毕业设计（论文）纯电动物流车驱动桥设计学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 师签名：摘要近几年来，因为环境的污染变得越来越严重，电动车这一领域逐渐得大家的关注的支持，而在近几年，电子商务的急速发展的,使得电商物流得到了快速的发展，电商物流的流量急剧增长，所以电动物流车也成了这一领域的重要分支之一，在专用车领域占很大的比例并且在城市里面的污染也变得越来越严重的情况下，一种新型交通工具—纯电动物流车，逐渐得到的政府大力推广电动汽车丝毫没有污染排放，并且稳定性大于传动的内燃机汽车，在经济性方面也有明显的优点此外,驱动桥作在纯电动物流车中作为传动系统的重要部分，在电动汽车的结构中有着非常重要的作用驱动桥的构造和驱动形式以及驱动桥的安放对整车的动力性和经济性有很大的影响，本文主要是针对在现有轻型货车驱动桥的基础上进行改进，将传统的轻型物流车的驱动桥与驱动电动机结合，通过在结构以及传动形式上的改进，对驱动桥的传动部分产生较大的影响，电动物流车驱动桥的设计对于电动物流车的形式动力性和经济性的部分提高有着重要的设计以及指导意义论文主要根据电动汽车的设计要求，参考相关书目和设计标准，分析驱动桥的结构形式布置形式以及驱动形式，并且对驱动桥的减速齿轮差速器半轴等结构进行参数的计算，然后进行校核，最后运用CATIA进行驱动桥的建模，并对所建的模型进行理论分析，分析受力情况以及形变等，然后用有限元软件进行仿真，以查看设计所得结构是否满足设计所需要求。
研究结果表明：设计的新型电动物流车的驱动桥的满足题目中给的条件要求本文的特色：参考相关标准进行设计并建模，最后用有限元软件分析 关键词：电动汽车；驱动桥；CATIA；有限元分析AbstractIn recent years, due to more and more serious environmental pollution, electric vehicles in this area gradually get everyone's favor, and in the rapid development of e-commerce under the strong pull, electricity business logistics to maintain a sharp growth, so the electric logistics car has become One of the important branches of this field, in the field of special vehicles accounted for a large proportion. And in the case of urban pollution more and more serious, pure electric vehicle traffic car has gradually become a new type of transport vehicles, electric vehicles with zero pollution emissions, the advantages of high economic advantages, and the driving stability of the noise is small, and the drive axle in the electric Automobile power transmission accounted for an important proportion of the drive axle structure and drive the form and layout of the car will have a great impact on the power and economy, this paper is mainly for the existing light truck drive bridge on the basis of The design of the drive axle of the traditional light logistics vehicle has a great influence on the transmission efficiency of the drive axle through the improvement of the structure and function. The design of the electric vehicle driving axle is the dynamic and economical Sexual promotion has important guiding significance.Based on the design requirements of the electric vehicle, the paper analyzes the structure and the driving form of the drive axle with reference to the relevant bibliography and design standards, and calculates the parameters of the axle of the reduction axle of