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1、电动汽车的设计总体选择原则1.1驱动桥的选择驱动桥位于传动系的末端，其基本功用首先是增扭、降速、改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩,并将动力合理地分配给左、右驱动轮；其次，驱动桥还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力距和反作用力矩等。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成，转向驱动桥还有等速万向节。一、驱动桥设计应当满足的基本要求：1) 所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。 2) 外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。 3) 齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。4) 在各种转速和载荷下具有高的传动效率。
2、5) 在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。6) 与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。7) 结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。二、驱动桥结构方案分析驱动桥分断开式和非断开式。当车轮采用非独立悬架时，驱动桥应为非断开式(或称为整体式)，即驱动桥壳是一根连接左右驱动车轮的刚性空心梁，而主减速器、差速器及车轮传动装置(由左、右半轴组成)都装在它里面。当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单、制造工艺性好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载货汽车、客车及
3、多数的越野汽车和部分小轿车上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式驱动桥结构较复杂，成本较高，但它大大地增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增强了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。本次设计的微型电动货车，因工作环境良好，可选用非独立悬架（具体选择见下一章），故选择非断开式驱动桥结
4、构，以降低成本，使之工作可靠，结构简单，维修调整容易。三、主减速器的选择主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速器形式不同而不同。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。1.螺旋锥齿轮传动螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。但是在工作中噪声大，对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作条件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。为保证齿轮副的正确啮合，必须将支承轴承预紧，提高支承刚度
5、，增大壳体刚度。2.双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动的主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离E，此距离称为偏移距。由于偏移距正的存在，使主动齿轮螺旋角大于从动齿轮螺旋角。根据啮合面上法向力相等，可求出主、从动齿轮圆周力之比式中，、分别为主、从动齿轮的圆周力；、分别为主、从动齿轮的螺旋角。螺旋角是指在锥齿轮节锥表面上展开齿线任意一点的切线与该点和节锥顶点连线之间的夹角。在齿面宽中点处的螺旋角称为中点螺旋角。通常不特殊说明，则螺旋角系指中点螺旋角。双曲面齿轮传动比为式中，为双曲面齿轮传动比；、分别为主、从动齿轮平均分度圆半径。令，则。由于，所以系数K1，一般为
6、1.251.50。螺旋锥齿轮的传动比为这说明：1)当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动有更大的传动比。2)当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。3)当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮直径比相应的螺旋锥齿轮为小，因而有较大的离地间隙。但是，双曲面齿轮传动也存在如下缺点：1)沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率。双曲面齿轮副传动效率约为96，螺旋锥齿轮副的传动效率约为99。2)齿面间大的压力和摩擦功，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，即抗胶合能力较低。3)双曲面主动齿轮具有较
7、大的轴向力，使其轴承负荷增大。4)双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油，螺旋锥齿轮传动用普通润滑油即可。由于双曲面齿轮具有一系列的优点，因而它比螺旋锥齿轮应用更广泛。1.圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动一般采用斜齿轮，广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动桥和双级主减速器贯通式驱动桥。4.蜗杆传动蜗杆传动与锥齿轮传动相比：在轮廓尺寸和结构质量较小的情况下，可得到较大的传动比(可大于7)。在任何转速下使用均能工作得非常平稳且无噪声。便于汽车的总布置及贯通式多桥驱动的布置。能传递大的载荷，使用寿命长。结构简单，拆装方便，调整容易。但是由于蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制作，故成
8、本较高；另外，传动效率较低。蜗杆传动主要用于生产批量不大的个别重型多桥驱动汽车和具有高转速发动机的大客车上。综合考虑此次设计的微型电动货车的设计要求以及各种传动的优缺点，则可选择性能较好的双齿面齿轮传动。四、差速器的选择汽车在行驶过程中，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，如转弯时内侧车轮行程比外侧车轮短；左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶或直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使
