【電動(dòng)汽車兩檔AMT自動(dòng)變速器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)9800字（論文）】

電動(dòng)汽車兩檔AMT自動(dòng)變速器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)1650604559目錄 3517071167摘要 51696268007第一章緒論 713309797241.1課題研究背景 715865541161.2研究目的及意義 720580664601.3電動(dòng)汽車AMT國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 84038909911.4電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 9775701.5電動(dòng)汽車換擋試驗(yàn)臺(tái)架國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1013037189901.6本課題的主要研究內(nèi)容 12829414589第二章AMT傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 136546446462.1引言 1310538417412.2變速器基本設(shè)計(jì)方案 1416205041782.2.3變速器參數(shù) 1414261083922.2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案 145387601772.2.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配 1511512390872.2.6變速器傳動(dòng)比參數(shù)選擇 1547675739第三章變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 152747450423.1一擋齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 155500798443.2二擋齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 172748377733.3主減速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 1821086097613.4各齒輪參數(shù) 191629110333第四章變速器傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算 19408674814.1輸入軸設(shè)計(jì)計(jì)算 1918124697744.2輸出軸設(shè)計(jì)計(jì)算 22123958923第五章軸承的校核計(jì)算 253184812715.1輸入軸的軸承校核 2511854733735.2輸出軸的軸承校核 262045186792第六章減速器的潤滑和密封 278311592626.1減速器的潤滑 2720600763466.2減速器的密封 282059213559參考文獻(xiàn) 30第一章緒論1.1課題研究背景近年來隨著科技的發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，但隨著汽車數(shù)量的增多，帶來的能源緊張和環(huán)境污染問題也愈加嚴(yán)重。能源危機(jī)和環(huán)境污染問題是威脅到全人類生存的關(guān)鍵問題，它們是汽車行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。因此加快培育和發(fā)展節(jié)能汽車和新能源汽車，既是有效緩解能源和環(huán)境壓力、推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務(wù)，也是加快汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)和國際競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略舉措。為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī)問題，歐美日等發(fā)達(dá)國家先后制定了嚴(yán)格的汽車排放限制法規(guī)和燃油控制政策。2012年我國公布了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，制訂了以純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車為新能源汽車的主要路線。1.2研究目的及意義速時(shí)恒轉(zhuǎn)矩，高速時(shí)恒功率的特性，能較好地滿足車輛運(yùn)行需求。與普通內(nèi)燃機(jī)汽車相比，具有無污染、噪聲低及節(jié)省石油資源的特點(diǎn)，從而緩解了能源緊缺的壓力，解決了汽車對(duì)環(huán)境污染的問題。同時(shí)隨著科技進(jìn)步，電動(dòng)汽車的性能指標(biāo)會(huì)不斷提升，價(jià)格也會(huì)進(jìn)一步降低，電動(dòng)汽車必將成為未來的主要交通工具之一。電動(dòng)汽車的投入運(yùn)行不僅對(duì)緩解世界能源危機(jī)以及環(huán)境問題有著重要的作用，并且對(duì)于我國自身相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及我國汽車業(yè)在國際中的地位也有著極其重要的意義。傳動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車的核心組成部分，其技術(shù)創(chuàng)新是電動(dòng)汽車發(fā)展的必經(jīng)之路，在動(dòng)力電池和其它技術(shù)取得有效突破之前，對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行深入研究是提高電動(dòng)汽車性能的重要手段之一。