the drive axle, Core, and finally use CATIA to carry on the modeling of the driving axle, and carry on the theoretical analysis to determine the force situation, then uses the finite element software to carry on the simulation to see whether the designed structure satisfies the design request,The results show that the design of the new electric vehicle driving axle meets the requirements.The characteristics of this article: reference to the relevant standards for design and modeling, and finally with finite element software analysis.Key Words：electric vehicle; driving axle; CATIA; finite element analysis目录第1章绪论 11.1 研究的目的和意义 21.1.1研究目的 21.1.2研究意义 21.2 国内外研究现状 31.2.1国内现状 31.2.2 国外现状 31.3 本文研究的主要内容 4第2章驱动桥总成介绍及动力参数匹配 52.1 纯电动物流车驱动桥原理 52.2纯电动物流车驱动桥结构选型 52.2.1驱动电机的布置形式 52.2.2驱动桥壳的结构形式 62.3纯电动物流车驱动电机参数匹配 62.3.1纯电动物流车基本参数和设计要求 82.3.2驱动电机的参数计算 9第3章驱动桥机械结构设计 123.1斜圆柱齿轮转动设计 123.1.1材料 123.1.2齿轮的设计计算 133.1.3校核齿面接触强度 143.3.2轴的设计计算 153.2.1材料 153.2.2轴径计算 153.2.3轴的设计 163.2.4轴强度验算 163.3轴承计算 193.3.1齿轮传动轴承选型 193.3.2差速器轴承 193.4差速器的选型及分析 193.5半轴的设计计算 233.5.1概述 233.5.2半轴受力分析 233.5.3全浮半轴杆部直径的初选 243.5.4全浮半轴强度计算 243.5.5全浮式半轴花键强度计算 243.6驱动桥壳设计计算 253.6.1三种工况分析 253.6.2各种工况计算 26第4章驱动桥壳的有限元分析 294.1桥壳基本参数 294.2桥壳的分析 294.2.1材料的选择 294.2.2驱动桥壳的载荷与约束 304.2.3桥壳在四种工况下的静力学分析 31参考文献 35致谢 36第1章绪论现代汽车已经发展了几百年了,他们的技术也越来越成熟，从第一台汽油发动机到现在，汽油发动机已经有了极大的发展和改善，在这巨大的汽车市场里面，各种汽车都都在各个厂商和政府的支持下涌现出来，尤其是在中国市场里面，由于我国的人口数量本来就巨大和近年来人们生活水平的不断提高，一是改革开放以来各种合资车国产车的涌入市场，使得现在市场上的非纯电动汽车现有存在数量巨大。
但是在这庞大的汽车市场前面，由于内燃机汽车排放造成的污染是巨大的,近年来,烟雾现象越来越受到人们的重视，交通也越来越拥堵，由此对人们的健康造成的危害也越来越严重在环境问题以及能源危机突出的情况下，世界上的各个国家对排放的控制越来越严格，因此出现了电动汽车，电动汽车根据形式的不同可以分为混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车和纯电动汽车，在最近几年中，混合动力汽车发展迅速，尽管混合动力电动汽车相比于内燃机汽车有很多的优点，例如有着着油耗相对较低并且行驶里程相对普通的电动汽车远等优势，因为近几年市场上出现了很多混合动力汽车，但是混合动力汽车由于内燃机的继续存在汽车里面，所以无法避免的会产生一部分污染现象，而纯点动汽车由于其完全无污染，在此后必然会取代这一种过渡产物，并且随着新能源技术的不断更新，纯电动汽车的的发展和应用也越来越广，从国外的宝马的电动轿车到最近很火特斯拉的电动跑车以及轿车的进入市场，以及近年来国内的各种电动车的兴起，纯电动汽车的在各个领域应用也越来越宽广,在汽车、商用车以及代步车等都有着广泛的应用纯电动物流车作为穿电动汽车方向的一个方向点，越来越有着重要的作用，这几年来纯电动物流车市场增长迅猛，是我国新能源汽车市场要持续发展不可避免的一个重要组成部分，并且在目前阶段物流车占到专用车市场比例的半数以上。
近年来随着电子商务的不断普及，人民生活水平的不断提高，电动物流车市场势头发展迅猛，在去年以及前年都是是纯电动物流车实现飞速发展的几年，在目前国内的物流市场整体趋于成熟的情况下，实现最后一公里的这一交通工具不尽理想，不论是从能源与环境，交通安全还是运输的效率而言，但是纯电动物流车有着续航里程短的缺点，但是可以满足在同一座城市里面运输的需求，并且很多轻型物流车在现有基础上就可以进行改造，以实现纯电动的物流运输要求目前市场上的穿电动物流车正面临着轻量化和更长的行驶里程的方面发展，而这其中驱动桥的研究是不可或缺的，驱动桥的结构形式以及发挥的性能的不同会对汽车的整车质量的轻量化以及汽车的动力性还有燃油经济性产生较大或者巨大的影响，如果驱动桥的质量过大，对汽车的动力性和燃油经济性都不利，国内驱动桥的制作大多运用传统工艺，难以对现有市场的要求做到满足，驱动桥是电动汽车传动系统的不可或缺的一部分重要结构，所以要求驱动桥的设计中不仅要有足够的强度和刚度，还有要有更小的质量来满足轻量化和更好的受力特性来满足上述性能要求，为了满足上述要求，本文在设计计算驱动桥的基础上加以三维软件建模并且进行系统分析对纯电动物流车驱动桥进行设计。
