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畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 電動車輪邊驅動系統(tǒng)設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程 學 生 姓 名: 蔣善毅 導 師 姓 名: 安永東 開 題 時 間: 2011.2.28 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 蔣善毅 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程07-11班 指導教師姓名 安永東 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是√否 題目名稱 電動車輪邊驅動系統(tǒng)設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 隨著電動汽車技術得到了不斷的發(fā)展，作為電動汽車關鍵技術之一的電力驅動系統(tǒng)(包括電氣系統(tǒng)、變速裝置和車輪)出現(xiàn)了許多新的技術方案，其中，輪轂式電力驅動是一種極有發(fā)展前景的驅動形式。它直接將電動機安裝在車輪輪轂中， 省略了傳統(tǒng)的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件，大大簡化了整車結構、提高了傳動效率。通過控制技術實現(xiàn)對電動輪的電子差速控制，可以改善車輛驅動性能和行駛性能，且有利于整車的布置等優(yōu)點。將這樣的結構稱為電動輪(In-wheel Motor)。本文研究的問題就是以電動輪驅動技術作為背景的。 在電動輪研究與應用方面，目前國外電動輪的研究、應用主要以日本、美國為主，如日本慶應大學環(huán)境信息學部清水浩教授領導的電動汽車研究小組在過去的十幾年中，一直以輪轂電機驅動的電動汽車作為理想的研發(fā)目標，至今已試制了五種不同形式的樣車。其中，1991年與東京電力公司共同開發(fā)的四座電動汽車IZA，采用Ni-Cd電池為動力源，以四個額定功率為6.8kw，峰值功率達到25kw的外轉子永磁輪轂電機驅動，最高時速可達176km/h；2001年，該小組又最新推出了以鋰電池為動力源，采用8個大功率交流同步輪轂電機獨立驅動的電動大轎車KAZ，該車充分利用電動輪驅動系統(tǒng)布置靈活的特點，打破傳統(tǒng)在KAZ轎車上安裝了8個車輪，大大增加了動力，從而使該車的最高時速可以達到驚人的311km／h。KAZ的電動輪系統(tǒng)中采用了高轉速、高性能的內轉子電動機，其峰值功率可達55kw，大大提高了KAZ的極限加速能力，使其0一100km加速時間達到8秒，如圖 1.1所示。另外，慶應大學電動汽車研究團隊與38家同本民營企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了時速達到400 km／h的電動汽車Eliica，該車以充電鋰電池為能源，并對8個車輪配有8個獨立的驅動電機，如圖 1.2所示。日本豐田汽車公司開發(fā)的Fine-x電動車，四輪獨立驅動控制搭配內置于四輪內的電動馬達，四輪輪邊驅動技術使該車具有報高的機動性及動力[1]。美國通用公司2001年試制的全新線控四輪驅動燃料電池概念車Autonomy也是采用電動輪驅動形式的(見圖 1.3)。加拿大TM4公司所設計的電動輪結構形式清晰，采用外轉予永磁電動機。將電動機轉子外殼直接與輪轂相連，將電動機外殼作為車輪的組成部分，并且電動機轉子外殼集成為鼓式制動器的制動鼓，制動蹄片直接作用在電動機外殼上，省去制動鼓的結構，減輕了電動輪系統(tǒng)的質量．集成化設計程度相當高,電動輪結構如圖 1.4所示。