變速器作為車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，給電動(dòng)汽車匹配一個(gè)高性能的自動(dòng)變速器也成為熱點(diǎn)研究方向。目前，汽車上使用較多的自動(dòng)變速器包括AT(AutomaticTransmission)、CVT(ContinuouslyVariableTransmission)、DCT(DualClutchTransmission)、AMT(AutomatedMechanicalTransmission)四種。AT主要由液力變矩器和行星齒輪減速機(jī)構(gòu)組成,液力變矩器依靠工作輪葉片和工作液體間的相互作用引起機(jī)械能與液體能之間的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。AT可連續(xù)變速和變矩，但傳動(dòng)效率不高，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，制造維修困難。CVT的主要部件是帶V型槽的帶輪、金屬帶，依靠其間的摩擦力來傳遞動(dòng)力。其主、從動(dòng)帶輪的直徑自動(dòng)可調(diào)，傳動(dòng)比可連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)了真正的無級(jí)變速。CVT換擋平滑，舒適性、經(jīng)濟(jì)性好，但金屬帶的壽命和強(qiáng)度低的問題使得摩擦轉(zhuǎn)矩和傳遞功率受限，而且零件精度、造價(jià)都較高。DCT存在兩個(gè)由電控系統(tǒng)控制的離合器，在需要換擋時(shí)，一個(gè)離合器預(yù)先結(jié)合目標(biāo)擋位齒輪，另一個(gè)離合器則分離當(dāng)前擋位齒輪，從而實(shí)現(xiàn)了無動(dòng)力中斷換擋。但它對(duì)換擋邏輯和控制精度要求較高，成本與AT相當(dāng)，但可靠性卻低于AMT。AMT由MT改裝而來，它是將MT的換擋桿改為由單片機(jī)控制的電機(jī)來操作的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有傳動(dòng)效率高、成本低且易于制造的特點(diǎn)，適合我國變速技術(shù)發(fā)展的國情。但選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積大、換擋能耗高、換擋品質(zhì)差是一直存在的問題。本課題針對(duì)電動(dòng)汽車純電動(dòng)力輸出的工作特性，從AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)換擋驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)出發(fā)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一類應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)的單自由度電磁執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)撥叉進(jìn)行換擋的AMT電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，研制了應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)的AMT電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，并進(jìn)行了可行性分析和性能研究。在純電動(dòng)車輛中引入直驅(qū)技術(shù)，可以提高傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，降低換擋過程中的能量損耗，縮短動(dòng)力中斷時(shí)間，進(jìn)而提升電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。1.3電動(dòng)汽車AMT國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)對(duì)AMT變速器進(jìn)行了深入研究，到80年代已經(jīng)制造出可以裝車的AMT產(chǎn)品。從1986年起，法拉利、依維柯、寶馬、五十鈴、阿爾法羅密歐先后使用了AMT變速器。到了90年代，AMT的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，使得車輛在各工況下的起步性能和換擋品質(zhì)有了進(jìn)一步的提高。AMT先后經(jīng)歷了電控氣動(dòng)式、電控液動(dòng)式、電控電動(dòng)式的發(fā)展階段。電控氣動(dòng)式AMT通過壓縮氣缸氣體來進(jìn)行選換擋，適用于裝有充足氣源的重型車輛上，換擋過程平順，但氣壓遲滯性使得換擋過程動(dòng)力中斷時(shí)間較長。電控液動(dòng)式AMT通過液壓缸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行選換擋，容量大且易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，但液壓遲滯性和系統(tǒng)穩(wěn)定性是-直存在的問題。電控電動(dòng)式AMT又稱全電式AMT，它通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行換擋，取代了氣缸或液壓缸，從而簡化了選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積。全電式AMT憑借體積小巧、響應(yīng)迅速、傳動(dòng)效率高、可靠性強(qiáng)成為了AMT研究的重點(diǎn)。