电动汽车的驱动桥与传统的内燃机的驱动桥有所差别，这些差别主要表现在如下几个方面，本身由于电动机有很大的转速与转矩范围，与传统的内燃机在转速和扭矩方面表现的特性大不相同，因而电动汽车的驱动桥省略了离合器与变速器，取而代之的是通过驱动电机，连接二级主减速器，进而来实现驱动车轮的要求驱动桥在设计中尽量进行轻量化设计，以满足现在轻型物流车的行驶里程和装载质量的要求 1.1 研究的目的和意义1.1.1研究目的随着这几年纯电动物流车市场的快速发展，以及国家对于环保的要求，纯电动物流车逐渐受到物流车市场的青睐，各大汽车企业也在争相在这一领域有所突破或者抢占先机，但是国内企业的在驱动桥的生产中却还是使用的传统工艺进行技术生产，与国外的差距很大,材料和质量更高，并不能满足近年来轻型物流车轻量化的要求，并且传统的轻型物流车驱动桥和纯电动物流车的驱动桥有所区别，所以本文针对纯电动物流车的驱动桥进行设计，以满足在驱动桥性能的强度刚度的要求下尽量减少驱动桥的质量，用计算机上的三维软件和分析软件进行计算和数据分析，可以极大的并且有效地减少设计生产周期，减少生产成本，并且提高驱动桥的可靠性1.1.2研究意义在传统的内燃机方面，国内的研究还处于尚未成熟的程度，但是在国外，很多企业的技术已经变得非常成熟，想在这相对较短时间内赶超这些发达国家的技术是很难做到的，但在新能源应用方面,各国都是同一战线上面，我国在研发上面并不处于落后阶段，在物流车方面，电动物流车市场近年来不断得到人们的关注，是新能源汽车发展的一个重要组成部分，现阶段物流专用车是我国专用车市场发展的有力支撑，产量占市场总量的一半以上，尤其是在电子商务兴起之后，物流车市场上的数量越来越大，在《节能与新能源汽车产业发展规划》中，国家拨款来支持和培育发展能量消耗少的新能源汽车，以此来相对有效的在生产环节发展新能源和减少环境压力，同时也是加快汽车发展新方向的升级，培育新的经济发展点的重要方法，发展新型的纯电动物流车，一方能够减轻环境的压力，减少污染的排放，而且可以为我国带来巨大的经济效益。
1.2 国内外研究现状1.2.1国内现状对于纯电动物流车市场的兴盛，传统的商用车企业也已近进入这一领域，其中包括东风汽车公司，重庆瑞驰以及北汽福田、陆地方舟、唐骏欧铃、陕西通家、江西江铃、北京汽车等企业在2015年上半年，纯电动物流车的总共产量达到了两千多辆，有二十六个车企，他们生产超过五十多个车型15年运输车的数量保持两倍以上快速增长，厢式物流车已经成为专用车主要车型，在15年这一整年的纯电动专用车销量总共达到接近五万辆之多，其中的物流车占到了百分之九十五以上，并且如果从长远的角度来看的话，一方面是是城市物流车的需求量会越来越大，并且新生消费会不断的使得物流车的需求越来越多，而且电动物流车隐藏市场空间宽阔，而且在国家下发了各种补贴和支持政策，因此看来电动物流车仍然会持续增长在这些生产纯电动物流车的厂家里面，东风汽车公司生产的纯电动物流车在物流车行业里面排名领先；北汽股份生产纯电动共物流车生产数量处于第二；上汽大通也以他们的有力车型V80宽体轻客型物流车在纯电动物流车市场排名第三在驱动桥的设计制造方面，国内生产过程中大多还是采用传统的技术进行生产，但近些年来由于计算机辅助技术的快速发展，各种设计研究都会和计算机辅助技术结合，对各个结构进行横向和纵向的比较，因为不仅提高了生产效率，而且大量减少了生产时间，减少了实验测试次数。
1.2.2 国外现状一、日本电动汽车日本在电动汽车发展方面在几个技术强劲的国家中处于领头位置, 尤其是在混合动力汽车方面的技术以及生产制造方面, 日本更是在全世界处于绝对的带头地位在混合动力这个市场上，由于日本目前的技术水平，我们所熟知的就有包括丰田和本田在内的两大汽车生产公司，并且其产品的销量也较高这种销量高的原因如下几点：汽车制造业技术先进的发达给日本带了了一系列的优势，因此在混动汽车这个市场里，他们的车型具有性能也相对优秀、油耗较低、排量少等许多的优点根据统计可得，在二零一三年日本电动汽车的销量占日本新车销量的十几个百分点从市场销量上来看，混动版车型也买的相对较好二、美国电动汽车美国电动汽车的发展现状：美国汽车公司在电动汽车行业的发展势头并不迅猛, 美国国内包括福特通用等的大型的汽车公司在纯电动汽车的生产和销售方面产量并不多，这主要还是和他们的传统汽车观念不同，但是近几年来犹如石油价格的一路上涨，国民也在追求低排放的要求，美国的电动汽车的发展以三个大汽车公司领头带动国内电动汽车的发展，通过公司之间相对的发展合作来生产制造电动汽车的各种零件几年来通过技术发展，美国已经在混动汽车方面已近有相对先进的技术，并且产量也在逐年上升。