TM4公司研制的這個電動輪系統(tǒng)的永磁無刷直流電動機性能非常高，其峰值功率可咀達到80kw，峰值扭矩為670Nm．最高轉速為1385rpm，額定功率為18.5kw．額定轉速為950rpm，額定工況下的平均效率可以達到96.3%。 國內，哈爾濱工業(yè)大學一愛英斯電動汽車研究所研制開發(fā)的EV96-1型電動汽車驅動電動輪也屬于外轉予型電動機。該電動機選用的是一種“多態(tài)電動機”的永磁電動機，兼有同步電動機和異步電動機的雙重特性，集成盤式制動囂，采用風凈敖熱系統(tǒng)。同濟大學汽車學院試制的四輪驅動電動汽車“春暉一號”、“春暉二號一和“春暉三號"均采用四個直流無刷輪轂電動機，外置式盤式制動器。比亞迪于2004年在北京車展上展出的ET概念車也采用了4個輪邊電機獨立驅動的模式。中國科學院北京三環(huán)通用電氣公司研制的電動轎車用直流無刷輪轂電機，又稱電動車輪。單個電動車輪功率為7.5kW，電壓264V，雙后輪直接驅動。 國內，哈爾濱工業(yè)大學一愛英斯電動汽車研究所研制開發(fā)的EV96-1型電動汽車驅動電動輪也屬于外轉予型電動機。該電動機選用的是一種“多態(tài)電動機”的永磁電動機，兼有同步電動機和異步電動機的雙重特性，集成盤式制動囂，采用風凈敖熱系統(tǒng)。同濟大學汽車學院試制的四輪驅動電動汽車“春暉一號”、“春暉二號一和“春暉三號"均采用四個直流無刷輪轂電動機，外置式盤式制動器。比亞迪于2004年在北京車展上展出的ET概念車也采用了4個輪邊電機獨立驅動的模式。中國科學院北京三環(huán)通用電氣公司研制的電動轎車用直流無刷輪轂電機，又稱電動車輪。單個電動車輪功率為7.5kW，電壓264V，雙后輪直接驅動。 圖 Error! No text of specified style in document..1KAZ電動汽車 圖 Error! No text of specified style in document..2 Eliica電動汽車 圖 Error! No text of specified style in document..3 Eliica電動汽車 圖 Error! No text of specified style in document..4 TM4一電動輪系統(tǒng) 本文研究所應用的減速驅動型電動輪，需要合適的減速器作為電動輪的減速裝置。原則上既可以選擇可變速比齒輪減速器，也可以選擇固定速比齒輪減速器。雖然可變速比齒輪減速器傳動具有以下優(yōu)點：應用常規(guī)驅動電動機系統(tǒng)可以在低檔位得到較高的啟動轉矩，在高檔位得到較高的行駛速度，但是缺點就是體積大、質量大、成本高、可靠性低、結構復雜。實際上，現(xiàn)在所有電動車都采用了固定速比齒輪變速器作為減速裝置。并把安裝在電動輪輪轂內的定減速比減速器稱為輪邊減速器(Wheel Reducer)。帶輪邊減速器電動輪電驅動系統(tǒng)能適應現(xiàn)代高性能電動汽車的運行要求。輪邊減速器將動力從原動機(此研究中即為輪轂驅動電機)直接傳遞給車輪，其主要功能是降低轉速、增加轉矩，從而使原動機的輸出動力能夠滿足電動轎車的行車動力需求。按照齒輪及其布置型式，輪邊減速器有行星齒輪式及普通圓柱齒輪式兩種結構。這兩種結構形式在工程中都已有成功應用，例如在奧地利微型越野汽車“Steyr-puch Haflinger"的斷開式后驅動橋中就采用了普通圓柱齒輪式輪邊減速器；在某些雙層公交汽車的驅動橋中，為了降低車廂與地板的高度，有時也采用普通圓柱齒輪式輪邊減速器作為汽車的第二級減速裝置；日本開發(fā)的輕型輪式電機電動汽車Luciole，采用的是內轉子高速無刷直流電動機．