雖然AMT都是在原手動(dòng)變速器基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，加上一套帶自動(dòng)控制的選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但由于各廠家的控制策略和制造水平不同，AMT產(chǎn)品的性能也不一樣。像IVECO搭載的ZFAS-Tronic16擋變速器，它取消了離合器踏板和同步器，變速器所有功能都集成在換擋控制模塊中，AMT自動(dòng)換擋的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)或者氣動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在變速器殼體上，拆卸很方便，但帶來的問題就是維修費(fèi)用高昂。我國在電動(dòng)車AMT方面的研究相對(duì)起步較晚，但近年來也在控制策略、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)等方面進(jìn)行了深入的研究。國內(nèi)對(duì)純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的研究主要集中在電機(jī)控制策略和對(duì)固定速比變速器的傳動(dòng)比匹配或兩擋變速器的傳動(dòng)比優(yōu)化上。吉林大學(xué)的葛安林創(chuàng)新性的提出了根據(jù)加速度、速度和油門三參數(shù)動(dòng)態(tài)最佳換擋規(guī)律，隨后又進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)車輛工況、環(huán)境、駕駛員駕駛技術(shù)等，在原換擋規(guī)律上加權(quán)，提出智能控制換擋規(guī)律，并取得了良好的效果。北京理工大學(xué)成立車輛傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)了客車三擋AMT，分別采用了氣壓、液壓、電機(jī)作為換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使整車經(jīng)濟(jì)性提高了9%，0-50km/h加速時(shí)間縮短了18%，但撥叉滑塊的磨損和變速器換擋機(jī)構(gòu)強(qiáng)度較低是一直未能解決的問題。他們參與了國家“863”項(xiàng)目等多個(gè)科研工作，取得了多項(xiàng)科研成果和國家專利。湖南中德汽車自動(dòng)變速器公司的魏英俊和南京理工的李勇等人研制了新型全電式AMT選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu),討論了全電式AMT與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化控制,并已完成裝車試驗(yàn)。目前對(duì)于AMT換擋控制策略的研究也逐步取得較大進(jìn)展。AMT換擋過程控制策略研究的重點(diǎn)是離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)控制。北京理工大學(xué)的王陽等分析了純電動(dòng)汽車AMT掛擋時(shí)打齒現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理，提出通過降低同步器軸向運(yùn)動(dòng)速度來避免換擋打齒的方法，但帶來的直接問題就是換擋時(shí)間較長。此外，北京理工大學(xué)的陳泳丹等人針對(duì)純電動(dòng)汽車AMT換低擋困難的問題，提出了換擋過程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際調(diào)速值應(yīng)該高于理論值的策略，使摩擦阻力矩與同步力矩的方向一致有助于縮短換擋時(shí)間。1.4電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配的研究大都首先根據(jù)電動(dòng)汽車的動(dòng)力設(shè)計(jì)要求，即最高車速、最大爬坡度和加速時(shí)間來確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。其次在驅(qū)動(dòng)電機(jī)選定的情況下，匹配了變速器和主減速器用來進(jìn)一步滿足車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性要求。選擇合適的變速器擋位數(shù)以及變速器、主減速器傳動(dòng)比能在提升驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩的同時(shí)很好的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車車速間的關(guān)系，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)在不同的電動(dòng)汽車工況下工作于不同的工作點(diǎn)，因此直接影響到電機(jī)的效率，進(jìn)而影響整車?yán)m(xù)駛里程。英國桑德蘭大學(xué)和德國達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)都對(duì)比研究了安裝固定速比減速器和兩擋變速器的純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能。桑德蘭大學(xué)的仿真結(jié)果表明，兩擋變速器可有效的降低能耗并減小動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的尺寸和重量，達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)通過臺(tái)架試驗(yàn)證明了安裝兩擋變速器可明顯改善純電動(dòng)汽車的性能，但兩者都沒從如何提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率方面來匹配變速器傳動(dòng)比。荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)建立了從輪胎到電池的仿真模型，研究了變速器類型、換擋策略、主減速器速比對(duì)整車能量效率的影響。美國通用汽車公司推出的轎車Volt,動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)在單行星排上增加三個(gè)摩擦片離合器，可提供兩條不同速比的驅(qū)動(dòng)回路。英國薩里大學(xué)通過將驅(qū)動(dòng)電機(jī)小型化，優(yōu)化換擋控制策略，使得整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性相比固定擋位傳動(dòng)比的車型有了很大提升。意大利OerlikonGraziano公司研發(fā)了小型電動(dòng)汽車的兩擋變速器,仿真結(jié)果表明該變速系統(tǒng)可明顯降低電池能耗，但如何提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率的問題有待于進(jìn)一步研究。重慶大學(xué)的胡明輝、吉毅等人在進(jìn)行電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配時(shí)以整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，分析了電機(jī)比功率、恒功率擴(kuò)大系數(shù)和傳動(dòng)系傳動(dòng)比范圍的耦合關(guān)系，得到恒功率擴(kuò)大系數(shù)、擋位數(shù)和傳動(dòng)比范圍的確定原則。北京航空航天大學(xué)的姬芬竹等人研究了電動(dòng)汽車變速器擋位數(shù)和傳動(dòng)比確定原則，得出電機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速必須與傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)合理匹配，但并未給出使電機(jī)效率最大化的傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配原則。湖南大學(xué)王小軍以汽車動(dòng)力性為約束條件，以各循環(huán)工況整車最小能耗為目標(biāo)優(yōu)化了換擋控制策略和變速器傳動(dòng)比，提出了兩擋變速器和無級(jí)變速器兩種方案。西北工業(yè)大學(xué)的王峰研發(fā)了電動(dòng)汽車雙電機(jī)行星輪系傳動(dòng)裝置，根據(jù)動(dòng)力性要求對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)匹配，并優(yōu)化了變速器傳動(dòng)比，使電機(jī)、電池和整車動(dòng)力性的匹配更加合理，然而如何保證車輛行駛時(shí)電機(jī)效率最大化仍是下一步需要研究的重點(diǎn)。江蘇大學(xué)的陳燎在匹配電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，提出固定速比變速器和兩擋變速器兩種方案，采用遺傳算法對(duì)變速器傳動(dòng)比進(jìn)行了優(yōu)化仿真，結(jié)果表明匹配兩擋變速器能在滿足動(dòng)力性要求的前提下，續(xù)航里程提高21.3%。湖南大學(xué)的黃偉設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車兩擋變速器能降低對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和峰值轉(zhuǎn)矩的需求，通過優(yōu)化電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速區(qū)間，使得整車的效率有了大幅提升，但并未考慮車輛以常用車速行駛時(shí)對(duì)電機(jī)效率的影響。上海理工大學(xué)的石飛飛在匹配電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)，結(jié)合電動(dòng)汽車滑行試驗(yàn)結(jié)果對(duì)整車阻尼進(jìn)行了計(jì)算，基于Cruise對(duì)整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真，分析了NDEC工況下的能耗，結(jié)果表明所匹配的傳動(dòng)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。1.5電動(dòng)汽車換擋試驗(yàn)臺(tái)架國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外對(duì)電動(dòng)汽車換擋試驗(yàn)臺(tái)架的研究主要分為同步器單體試驗(yàn)臺(tái)和變速器總成試驗(yàn)臺(tái)。研發(fā)變速器換擋試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵是換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制和整車慣量的模擬，而在換擋過程中負(fù)載慣量的模擬方法主要有電慣量模擬、機(jī)械慣量模擬和混合慣量模擬三種。法國ETSm實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了-套用于測試同步器性能的同步器單體試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)將整車慣量用電慣量進(jìn)行模擬，用氣動(dòng)方式模擬換擋力，實(shí)現(xiàn)在換擋過程中對(duì)同步器的力學(xué)特性測試。