美国电动汽车全部销量在二零一四年已经达到一个新的水平，并且今年来由于特斯拉这一新兴纯电动汽车的发展，纯电动汽车在美国也得到了相对较强劲的发展，但是混动动力汽车在美国汽车市场仍然是的销量较高的汽车三、欧洲电动汽车在欧洲的电动汽车发展方面欧洲一部分国家对电动汽车有着很大的兴趣，例如“城市电动车”协会这种机构的出现早在九五年，欧洲有电动汽车已经实现了小批量生产制造，在发展电动车较好的几个国家里，其中法国和德国在发展的前端在最近几年中，电动汽车在欧洲发展快速，部分国家在发展纯电动车方面投资大，发展迅速特别是自由贸易联盟的发展使得电动车销量有较大的突破1.3本文研究的主要内容本文的设计主要内容包括纯电动物流车驱动桥，采用分阶段设计，首先了解市场上已经存在的纯电动物流车，进行详细的调研，确定本文的设计方案，然后进行详细的改进措施，结构的设计以及应力的校核，针对电动汽车特点，运用三维设计软件CATIA ，在其中建模来得到驱动桥各个零部件三维模型，并在CATIA里面进行总装得到驱动桥总成模型使用软件ANSYS来验证设计是否满足所给的要求，在满足设计要求的前提下对驱动桥结构以及材料进行相应的改进和重新设计，减少制造的质量，减少设计过程中的缺点，因而提高驱动桥可靠性。
主要内容包括以下几部分：（1）驱动桥的结构分析及选型；（2）减速器、差速器、壳体等零部件参数的计算选择；（3）主要零件强度校核；（4）装备图和零件图绘制及设计说明书编写；第2章驱动桥总成介绍及动力参数匹配2.1纯电动物流车驱动桥原理纯电动物流车的驱动桥和传统的内燃机来驱动的驱动桥在结构并不相同，纯电动物流汽车的驱动桥相对于传统汽车取消了传统汽车的的发动机和变速器，结构上由驱动电机经过减速器差速器带动驱动轮前进或者倒退行驶，而驱动电机由驱动电源带动，并且经过电机的控制机构来控制电机的转速和转矩，实现汽车的不同速度行驶纯电动汽车动力是依靠电池产生的电源带动驱动电机，不仅使得排放污染完全为零，并且由于没有了发动机变速器等结构，使得驱动电机到车轮上的效率增高，提高了电池能源的理由效率，除此之外，由于纯电动汽车相较于传统的汽车没有变速箱以及内燃机等部件，其质量也减轻了许多，使得整车的结构更为简洁，对于纯电动物流车而言，使得整车有了更多的装载质量，提高了汽车的经济性纯电动物流车的驱动桥在动力传动系统的最后端，其要实现的基本功能包括： （1）把驱动电机传递来的转矩通过二级减速结构、差速器、半轴等部件传到驱动车轮，因而实现降低车速并且增大转矩； （2）通过差速器的差速作用使得两侧车轮产生差速作用，保证内、外侧的车轮以不同的车速实现转向功能；（3）驱动桥壳实现支撑车架和传递力和力矩的作用；驱动桥在传动系统的最后端，驱动电机经过驱动桥的传递后的转速和转矩改变，并将其传递给驱动轮。
驱动桥一般由主减速器、差速器、传动装置以及驱动桥壳等组成另外，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车身之间的制动力矩和反作用力，垂直力，以及纵向力和横向力2.2纯电动物流车驱动桥结构选型2.2.1驱动电机的布置形式目前市场上的纯电动汽车的电机布置形式包括四种，分别是：机电集成化布置式、传统前置后驱式、轮毂电机布置形式传统的前置后驱式仅仅是从传统的原型车改装而来，虽然改造过程简单，同时也会导致很多问题，例如整车的质量并未减少，经济性较差，并且将传统汽车的行李箱牺牲来作为电池的放置点，并且不利于整车重心的分配；第二种是轮毂电机的布置形式，这种电机虽然在结构相对简单，质量轻，传动效率高，但是制和研究成本高，汽车的差速等功能的实现要靠电子差速器等结构实现，从而导致控制系统复杂；最后一种是机电集成化布置，这种布置形式是将电机，减速器，差速器驱动桥壳等元件集成在一起，这种结构相较于前两种来说，结构相对简单并且制造成本低，用在纯电动物流车等后驱车型上来说有较好的的成本和动力性以及经济性本文涉及的对象是在城市内运行的纯电动物流车，续航公里在150KM到300KM之间，既要考虑成本因素又要考虑装载质量，因此采用机电集成化布置式，即将电机布置在驱动桥上，并且在驱动电机和差速器之间加二级主减速器，在这种布置中包括两种电机的布置形式，包括电机平行于桥壳布置和电机垂直于桥壳布置，电机垂直于桥壳布置所以至于在传动轴连接的主动锥齿轮那里连接电动机即可，但是这种结构的缺点就是会增加汽车的纵向长度和底盘高度，并且锥齿轮的造价性对于圆柱齿轮成本更高，而电机平行于驱动桥的结构形式更加紧凑，并且由于采用了斜圆柱齿轮，制造成本降低，汽车质心高度有所降低，有利于提高汽车的行驶平稳性和操纵稳定性，对于纯电动物流运输车比较适用，因此本文的设计采用的是电机平行于驱动桥壳的布置形式。
2.2.2驱动桥壳的结构形式驱动桥壳的作用是支撑并保护主减速器，半轴等零件，使得左右驱动车轮的位置相对不变，并且支撑上面悬架以及车身的质量，在汽车行驶的时候，传递车轮传来的各种力和力矩在驱动桥壳的设计中，首先要保证驱动桥壳有足够的刚度和强度，其次要求驱动桥的质量不能过重，保证非簧载质量要轻，使得汽车的行驶稳定性更好驱动桥壳从结构上可以分为分段式桥壳和整体式桥壳整体式桥壳具有较大的强度以及刚度，并且便于减速器装配和维修，整体式桥壳由于制造方法的不同又分为整体制造、钢板冲压焊接，钢管扩张成型等多种形式；而分段式桥壳由两段桥壳分别制造，然后由螺栓连接到一起，虽然分段式桥壳相对于整体式桥壳制造更加容易，加工相对简单，但是维修不方便因此本文设计的驱动桥壳采用整体式驱动桥壳中的钢板冲压焊接式，桥壳刚度大，强度高，制造工艺简单成本低故适用于轻型物流车2.3纯电动物流车驱动电机参数匹配新能源汽车有三大核心零部件，其中之一是驱动电机，驱动电机是电动汽车行驶中的主要执行结构，驱动电机的驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标电机驱动的系统主要由电动机、控制器、功率转换器、以及电源等部分构成与一般所使用的电机不同，用于汽车的驱动电机应该具有的几个特点如下：1恒功率的范围大，能够保证汽车的变速性能2启动的扭矩够强，调速范围强3转换的效率高4瞬间的功率大，过载本领强5功率的密度大，重量小，体积小，6环境适应能力高，能够适应各种险恶环境7能量反馈的效率高根据驱动的原理不同，电动汽车的驱动电机大致分为以下四种： 1、直流电动机 直流电机具有调速范围广，控制方式容易的特点。