行星齒輪-鼓式制動器的驅動系統(tǒng)，也應用了輪邊減速器；“太脫拉111R”重型汽車的貫通式中橋、法國索瑪MTP型自卸汽車、斯太爾汽車后驅動橋等都采用了行星齒輪式輪邊減速器；在電動汽車領域，在輪邊減速器的應用上，主要以日本應慶大學開發(fā)研制的八輪輪邊驅動電動汽車“KAZ”最為成功，為了使得電動機輸出轉速符合實際轉速要求，KAZ的電動輪系統(tǒng)配置了一個傳動比為4.588的行星齒輪減速器，圖 1.5為KAZ的前、后電動輪系統(tǒng)的結構圖，從圖中可以看見行星減速器為傳動主題的輪邊減速裝置。 （a） 前輪 （b） 后輪 圖 Error! No text of specified style in document..5 KAZ電動輪系統(tǒng)結構圖 設計一種微型電動車用的輪邊減速器，是為電動汽車的輪邊驅動系統(tǒng)使用，工作力矩較小，但因沒有主減速器而需要更大的減速比。大型車輛的輪邊減速器的結構型式可以為電動汽車的輪邊減速器提供參考，縮小結構尺寸，而增大減速比，滿足輪邊驅動系統(tǒng)的使用要求。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 （一）主要設計內容 行星齒輪減速器齒輪幾何尺寸計算、減速器各級齒輪的校核、軸承選取及壽命計算、軸的設計、箱體設計。 第2章 輪邊減速器設計 2.1 電動輪的類型及選擇 2.2 輪邊減速器的傳動方案 第3章 輪邊驅動的參數(shù)確定及關鍵零部件的設計 3.1 驅動電機性能參數(shù)的確定 3.2 減速器關鍵零部件的設計 3.3 輪邊減速器的潤滑 3.4 輪邊減速器零部件之間的裝配關系 第4章 行星齒輪傳動的傳動結構的設計 4.1 行星齒輪傳動的均載機構 4.2 行星齒輪傳動的齒輪結構設計 三、技術路線（研究方法） 調查研究 輪邊驅動系統(tǒng)工作要求、主要技術指標的分析 數(shù)據計算、分析、處理 輪邊驅動系統(tǒng)結構設計、行星齒輪設計 輪邊減速器進行優(yōu)化分析 確定最終設計結果 四、進度安排 1、進行文獻檢索查，查看相關資料，對課題的基本內容有一定的認識和了解。完成開題報告。第1-2周（2月28日～3月11日） 2、初步確定設計的總體方案，討論確定方案；對減速器進行初步設計和選取。第3-6周（3月14日～4月8日） 3、提交設計草稿，進行討論，修定。第7周（4月11日～4月15日） 4、詳細設計液壓系統(tǒng)，設計非標件，繪制裝配圖及零件圖。第8-12周（4月18日～5月20日） 5、提交正式設計，教師審核。第13-14周（5月23日～6月3日） 6、按照審核意見進行修改。第15周（6月6日～6月10日） 7、整理所有材料，裝訂成冊，準備答辯。第16周（6月13日～6月17日） 五、參考文獻 [1] 宋佑川，金國棟．電動輪的類型與特點．城市公路交通，2004．4 [2] 饒振剛．行星齒輪傳動設計．北京：化學工業(yè)出版社，2003．9 [3]劉維信．汽車設計(第1版)．北京：清華大學出版社。2007 [4]饒振綱．行星傳動機構設計(第二版)．北京：國防：工業(yè)出版社，1994 [5] [6] [5]孫恒，陳佐模．機械原理(第六版)．北京：高等教育出版社，2002 [6]成大龍．機械設計手冊(第三版，第二卷)．北京：化學工業(yè)出版社，1999 [7]程乃士.減速器和變速器設計與選用手冊．北京：機械工業(yè)出版社，2007 [8]余志生．汽車理論．北京：機械工業(yè)出版社，2000 [9]陳家瑞．汽車構造(下冊)．北京：機械工業(yè)出版社，2006 [10] 胡驊，宋慧．電動汽車．北京，人民交通出版社，2000 [11] 濮良貴，紀明剛．機械設計(第七版)．北京：高等教育出版社，2002 [12] 王望予．汽車設計(第3版)．北京：機械工業(yè)出版社，2000 [13] Ron McCoy．VLrtual Prototyping：The Practical Solution．Inventor’Digest,May／June 1998 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日