日本的AutoMAX公司設(shè)計(jì)的同步器性能測試試驗(yàn)臺(tái)采用一種機(jī)械手換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它采用液壓驅(qū)動(dòng)，柔度好、穩(wěn)定，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度的提升仍是下一步研究的重點(diǎn)。美國寶克公司設(shè)計(jì)的變速器換擋試驗(yàn)臺(tái)的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單、可控性好，無需液壓油。德國KLOTZ公司設(shè)計(jì)的同步器性能試驗(yàn)臺(tái)采用二次液力發(fā)動(dòng)機(jī)作為臺(tái)架動(dòng)力源，通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩來模擬整車慣量，可模擬汽車上下坡和突然加速等換擋工況，但帶來的問題就是臺(tái)架龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。新日本特機(jī)株式會(huì)社研發(fā)的變速器換擋試驗(yàn)臺(tái)采用電慣量模擬整車慣量，可測試同步器性能、耐久度和噪聲等。我國變速器換擋試驗(yàn)臺(tái)相比國外還有一定的差距，原因在于對(duì)變速器換擋試驗(yàn)臺(tái)的搭建和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性及其處理還存在欠缺。而近年來，我國在變速器臺(tái)架試驗(yàn)這一領(lǐng)域取得的成就還是較為可觀的。東南大學(xué)設(shè)計(jì)了一套同步器單體試驗(yàn)臺(tái)，采用電慣量模擬整車慣量，并且輸入、輸出慣量模擬在臺(tái)架同側(cè)，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)，通過臺(tái)架上的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、力、位移等各類傳感器，可以較為準(zhǔn)確的測得換擋同步時(shí)間和同步過程中接合套與目標(biāo)擋齒輪齒圈的摩擦數(shù)。但如何將測功機(jī)的渦輪遲滯效應(yīng)的影響降到最低是下一步研究的重點(diǎn)。吉林大學(xué)研究人員研發(fā)了一種利用直流電機(jī)模擬整車慣量的電慣量模擬方法。該方法依靠電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)下的調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)電機(jī)電流和轉(zhuǎn)速，對(duì)電機(jī)電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制來實(shí)現(xiàn)，但這樣一來對(duì)電機(jī)的控制策略提出了很高的要求。合肥工業(yè)大學(xué)的蔡高坡設(shè)計(jì)的同步器換擋耐久試驗(yàn)臺(tái)使用機(jī)械慣量模擬方法，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電子液控式，通過不斷調(diào)整AMT的換擋參數(shù)，改善了換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)與同步器的聯(lián)合換擋次數(shù)未能達(dá)到預(yù)期要求的現(xiàn)狀，但如何提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度有待于進(jìn)一步研究。重慶大學(xué)田勝利設(shè)計(jì)的變速器換擋性能試驗(yàn)臺(tái)采用機(jī)械手進(jìn)行各擋位的選換，可完成交叉換擋試驗(yàn)和順序換擋試驗(yàn)，同時(shí)避免了機(jī)械手與變速器其它部件的運(yùn)動(dòng)干涉，但如此一來在實(shí)車上卻較難實(shí)現(xiàn)。吉林大學(xué)孫少華搭建的純電動(dòng)客車動(dòng)力系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)使用電慣量模擬方法，分別進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩閉環(huán)性能測試，AMT系統(tǒng)靜態(tài)換擋測試，換擋過程控制策略調(diào)試，驗(yàn)證了AMT換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制性能和換擋控制邏輯的有效性。南昌大學(xué)王光明設(shè)計(jì)的兩擋AMT換擋試驗(yàn)臺(tái)架能可靠的完成換擋操作，基于電機(jī)調(diào)速的換擋控制策略可縮短換擋過程同步時(shí)間，降低換擋沖擊和頓挫，但換擋時(shí)間較長，因此如何提高電機(jī)調(diào)速時(shí)間有待解決。湖南大學(xué)的周晶晶基于換擋控制策略搭建了車輛1/2試驗(yàn)臺(tái)架，整車慣量采用飛輪來模擬，對(duì)AMT換擋系統(tǒng)進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)及換擋試驗(yàn)，結(jié)果表明換擋時(shí)間、換擋沖擊與換擋噪聲都在合理范圍內(nèi)，但仍未解決換擋時(shí)動(dòng)力中斷時(shí)間較長的問題。重慶大學(xué)吉毅設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車傳動(dòng)性能試驗(yàn)臺(tái)使用慣性飛輪來模擬整車慣量，通過換擋試驗(yàn)驗(yàn)證了換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)能較好的滿足換擋要求，同時(shí)驗(yàn)證了所提出的AMT故障診斷和處理策略也是行之有效的。1.6本課題的主要研究內(nèi)容計(jì)算了傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比，齒輪的計(jì)算，軸的選配強(qiáng)度等。設(shè)計(jì)中利用已知參數(shù)確定變速器各參數(shù)，對(duì)軸和各擋齒輪進(jìn)行校核，繪制出裝配圖及零件圖。同時(shí)本設(shè)計(jì)對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了匹配設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明達(dá)到性能要求。