但是这种电动机的缺点突出，瞬时过载能力和电机转速不高；并且电机长时间工作的时候，机械传动的磨损，使得维修和维护成本显著增高并且散热困难，这些原因使得直流电动机限制了整车性能因此，由于直流电动机的缺点太过突出，直流电机被排除在外图2.1 直流电动机 2、交流异步电动机 交流异步电机的特点是定子和转子之间并不相互接触，因此结构相对简单，运行可靠耐用，维修方便交流异步电机在使用时相对于交流电机有更高的效率，质量约轻了接近一半左右由于有着效率高、比功率较大、等优势，并且能在较高的转速下工作，因此交流异步机是电动汽车上在大功率这一块使用频率最高的电机 但在交流异步电动机也有缺点，就是在高速运转的时候电机发热较为严重，要有较好的冷却方法，并且异步电机的控制系统很麻烦，电机的成本也并不便宜，因此不是最优化的选择电机图2.2 交流异步电动机3、永磁式电动机 永磁式电动机可以分开为两种类型，一种无刷直流电机；另一种是永磁同步电机由于永磁式电动机的转子都是永磁体，励磁产生的的损耗大大减少，并且在结构上使得冷却相对容易此外，这种电机维修方便，能量利用效率较高，运行相对安全可靠4、开关磁阻电机开关磁阻电机的结构简单，具有结构简单坚固、成本低、可靠性高、质量轻、效率高、易于维修等诸多优点。
这种电机同时适用于恶劣环境在分析了以上四种电机的结构以及性能要求，并且在研究分析国内轻型物流车的基础上，本文确定该纯电动物流车需要满足的各项性能参数以及要求的基础上，因此该纯电动物流车的整车的造型参数等于传统车保持大致相同，根据整车的性能要求计算驱动电机的各项转矩和转速的参数经过各种参数计算后，本文拟采用永磁无刷电机2.3.1纯电动物流车基本参数和设计要求本车型选用的目的是为了满足城市物流运输车的要求，所以基本性能参数是以传统车型为基础，整个物流运输车的整车尺寸、重量以及造型等基本保持不变在最大爬坡度以及加速性能方面稍作改变，最高车速稍微降低需要满足的指标如下表所示：表2.1 整车动力性设计指标技术参数目标性能最高车速Vmax ≥80 km/h加速性能t 0-50 km/h≤10 s最大爬坡度i ≥20 %表2.2整车基本参数参数数值设计总质量m2/kg2280滚动阻力系数f0.012空气阻力系数Cd0.45车轮滚动半径r/m0.280减速器传动比6迎风面积A/m23.05旋转质量换算系数δ1.06机械传动效率η0.92.3.2驱动电机的参数计算2.3.2.1驱动电机的额定功率以及峰值功率驱动电机的功率主要取决于车辆的动力性能，驱动电机的不同对物车整车的动力性加速性能等方面有较大的影响，驱动电机的功率较大时，整车的动力性提高，这中包括加速性能加上爬坡性能，但是因此电池的能量效率将会降低，影响物流车的行驶里程。
在设计驱动电机的设计过程中包含许多参数，这其中包括最高车速、最大爬坡度、以及加速时间计算公式如下：Pe=1ƞTGfcosαua3600+Gsinαua3600+CDAua376140+δmua3600dudt(2-1)Pe表示汽车行驶功率ƞT为传递效率，G为整车总重力，α为坡度角，ua为汽车行驶速度，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，δ为汽车的旋转质量换算系数，m为整车整备质量1、按照最高速度来计算设汽车在平坦路面上的最高速度为uamaxPemax1=1ƞTGfuamax3600+CDAuamax376140(2-2)2、按照最大爬坡度来计算Pemax2=1ƞTGfcosαmaxua3600+Gsinαmaxua3600+CDAua376140(2-3)取ua=10km/h3、按照加速时间来计算u=umttmx(2-4)um辆加速完成时的速度，km/h；tm加速时间；x拟合系数，在这里取0.5设汽车在平坦路面上加速，在整个加速过程中加速过程的平均功率和电机提供的最大功率相同，汽车的加速过程，那么Pemax3=1ƞTGfua3600+CDAua376140+δmua3600dudtPemax3=Wtm=0tmpi+pj+pwdttm=1ƞTGfum1.5×3600+CDAum32.5×76140+δmum7.2×3600×tm(2-5) Pemax1为电动车在最高速度时的最大功率，Pemax2为电动车在按照最大爬坡度计算时的最大功率，Pemax3为按照加速时间来算的最大功率，pi为坡度阻力产生的功率，pj为加速阻力产生的功率，pw为空气阻力产生的功率。
代入后得出：Pemax1=18kw，Pemax2=12.9kw,Pemax3=29.7kw故取该车电机的峰值功率Pemax=32kw，取电机的额定功率P额=20kw2.3.2.2电机转速匹配计算该车驱动桥设计时考虑到电动车的驱动电机转速变化范围大，故取消了变速器，采用二级主减速器，并且在设计时考虑到该车最高转速对应车速应该大于最高设计车速即为：nmax≥uamaxi0.377×r(2-6)nmax为驱动电机最大转速，i为整个传动系统转动比，r为车轮半径计算可得nmax≥4547r/min，故取电机最高转速4700 r/min电机的最高转速与额定转速的关系为：n额=nmaxβ(2-7)n额为驱动电机额定转速，β为驱动电机的恒功率区的系数，一般取2-4，此处取β=1.88，得n额=2500 r/min2.3.2.3电机扭矩的选择选择驱动电机的扭矩，首先要保证驱动电机的最大扭矩要求，但是电机的峰值扭矩也不应该过于大，若扭矩过大将对电机的设计计算时对轴的强度要求以及轴承壳体等要求会变大，从而增加不必要的成本，所以电动机的峰值扭矩应该满足电动汽车爬坡的性能要求之下尽量小，由以下公式可得：TtqmaxiƞTr=Gfcosα+Gsinα(2-8)Ttqmax为驱动电机的最大扭矩，ƞT为传递效率，α为道路坡度角，r为车轮半径，在这里取α=11.31°，可以求得Ttqmax=240.85N·m，故取峰值扭矩250 N·m表2.3 电动机参数名称数值名称数值峰值功率/kW32额定功率/kW20最大转矩/（N·m）250额定转矩/（N·m）122最高转速/(r/min)4700额定转速/(r/min)2500第3章驱动桥机械结构设计3.1斜圆柱齿轮转动设计选择主减速器的设计计算的时候，考虑到本驱动桥是应用在纯电动物流车，其主要作用是在城市之中轻型物流运输作用，这类电动车时速要求不高，载重相对较轻，并且在驱动电机由较大转速比的前提下，采用固定传动比的减速器具有诸多优点，例如在结构上简单方便，制造成本相对低，并且没有传统变速器的变速机构，因而传动效率也有所提高，在本文纯电动物流车驱动桥主减速器的设计中，采用固定传动比的主减速器，采用二级圆柱齿轮传动，二级主减速器的第二级输出轴齿轮和差速器壳体相连，完成二级齿轮传动，在二级传动齿轮中的齿轮使用的是斜圆柱齿轮，有较好的啮合性，传动相对平稳，噪声较小，并且斜齿轮的重合度大，齿轮的载荷降低，并且齿轮不易产生跟切，并且斜圆柱齿轮相对于纵向布置的双曲面齿轮，降低了制造成本。
并且在锥齿轮的设计中，锥齿轮的轴向力相互抵消，减小轴向力图3.1 二级齿轮传动3.1.1材料常用的齿轮材料为各种钢、铸铁等材料齿轮用钢有锻钢和铸钢两种，锻钢在尺寸打的时候使用，在本文齿轮设计中采用铸钢选择齿轮的材料，确定许用应力：大小齿轮均采用20CrMnTi钢，并且对材料进行渗碳淬火处理，硬度56~62HRC并且查得该材料的疲劳极限应力σFlim=430Mpa，接触疲劳极限应力σHlim=1500Mpa3.1.2齿轮的设计计算在设计齿轮时，按照轮齿弯曲疲劳强度设计，公式如下：mn≥12.43KT1YFSψdz12σFP(3-1)mn为法向模数,ψd为齿宽系数，z1为输入轴齿轮齿数，T1为齿轮名义转矩，σFP为许用弯曲应力，YFS为复合齿形系数1） 确定许用弯曲应力σFP取YST=2，SFmin=1.8取齿轮的循环次数N=60nat=60×2500×300×16×8=3.6×109(3-2)取寿命系数YN=1，得σFP1=σFlimYSTSFminYN=430×21.8=477.8Mpa(3-3)（2） 计算齿轮的名义转矩T1T1=9550P1n1=9550×202500=76.4N·m(3-4)（3） 选取载荷系数K加工精度为7级，且为斜齿轮传动，故选K=1.3（4） 初步选定齿轮参数z1=20,z2=i1z1=20×2=40,ψd=0.5,β=15°，μ=2。
5） 确定复合齿形系数YFS由计算可知：zv1=z1cosβ3=29cos15°3=22(3-5)zv1为当量齿数查图可得YFS1=4.3带入计算参数可得：mn=12.43KT1YFSψdz12σFP=12.431.3×76.4×4.30.5×202×477.8mm=2.04mm取标准模数mn=2.5，计算中心距a=mnz1+z22cosβ=2.5×20+402×cos15°mm=77.65mm(3-6)取a=78，得cosβ=mnz1+z22a=2.5×20+402×78=0.961538(3-7)式中，β为螺旋角，a为中心距，z1为输入轴齿轮齿数，z2为中间轴齿轮齿数，得β=15.942°6） 计算几何尺寸d1=mnz1cosβ=2.5×200.961538mm=52mmd2=mnz2cosβ=2.5×400.961538mm=104mm(3-8)b2=ψdd1=0.5×52mm=26mm(3-9)b1=b2+5~10mm=31~36mm(3-10)式中，d1、d2分别为齿轮1、2的分度圆直径，b1、b2分别为齿轮1、2的齿宽，在这里取b1=34mm3.1.3校核齿面接触强度σH=109ZEKT1bd12u+1u≤σHP(3-11)式中：σH为齿面接触应力，Mpa，ZE为弹性系数，K为载荷系数，T1为名义转矩，u为两齿轮齿数比，σHP为许用接触应力，Mpa取弹性系数ZE=189.8Mpa，得σH=109×189.81.3×76.426×5222+12Mpa=952.35MpaσHP=σHlimSHminZNZW=15001.4×1×1Mpa=1071Mpa(3-12)由于σH≤σHP，故接触疲劳强度足够。
因此将计算所得的各个齿轮参数列在下表中：表3.1 齿轮参数齿轮名称模数齿数分度圆直径齿厚螺旋角Z12.520523415.942°Z22.5401042615.942°Z3320623814.593°Z43601863114.593°3.3.2轴的设计计算轴按照形状的不同包括直轴和曲轴，在本文的设计中，采用直轴来传递转矩，在轴的设计计算中，首先要满足轴的强度刚度，而且要求轴的寿命满足要求，在设计计算过程中，按照扭转强度估算轴的直径，然后进行轴的结构设计，在最后进行轴强度的校核，使之满足设计要求3.2.1材料在选择轴的材料时，不仅要满足州的刚度以及强度的要求，还有加工工艺性以及价格等因素，轴的材料有碳素钢合金钢等，其中45号刚用的最多，并且价格低廉，所以本文设计中材料选用45钢3.2.2轴径计算C为由轴的材料以及承载确定的一个常数，在这里取C=100，输入轴功率经过轴承P1=P×η1，η1为轴承效率取0.99,P2=P×η1×η2，η2为齿轮啮合效率，取0.98，P3=P×η1×η2×η3，η3为轴承效率，取0.99输入轴初步估算轴径d1min=C3P1n1=110332×0.992500mm=25mmd2min=C3P2n2=110332×2×0.99×0.982500mm=32.4mmd3min=C3P3n3=110332×2×3×0.99×0.99×0.982500mm=46.1mm(3-13)由于中间轴采用键连接，故轴径增大5%取d1=26mm，d2=35mm，d3=47mm。
3.2.3轴的设计轴的结构设计时，要满足工艺性和强度刚度要求，设计见图纸3.2.4轴强度验算受力图如下图3.2所示：图3.2 输入轴齿轮受力图（1） 齿轮作用力的大小输入轴齿轮转矩T1T1=9550×P2n1=9550×322500N∙m=122.24N∙m(3-14)圆周力Ft1Ft1=T1×2d1=122240×252N=4701.54N(3-15)径向力Fr1Fr1=Ft1×tanαncosβ=4701.54×tan20°cos14.593N=1768.26N(3-16)轴向力Fa1Fa1=Ft1×tanβ=4701.54×tan14.593N=1224.05N(3-17)轴承的支反力水平面上的支反力FA=BCAB×Ft1=75.5107×4701.54N=3317.44NFB=ACAB×Ft1=31.5107×4701.54N=1384.10N(3-18)垂直面上的支反力FA'=Fa1d12+Fr1×31.5107=1224.05522+1768.26×31.5107=818NFB'=-Fa1d12+Fr1×75.5107=-1224.05522+1768.26×75.5107=950.26N(3-19)合成弯矩图如下图所示。
截面C处的弯矩包括水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩1）水平面上的弯矩MC=31.5×FA×10-3m=31.5×3317.44×10-3N∙m=104.5N∙m(3-20)（2）垂直面上的弯矩MC1'=31.5×FA'×10-3m=31.5×818×10-3N∙m=25.767N∙mMC2'=31.5FA'+Fa1d12×10-3=31.5×818+1224.05522×10-3N∙m=57.59(3-21)计算合成弯矩MC1=MC2+MC1'2=104.52+25.7672N∙m=107.63N∙mMC2=MC2+MC2'2=104.52+57.592N∙m=119.32N∙m(3-22)画弯矩图如下图所示取α=σ-1bσ0b≈1，截面处的当量弯矩MvC1'=MC12+αT12=162.87N∙mMvC2'=MC22+αT12=170.82N∙m(3-23)受力简图如下：图3.3 齿轮受力简图按弯扭合成应力校核轴的强度σc=McW=170.82×1030.1×453Mpa=18.75Mpa<σ-1b=60Mpa(3-24)通过计算可得，校核通过3.3轴承计算3.3.1齿轮传动轴承选型输入轴轴承根据轴径选择轴承型号为6205，主要尺寸d=25，D=52，B=15中间轴采用6207轴承，主要尺寸为d=35，D=72，B=17。
3.3.2差速器轴承差速器轴承：止推自动调心滚子轴承29412，主要尺寸为d=60，D=130，B=423.4差速器的选型及分析电动机的最大转矩Mmax=250N,n=1222.4rmp，传动效率η=0.96，安全系数n=1.5，减速机构的传动比i=6输出转矩T0=niMmaxη=1.5×6×250×0.96=2160 N∙m差速器的转矩比S=1.1~1.4，这里取S=1.3最大转矩为Tb，最小转矩为TsS=TbTsTb+Ts=T0(3-25)解得Tb=1220.87N，Ts=939.13N差速器齿轮主要参数选择（1） 行星齿轮数由于是采用的轻型物流运输车故行星齿轮数采用2个2） 行星齿轮节锥距A0和球面半径Rb根据经验公式Rb=Kb3Td，Kb=2.5~3.0，此处取Kb=3.0Rb=Kb3Td=3×32160=38.78mm(3-26)取Rb=40，A0=0.98~0.99Rb，取A0=0.98×40=39.2mm（3）行星齿轮和半轴齿轮齿数的选择轻型物流运输车齿轮强度要求不高，可以选取行星齿轮齿数，半轴齿轮齿数初选为24，与的齿数比为1.5，两个半轴齿数和为48，所以能够保证装配，满足要求。
行星齿轮和半轴齿轮节锥角、分别为(3-27)当量齿数：(3-28)由上式中计算可得当量齿数都大于17，因此锥齿轮大端端面模数m为取m=2.75行星齿轮分度圆直径，半轴齿轮分度圆直径压力角采用推荐值，齿高系数为0.84）行星齿轮轴直径d及支承长度L行星齿轮安装孔直径与行星齿轮轴直径相同，行星齿轮在轴上的长度是行星齿轮孔的长度行星齿轮轴直径d为(3-29)行星齿轮在轴上的支承长度L为差速器齿轮的几何尺寸计算查得修正系数齿侧间隙汽车差速器直齿轮锥齿轮的几何尺寸计算步骤见下表：表3.2 差速器锥齿轮参数序号项目计算公式结果1行星齿轮齿娄，应尽量取小值162半轴齿轮齿数，且满足243模数m2.754齿面宽度；10mm5齿工作高4.400mm6齿全高4.968mm7压力角一般汽车：；有些重型车：8轴交角90°9节圆直径；；10节锥角；；11节锥距12周节13齿顶高，，14齿根高；；15径向间隙c=0.568mm16齿根角；；17面锥角；；18根锥角；；19外圆直径；20节锥顶点至齿轮外缘距离；21理论弧齿厚；22齿侧间隙BB=0.12723弦齿厚;;24弦齿高;;差速器齿轮强度计算根据轮齿弯曲应力公式，(3-30)，J取0.250，半轴齿轮齿面宽取。
半轴大端分度圆直径，计算得到，质量系数，在这里模数，大于，因此尺寸系数，半轴齿轮计算转矩，齿面载荷分配系数3-31)则满足设计要求3.5半轴的设计计算3.5.1概述半轴的意义是将差速器传来的转矩传递给左右驱动轮半轴有许多种支撑形式，不同的支撑形式决定了半轴的形式，半轴的支撑形式包括半浮式，3/4浮式和全浮式，因为本设计为轻型物流运输车，所以采用全浮式结构半轴的结构比较简单，材料上选取高强度的42CrMo3.5.2半轴受力分析全浮式半轴只承受转矩，其计算可按求得，其中，的计算按发动机最大转矩计算，即(3-32)式中：为差速器的转矩分配系数，取0.6；汽车传动效率，计算时可取0.9；为发动机最大转矩为250N·m；为传动系最低挡传动比，在这里i=6；轮胎的滚动半径，0.280m根据上式2892.86N，所以=810N·m图3.4 全浮式半轴支承3.5.3全浮半轴杆部直径的初选在设计时，半轴杆部直径的选择可以首先按照下式进行：(3-33)式中：d为半轴杆部直径取d=24mm；T为半轴的计算转矩，810；为半轴转矩许用应力，MPa半轴材料取45钢，=490~588MPa3.5.4全浮半轴强度计算半轴的扭转应力可由下式计算：(3-34)式中：为半轴的扭转应力，MPa；T为半轴的计算转矩810；d为半轴杆部直径24mm；为半轴的扭转许用应力，取=490~588MPa。
298.57MPa <强度满足要求半轴的最大扭转角为(3-35)式中：T为半轴所受最大转矩，810；为半轴的长度700mm；G为材料的剪切弹性模量8.4×10N/mm；J为半轴横截面的极惯性矩，=32555.52mm计算后可得半轴的的最大扭转角=11.89°，扭转角应该选取为6°~15°满足条件3.5.5全浮式半轴花键强度计算本次设计的全浮式半轴中，使用的是渐开线花键在设计时取渐开线花键的齿数为10齿到18齿根据杆部直径为24mm，选择的渐开线的花键具体参数为：花键齿数在这里取12，分度圆的压力角是30°，模数为3，分度圆直径取26mm半轴花键的剪切应力为：9（3-36）半轴花键的挤压应力为：(3-37)式中：是半轴所受最大转矩，取810；花键孔内径，22mm；是半轴花键外径，26mm；是花键的工作长度80mm；为花键齿数，取12；是花键齿宽，mm，=4.65mm；是载荷分布不均匀系数，取0.75根据据上式计算：==14.08MPa==121.09MPa当传递最大转矩时，半轴花键的剪切应力小于等于70Mpa，相应的挤压应力小于等于196Mpa，所以根据计算数据分析可得半轴的花键校核成功。
3.6驱动桥壳设计计算3.6.1三种工况分析图3.5 驱动桥受力简图3.6.2各种工况计算3.6.2.1桥壳承受最大垂向力工况计算当汽车在不平路面上行驶时承受冲击载荷，在这里通常取2.5倍载荷加在两个钢板弹簧座上，这时可得最大垂向力为：ZL=2.5G×ba+bZR=2.5G×aa+b(3-38)G为后驱动桥壳满载轴荷，取G=1340×9.8N=13132N；ZL，ZR是在左右钢板弹簧座上的载荷；a，b为左右边钢板弹簧座到桥壳中央点的距离，a=b=0.528m将数据带入上式得ZL=ZR=16415N3.6.2.2桥壳所承受的最大牵引力工况此时工况为汽车以最大牵引力且为满载时在直线路面上行驶时的工况此时左右车轮不仅有有垂向反力作用在驱动桥上面，而且还有作用有地面作用于驱动车轮的最大切向反作用力，此时可得最大牵引力为：Pmax=Temax∙i∙ηr=250×6×0.960.280=5142.86N(3-39)将各参数值代可得Pmax=5142.86N3.6.2.3桥壳承受最大制动力工况计算这种工况为汽车紧急制动并且是满载条件下的工况汽车在紧急制动时，左右驱动车轮有垂直反力作用在上面，除此之外还有作用在地面对驱动车轮的制动力，最大制动力为的计算可由下式：F=G∙m'∙ϕ/2(3-40)在上式中:G为汽车满载止时驱动桥给地面的载荷，G=13132N；ϕ为车轮与路面的附着系数，取ϕ=0.85m'；m'为汽车制动时的质量转移系数，取m'=0.95。
代入数据可得F=5302.04N该工况下所受的垂向力为7222.6N3.6.2.4桥壳承受最大侧向力工况计算该工况是汽车侧滑时的极限工况，驱动桥的全部载荷由一侧车轮全部承受，此时可得驱动桥的侧向力为：P=G∙Φ1(3-41)Φ1为轮胎与地面的侧向附着系数取1，得P=13132N3.6.2.5桥壳极限工况的强度分析在对上面的几种工况的分析中可得出汽车在最大牵引力这种工况下行驶时驱动桥壳受力最大，所以这种工况是在所要计算时的极限工况，应以在对驱动桥壳进行强度分析的时候进行计算驱动桥壳在左右弹簧座间垂向弯矩为：Mv=G2-gwB-s2N∙m(3-42)式中：G为汽车满载静止在水平路面上时驱动桥给地面的载荷，G=13132N；B为车轮轮距，B=1320mm；gw为车轮的重力，gw=780N；s为驱动桥壳弹簧中心的距离，s=1056mm；计算可得Mv=763.752N在左右弹簧座间，计算可得驱动桥壳的水平弯矩：Mh=Pmax2B-s2。
