能够存储的能量也有限，所以当时的电动汽车使用量不多，还在处于试验阶段。如今经过了近百年的发展，人们终于攻克了汽车电池的难关。自90年代起，电动汽车再次走进了人们的视野中。目前纯电动汽车的市场占有量仍然不高，将在未来有望经过迭代取代传统的内燃汽车。作为轻型电动货车的主要动力源和轴承部件以及传动部件，电驱动桥动力总成系统的质量直接关系到车辆的质量和寿命。进而在电驱动桥的设计过程中，为了确保车辆的承载能力，有必要增加电驱动桥的桥壳厚度，但增加桥壳的厚度不仅会增加驱动桥的

10、质量、增加制造成本，同时也降低了汽车的燃油经济性，以及加大了对环境的污染。传统燃油货车的驱动后桥已形成多种使用结构，既能确保承载能力，又能实现轻量化。然而轻型电动货车与传统的燃油货车不同，它的动力源从发动机转变为电动机，能量从汽油转换为电能。因此，需要一种新的驱动后桥结构设计，以实现电动货车的承载能力，同时最大限度地减少体积，以满足电动汽车实现续航里程所需的电池配置。近年来，随着中国经济的快速增长，极大的促进了交通运输行业的发展，尤其是汽车行业。随着电动汽车行业的快速发展，生产科技的进步，人们对车的舒适性、平稳性的要求也是逐渐变高。电动汽车的驱动桥对汽车性能的影响非常大,同时它的输出功率以及扭

11、矩对汽车的各项指标也是具有重大影响的，所以对驱动桥的要求也就变得越来越高。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状目前，国外研究人员已经研究了传统汽车后桥的结构以及相关的疲劳寿命等性能：Mehmet Firat利用有限元法研究了后桥的垂直弯曲疲劳寿命，并提出了一种四点弯曲疲劳法来分析后桥的应力集中点和疲劳寿命，得到了后桥的疲劳弱点和应力集中点，同时与实验结果进行了对比分析，进而为改进后桥的设计奠定了基础。Bradley S W运用电子显微镜扫描的形式对用铸钢件焊接成的重货车桥壳发生故障的原因分析研究，他们发现裂纹的地方是在铸造热影响区，其裂纹扩展引起了桥壳的疲劳。Baggerly R G

12、用起重机卡车桥壳为主要研究对象，针对在使用过程中出现的问题，基于三种卡车的运行工作情况，运用力学和实验测试的方法对问题展开了研究。通过对断裂面观察，桥壳的损坏是由于疲劳引起的。进而用于理论力学和测试相结合的方法对桥壳的裂纹扩展寿命和大小进行了实践。122国内研究现状与传统货车不同，电动货车动力源为驱动电机、能源为电能，为了增加其续航里程需要较大的空间放置电池，这对电动货车驱动后桥的一体化和集成化提出更高的要求。如何在实现电驱动后桥一体化和集成化的情况下确保其疲劳寿命等性能受到大众视野的关注。米承继针对国产首台SF33900型矿用自卸车后桥壳，设计了后桥壳的有限元分析模型，对其后桥壳的疲劳寿命进

13、行了分析，得出结论：后桥壳疲劳寿命影响较大的是桥壳的后横拉杆和悬架下支点的位置。郭军团用某款改装的电动货车为研究对象，运用改装前燃油车的传统后桥作为改装后电动货车的后桥，并对其进行有限元模型的设计及疲劳特性进行了仿真分析，得出结论是后桥壳的固有振动频率及其疲劳寿命。为了准确测试汽车后桥的疲劳寿命、提高后桥轻量化的可靠性，ZhaoLH等人在分析疲劳寿命时，考虑了材料疲劳极限的强度和损伤影响，修正了 Miner法则。同时采用了修正后的Miner法则对后桥的疲劳寿命进行测试，并将预测结果与实验结果进行比较，表明修正后的疲劳寿命具有更高的精度。1.3 电驱动桥的分类通常根据电机轴的位置，电驱动桥可分为

14、以下几类：1 .当电机轴与驱动轴相互垂直的时候，此时的电机和减速器是在车轮的中间部位，所以采用的是集成式的布置，驱动桥的中心和车轮的中心共线。2 .电机的电机轴和汽车的驱动轴是处在同一条直线上，这样构成的是一个整体式的驱动桥。3 .电机轴与传动轴平行的电驱动桥是将传动轴与电机轴平行放置，并在两者之间设置齿轮减速机构，可以简化系统结构和设计，使汽车底盘布置更加灵活。并且采用驱动电机和减速机构与车桥半轴平行的方式进行布置，这样可以提高车桥的稳定性。减速机构必不可少，因为这样驱动电机才能实现动力传递，但是这样会导致车桥设计人员的工作量和工作难度增加。同轴式电驱动桥的结构和一些传统的驱动桥相比还是有很

15、多不同的地方。它的电机的定子以及底盘是固定在一起的，其电机轴则是一个非常特殊的空心轴，它的位置是位于一端的端盖处，而差速器壳体则是直接与空心轴的壳体焊接在一起，一个半轴是直接穿过电机的轴，另一个由差速器驱动，两个半轴在同一轴上。本文设计的是轻型电动货车的主减速器、选用电机、差速器以及桥壳和半轴等，设计的是同轴一体化集成式驱动桥。1.4 电驱动桥相比传统驱动的优势目前市面上的电驱动桥都是集合了轻量化以及集成化的优势，其中轻量化的优势体现在目前的电驱动桥使用的材料都是轻量化的，可以大大降低轮毂的质量。集成化则体现在电驱动桥的结构紧凑，并且由使用的电机输入能量，其可控性很大。相比而言，传统驱动桥的机动性以及其重量大小就完全不占优势了，所以本次设计也打算选择电驱动桥进行设计。1.5 本次设计研究的基本内容本文以轻型电动货车驱动桥设计为研究对象，对其同轴式电驱动桥进行设计,设计内容如下:1 .选择驱动电机。2 .主减速器齿轮和载荷的计算