第二章AMT傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1引言目前傳統(tǒng)汽車上使用的自動(dòng)變速器主要包括液力機(jī)械式自動(dòng)變速器（AT）、無級(jí)自動(dòng)變速器（CVT）、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）和雙離合自動(dòng)變速器（DCT）。液力機(jī)械式自動(dòng)變速器（AT）裝配有復(fù)雜的行星齒輪機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率較低、制造工藝高。無級(jí)自動(dòng)變速器（CVT）可以提高整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，但金屬帶易磨損且造價(jià)昂貴，消費(fèi)者不易接受。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）起步迅速而平穩(wěn)、換檔快捷且沖擊小，且傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造和維護(hù)成本低，它被公認(rèn)為是一種較有前途的自動(dòng)變速方式，但換檔過程有動(dòng)力中斷，舒適性較差。雙離合自動(dòng)變速器（DCT）具有AMT的特點(diǎn)，且可以消除其中斷動(dòng)力換檔的缺點(diǎn)，但雙離合器總成制造困難，控制復(fù)雜，成本高。綜合以上各變速器的特點(diǎn)，故選用電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）作為設(shè)計(jì)參考，本文所設(shè)計(jì)的變速器為機(jī)械式兩檔變速器。2.2變速器基本設(shè)計(jì)方案2.2.3變速器參數(shù)產(chǎn)品名稱：兩檔AMT變速器尺寸：342X389X486重量：≤30KG輸入軸與差速器中心距：204mm最大輸入扭矩：230N.m最高輸入轉(zhuǎn)速：9000rpm速比：9.07/5.51換擋時(shí)間：≤0.85總傳動(dòng)效率：≥96.5%噪音：83db@4000rpm壽命：20x104Km2.2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案圖1兩檔變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案圖圖中，1：一擋主動(dòng)齒輪；3：一擋從動(dòng)齒輪；2：二擋主動(dòng)齒輪；4：二擋從動(dòng)齒輪；5：主減速器主動(dòng)齒輪；6：主減速器從動(dòng)齒輪。=1\*ROMANI：變速器輸入軸；=2\*ROMANII：變速器輸出軸；=3\*ROMANIII：主減速器輸出軸，T：同步器。2.2.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩與峰值轉(zhuǎn)矩 Tmax已知n=9000r/min，Tmax=230N·得Pmax綜上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)見下表。電機(jī)參數(shù)參數(shù)值電機(jī)參數(shù)參數(shù)值額定功率Pe/KW155峰值轉(zhuǎn)矩Tmax/N·m230峰值功率Pmax/KW216.8額定轉(zhuǎn)速ne/r/min5500額定轉(zhuǎn)矩Te/N·m164峰值轉(zhuǎn)速nmax/r/min90002.2.6變速器傳動(dòng)比參數(shù)選擇已知一檔傳動(dòng)比為i1=9.07，二擋傳動(dòng)比為i2=5.51。第三章變速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算3.1一擋齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選擇材料及確定許用應(yīng)力齒輪1和齒輪3均選用20CrMnTi，并經(jīng)過表面滲碳、淬火和回火。20CrMnTi的接觸疲勞強(qiáng)度σHlim=1500Mpa，彎曲疲勞強(qiáng)度σFE=850Mpa。因變速器的使用應(yīng)滿足高可靠度的要求，故取安全系數(shù)SH=1.5，SF=2.0[7]。由 （3-1）得：[σH1]=[σH3]=1000Mpa，[σF1]=[σF3]=425Mpa。（2）按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪按7級(jí)精度制造，取載荷系數(shù)K=1.3，齒寬系數(shù)=0.6，齒輪1上的轉(zhuǎn)矩T1=Tmax×η齒輪×η軸承=165352.67N·mm，初選螺旋角β=20o。取z1=19，則z2=z1×i1=172.33，取z2=173，則實(shí)際傳動(dòng)比=9.10。因齒形系數(shù)，，則YFa1=2.88，YFa3=2.23，YSa1=1.57，YSa3=1.76。因，故應(yīng)對(duì)齒輪1進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。法向模數(shù)： （3-2）求得mn=2.65，取mn=3。中心距：=145mm則：，齒輪1分度圓直徑=61.91mm，齒寬=37.15mm，取b3=40mm，b1=45mm。（3）驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 （3-3）取ZE=189.8，Zβ=，則：σH=868.88Mpa<[σH]，安全。（4）齒輪的圓周速度，因此選7級(jí)精度是合適的。3.2二擋齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選擇材料及確定許用應(yīng)力齒輪2和齒輪4均選用20CrMnTi，并經(jīng)過表面滲碳、淬火和回火。20CrMnTi的接觸疲勞強(qiáng)度σHlim=1500Mpa，彎曲疲勞強(qiáng)度σFE=850Mpa。因變速器的使用應(yīng)滿足高可靠度的要求，故取安全系數(shù)SH=1.5，SF=2.0。同理可得：[σH2]=[σH4]=1000Mpa，[σF2]=[σF4]=425Mpa。（2）按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪按6級(jí)精度制造，取載荷系數(shù)K=1.3，齒寬系數(shù)=0.6，齒輪2上的轉(zhuǎn)矩T2=Tmax×η齒輪×η軸承=165352.67N·mm，由a13=a24=145mm，得：z1+z3=z2+z4，且i2==5.51；則z2=26，z4=144，實(shí)際傳動(dòng)比i2=5.54，，mn=3mm。=84.72mm，齒寬=50.83mm，取b4=50mm，b2=55mm。（3）驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 （3-5）取ZE=189.8，Zβ=，則：σH=592.09Mpa<[σH]，安全。（4）齒輪的圓周速度，因此選6級(jí)精度是合適的。3.3主減速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選擇材料及確定許用應(yīng)力齒輪5和齒輪6均選用20CrMnTi，并經(jīng)過表面滲碳、淬火和回火。20CrMnTi的接觸疲勞強(qiáng)度σHlim=1500Mpa，彎曲疲勞強(qiáng)度σFE=850Mpa。因變速器的使用應(yīng)滿足高可靠度的要求，故取安全系數(shù)SH=1.5，SF=2.0。同理可得：[σH5]=[σH6]=1000Mpa，[σF5]=[σF6]=425Mpa。（2）按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪按8級(jí)精度制造，取載荷系數(shù)K=1.3，齒寬系數(shù)=0.6，齒輪5上的轉(zhuǎn)矩T5=T1×i1×η齒輪×η軸承=596388.72N·mm，初選螺旋角β=20o。取z5=20，則z6=z5×i0=97.78，取z6=98，則實(shí)際傳動(dòng)比=4.89。因齒形系數(shù)，，則YFa5=2.78，YFa6=2.23，YSa5=1.59，YSa6=1.83。因，故應(yīng)對(duì)齒輪1進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。法向模數(shù)： （3-6）求得mn=3.90，取mn=4。中心距：=204mm則：，齒輪5分度圓直徑=86.44mm，齒寬=51.86mm，取b6=55mm，b5=60mm。（3）驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度 （3-7）取ZE=189.8，Zβ=，則：σH=974.21Mpa<[σH]，安全。（4）齒輪的圓周速度，因此選8級(jí)精度是合適的。3.4各齒輪參數(shù)變速器各齒輪參數(shù)見下表：表SEQ表\*ARABIC3變速器各齒輪參數(shù)表檔位齒輪法向模數(shù)/mm齒寬/mm中心距/mm螺旋角旋向精度等級(jí)一擋z1345145右7z340左二擋z2355145右6z450左主減速器z5460204左8z655右第四章變速器傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算4.1輸入軸設(shè)計(jì)計(jì)算（1）材料選用及熱處理選擇輸入軸選用20CrMnTi，并經(jīng)過表面滲碳、淬火和回火。20CrMnTi的強(qiáng)度極限σB=1080Mpa，屈服極限σS=835Mpa。（2）估算軸的最小直徑 （4-1）P1=Pmax×η軸承=201.44KW，ne=5500r/min，取C=95，得：dmin=29.18mm?？紤]到輸入軸最小直徑段需要與電動(dòng)機(jī)通過C型平鍵連接，對(duì)軸的強(qiáng)度有削弱，故=30.64mm。故選取C型鍵型號(hào)為：b×h×L=10×8×36。輸入軸各段長度的軸徑詳見零件圖。（3）軸的強(qiáng)度校核一檔傳動(dòng)比大，扭矩大，故選用一擋傳動(dòng)齒輪計(jì)算軸的強(qiáng)度。輸入軸一擋主動(dòng)齒輪受力圖如下：FFaFrFtAB53204CFaFrFHAFHBFtFVAFVB46.5圖2輸入軸受力簡圖輸入軸的轉(zhuǎn)矩T1=162352.67N·mm，則圓周力，徑向力，軸向力。在垂直面內(nèi)，列力和力矩的平衡方程可得： （4-2）求得：FVA=2003.64N，F(xiàn)VB=107.72N。同理，在水平面內(nèi)，列力和力矩的平衡方程可得： （4-3）求得：FHA=4264.04N，F(xiàn)HB=978.80N。作輸入軸的彎矩圖如下：當(dāng)量彎矩圖水平面彎矩圖垂直面彎矩圖扭矩圖合成彎矩圖當(dāng)量彎矩圖水平面彎矩圖垂直面彎矩圖扭矩圖合成彎矩圖圖3輸入軸彎矩圖由彎矩圖可知，垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)的最大應(yīng)力均位于C處，MVmax=92167.40N·mm，MHmax=200653.73N·mm。則當(dāng)量彎矩Me為： （4-3）因輸入軸需要正反運(yùn)轉(zhuǎn)，取α=1，得Memax=260127.34N·mm。當(dāng)量應(yīng)力σe為： （4-4）求得σe=10.96Mpa<[σ-1b]=90Mpa，故滿足要求。4.2輸出軸設(shè)計(jì)計(jì)算（1）材料選用及熱處理選擇輸入軸選用20CrMnTi，并經(jīng)過表面滲碳、淬火和回火。20CrMnTi的強(qiáng)度極限σB=1080Mpa，屈服極限σS=835Mpa。（2）估算軸的最小直徑 （4-5）P2=P1×η軸承×η齒輪=199.42KW，n2==1951.09r/min，取C=95，得：d=44.75mm，取dmin=45mm。輸出軸各段長度的軸徑詳見零件圖。（3）軸的強(qiáng)度校核一擋和主減速器傳動(dòng)比大，扭矩大，故選用一擋和主減速器傳動(dòng)齒輪和計(jì)算軸的強(qiáng)度。輸出軸一擋主動(dòng)齒輪受力圖如下：FFa5Fr5Ft5DE53153.5FFa5Fr5FHDFHEFt5FVDFVE53.5HFa3Ft3Fr3Fa3Fr3Ft3圖4輸出軸受力簡圖輸入軸的轉(zhuǎn)矩T2=T1×η軸承×η齒輪=596388.72N·mm，則圓周力，徑向力，軸向力。在垂直面內(nèi)，列力和力矩的平衡方程可得： （4-6）求得：FVD=1440.00N，F(xiàn)VE=1919.42N。同理，在水平面內(nèi)，列力和力矩的平衡方程可得： （4-7）求得：FHD=7222.56N，F(xiàn)HE=11805.77N。作輸入軸的彎矩圖如下：合成彎矩圖當(dāng)量彎矩圖扭矩圖水平面彎矩圖垂直面彎矩圖合成彎矩圖當(dāng)量彎矩圖扭矩圖水平面彎矩圖垂直面彎矩圖圖5輸出軸彎矩圖由彎矩圖可知，垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)的最大應(yīng)力均位于F處，MVmax=348580.88N·mm，MHmax=643414.47N·mm。則當(dāng)量彎矩Me為： （4-8）因輸入軸需要正反運(yùn)轉(zhuǎn)，取α=1，得Memax=944018.18N·mm。當(dāng)量應(yīng)力σe為： （4-9）求得σe=14.62Mpa<[σ-1b]=90Mpa，故滿足要求。第五章軸承的校核計(jì)算5.1輸入軸的軸承校核輸入軸的軸承型號(hào)為：30307，軸承正裝。（1）計(jì)算軸向力輸入軸A段的軸承A的徑向力，輸入軸B段的軸承B的徑向力，輸入軸的軸向力。軸承的內(nèi)部軸向力： （5-1）取，則。得，。又，故軸承A被壓緊，軸承B放松。則：=2716.08N，，又，，所以：，；，YB=0。（2）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷當(dāng)量動(dòng)載荷P： （5-2）得：PA=5442.60N，PB=984.71N。故只需對(duì)軸承A進(jìn)行校核。（3）計(jì)算額定動(dòng)載荷額定動(dòng)載荷C： （5-3）取fp=1.2，ft=1，Lh=9000h（假設(shè)該車使用10年，每年平均使用300天，每天平均使用3小時(shí)），ε=，則，故滿足要求。5.2輸出軸的軸承校核輸入軸的軸承型號(hào)為：30310，軸承正裝。（1）計(jì)算軸向力輸入軸D段的軸承D的徑向力，輸入軸B段的軸承B的徑向力，輸入軸的軸向力。軸承的內(nèi)部軸向力： （5-4）取，則。得，。又，故軸承D被壓緊，軸承E放松。則：=10514.45N，，又，，所以：，；，YE=0。（2）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷當(dāng)量動(dòng)載荷P： （5-5）得：PD=13670.62N，PE=11960.79N。故只需對(duì)軸承D進(jìn)行校核。（3）計(jì)算額定動(dòng)載荷額定動(dòng)載荷C： （5-6）取fp=1.2，ft=1，Lh=9000h，ε=，則，故滿足要求。第六章減速器的潤滑和密封6.1減速器的潤滑（1）齒輪的潤滑通用的閉式齒輪傳動(dòng)，其潤滑方法根據(jù)齒輪的圓周速度大小而定。由于大齒輪的圓周速度v≤12m/s，將大齒輪的輪齒浸入油池中進(jìn)行浸油潤滑。這樣，齒輪在傳動(dòng)時(shí)，就把潤滑油帶到嚙合的齒面上，同時(shí)也將油甩到箱壁上，借以散熱。齒輪浸入油中的深度通常不宜超過一個(gè)齒高，但一般亦不應(yīng)小于10mm。為了避免齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將沉積在油池底部的污物攪起，造成齒面磨損，大齒輪齒頂距油池底面距離不小于30mm，取齒頂距箱體內(nèi)底面距離為30mm。由于大齒輪全齒高h(yuǎn)=5.625mm≤10mm，取浸油深度為10mm，則油的深度H為H=30+10=40mm根據(jù)齒輪圓周速度查表選用中負(fù)荷工業(yè)齒輪油（GB5903-2011），牌號(hào)為150潤滑油，粘度薦用值為118cSt。（2）軸承的潤滑軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑兩類。此外，也有使用固體潤滑劑潤滑的。選用哪一類潤滑方式，可以根據(jù)低速大齒輪的圓周速度判斷。由于大齒輪圓周速度v=1.12m/s≤2m/s，所以采用脂潤滑。潤滑脂形成的潤滑膜強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當(dāng)長的一段時(shí)間。滾動(dòng)軸承的裝脂量一般以軸承內(nèi)部空間容積的1/3~2/3為宜。為避免稀油稀釋油脂，需用擋油環(huán)將軸承與箱體內(nèi)部隔開。在本設(shè)計(jì)中選用通用鋰基潤滑脂，它適用于溫度寬溫度范圍內(nèi)各種機(jī)械設(shè)備的潤滑，選用牌號(hào)為ZL-1的潤滑脂。6.2減速器的密封為防止箱體內(nèi)潤滑劑外泄和外部雜質(zhì)進(jìn)入箱體內(nèi)部影響箱體工作，在構(gòu)成箱體的各零件間，如箱蓋與箱座間、外伸軸的輸出、輸入軸與軸承蓋間，需設(shè)置不同形式的密封裝置。對(duì)于無相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)合面，常用密封