9、转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左、右车轮间都装有轮间差速器。在多桥驱动的汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷、传动系零件损坏、轮胎磨损和燃料消耗等。差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同角速度转动。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。1普通锥齿轮式差速器由于普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳可靠，所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。图为其示意图，图中为差速器壳的角速度；、分别为左、右两半轴的角速度；为差速器壳接受的转矩；为差速器的内摩擦力矩；、分别为左、右两
10、半轴对差速器的反转矩。根据运动分析可得显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。根据力矩平衡可得差速器性能常以锁紧系数k是来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，由下式确定可得定义快慢转半轴的转矩比,则与k之间有普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为，两半轴转矩比=，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不
11、得不随附着系数小的一侧同样地减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。2.摩擦片式差速器为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮与差速器壳之间装上了摩擦片。两根行星齿轮轴互相垂直，轴的两端制成V形面与差速器壳孔上的V形面相配，两个行星齿轮轴的V形面是反向安装的。每个半轴齿轮背面有压盘和主、从动摩擦片，主、从动摩擦片分别经花键与差速器壳和压盘相连。当传递转矩时，差速器壳通过斜面对行星齿轮轴产生沿行星齿轮轴线方向的轴向力，该轴向力推动行星齿轮使压盘将摩擦片压紧。当左、右半轴转速不等时，主、从动摩擦片间产生相对滑转，从而产生摩擦力矩。此摩擦力矩Tr，与差速器所传递的转矩丁。成正比，可表示为示为式中，为摩
12、擦片平均摩擦半径；为差速器壳V形面中点到半轴齿轮中心线的距离；f为摩擦因数；z为摩擦面数；为V形面的半角。摩擦片式差速器的锁紧系数k可达0.6，可达4。这种差速器结构简单，工作平稳，可明显提高汽车通过性。1.强制锁止式差速器 当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，啮合接合器(即差速锁)将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用地面的附着系数，使牵引力对于装有强制锁止式差速器的4X2型汽车，假设一驱动轮行驶在低附着系数甲的路面上，另一驱动轮行驶在高附着系数的路面上，这样装有普通锥齿轮差速器的汽车所能发挥的最大牵引力为式中，为驱动桥上的负荷。如果差速器完全锁
13、住，则汽车所能发挥的最大牵引力为可见，采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住，可使汽车的牵引力提高倍，从而提高了汽车通过性。当然，如果左、右车轮都处于低附着系数的路面，虽锁住差速器，但牵引力仍超过车轮与地面间的附着力，汽车也无法行驶。强制锁止式差速器可充分利用原差速器结构，其结构简单，操作方便。目前，许多使用范围比较广的重型货车上都装用差速锁。4.滑块凸轮式差速器差速器的主动件是与差速器壳连接在一起的套，套上有两排径向孔，滑块装于孔中并可作径向滑动。滑块两端分别与差速器的从动元件内凸轮和外凸轮接触。内、外凸轮分别与左、右半轴用花键连接。当差速器传递动力时，主动套带动滑块并通过滑块带动内、外凸轮旋转，
14、同时允许内、外凸轮转速不等。理论上凸轮形线应是阿基米德螺线，为加工简单起见，可用圆弧曲线代替。 滑块凸轮式差速器址一种高摩擦自锁差速器，其结构紧凑、质量小。但其结构较复杂，礼零件材料、机械加工、热处耶、化学处理等方面均有较高的技术要求。5.蜗轮式差速器蜗轮式差速器也是一种高摩擦自锁差速器。蜗杆同时与行星蜗轮与半轴蜗轮啮合，从而组成一行星齿轮系统。这种差速器半轴的转矩比为式中，为蜗杆螺旋角；为摩擦角。 蜗轮式差速器的半轴转矩比可高达，锁紧系数是达。但在如此高的内摩擦情况下，差速器磨损快、寿命短。当把降到，k降到时，可提高该差速的使用寿命。由于这种差速器结构复杂，制造精度要求高，因而限制了它的应用
15、。6.牙嵌式自由轮差速器牙嵌式自由轮差速器是自锁式差速器的一种。装有这种差速器的汽车在直线行驶时，主动环可将由主减速器传来的转矩按左、右轮阻力的大小分配给左、右从动环(即左、右半轴)。当一侧车轮悬空或进入泥泞、冰雪等路面时，主动环的转矩可全部或大部分分配给另一侧车轮。当转弯行驶时，外侧车轮有快转的趋势，使外侧从动环与主动环脱开，即中断对外轮的转矩传递；内侧车轮有慢转的趋势，使内侧从动环与主动环压得更紧，即主动环转矩全部传给内轮。由于该差速器在转弯时是内轮单边传动，会引起转向沉重，当拖带挂车时尤为突出。此外，由于左、右车轮的转矩时断时续，车轮传动装置受的动载荷较大，单边传动也使其受较大的载荷。 牙嵌式自由轮差速器的半轴转矩比是可变的，最大可为无穷大。该差速器工作可靠，使用寿命长，锁紧性能稳定，制造加工也不复杂。综合考虑，选取普通锥齿轮式差速器。五、车轮传动装置设计 车轮传动装置位于传动系的末端，其基本功用是接受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。对于非断开式驱动桥，车轮传动装置的主要零件为半轴；对于断开式驱动桥和转向驱动桥，车轮传动装置为万向传动装置。 半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。 半浮式半轴的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔，车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮
