摘 要

伴随着中国人民经济水平的飞速提升，我国人民日益增长的物质需求与环境之间的矛盾日渐凸显。在人民对汽车这种提升生活质量的非必需品的购买欲及购买能力日渐上升的现在，要在满足大众汽车购买需求的同时提升汽车的环境友好度，新能源汽车的重要性显而易见。与此同时，新能源汽车还存在着诸多问题亟待解决。

轮毂变速器是新能源汽车驱动系统中至关重要的一环，本文在介绍完传统内燃机式汽车轮毂变速器原理后，针对新能源汽车的特性，对高速重载轮毂变速器进行了结构上的优化设计。同时，对设计完成的轮毂变速器进行了三维建模。通过理论上的设计研究，对日后国内的轮毂变速器设计过程具有重要的参考价值。

关键词：轮毂变速器；结构设计；新能源汽车；三维建模

Abstract

With the rapid increase of the Chinese people’s economic level, the contradiction between the growing material needs of our people and the environment has become increasingly prominent. As the people's desire to purchase and purchase of non-essential items such as automobiles to improve their quality of life is increasing day by day, the importance of new energy vehicles must be obvious in order to satisfy the purchase needs of Volkswagen and increase the environmental friendliness of automobiles. At the same time, many problems still exist in new energy vehicles.

The hub transmission is a crucial part of the new energy vehicle drive system. After introducing the principle of the traditional internal combustion engine vehicle hub transmission, the structure of the high-speed heavy-duty hub transmission is optimized for the characteristics of the new energy vehicle. At the same time, a three-dimensional modeling of the hub-wheel transmission was completed. Through the theoretical design research, it will have important reference value for the future domestic hub transmission design process.

Key Words： hub transmission; structural design; new energy vehicle; three-dimensional modeling.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 课题背景 1

1.1.2 国内研究现状 2

1.1.3 国外研究现状 3

1.2 目的及意义 3

1.2.1 研究目的 3

1.2.2 研究意义 4

1.3 研究的主要内容 4

1.4 本章小结 4

第2章 轮边驱动系统概述 5

2.1 电动轮的发展 5

2.2 电动轮的结构类型及特点 6

2.3 轮毂变速器概述 6

2.4 轮毂变速器工作原理 6

2.5 本章小结 8

第3章 参数设计 9

3.1 齿数及行星轮应满足的条件 9

3.2 行星齿轮传动的效率 9

3.3 电机参数及动力参数确定 10

3.4 直齿圆柱齿轮的强度计算 12

3.4.1 许用弯曲应力计算 12

3.4.2 齿面许用接触应力计算 13

3.5 齿轮参数计算 14

3.5.1 太阳轮、行星轮齿轮计算 14

3.5.2 内齿圈齿轮计算 15

3.6 齿轮弯曲疲劳强度校核 16

3.6.1 外啮合齿轮对弯曲疲劳强度校核 16

3.6.2 内啮合齿轮对弯曲疲劳强度校核 17

3.7 行星轮与行星轮架的相关设计 17

3.7.1 初步确定行星轴最小直径 18

3.7.2 行星轮轴承设计 20

3.7.3 行星轮连接结构设计 20

3.7.4 轴承的寿命计算 21

3.8 输入轴的设计 22

3.8.1 初步确定轴的最小直径 22

3.8.2 确定轴的各段直径和长度 23

3.8.3 花键连接的强度计算 23

3.9 本章小结 24

第4章 轮毂变速器的三维建模 25

4.1 三维建模 25

4.1.1 关键零件三维模型建立 25

4.1.2 剩余非标准件三维模型建立 28

4.1.3 标准件的三维建模 29

4.1.4 装配图设计 30

4.2 二维图绘制 31

4.3 本章小结 31

第5章 结论 32

参考文献 33

致 谢 35

绪论

研究背景

课题背景

随着时代的变迁，我国国民经济水平及能源需求都发生了巨大变化。伴随着我国国民经济水平的迅速提高，国民对于汽车这种便利的交通工具的需求日益凸显。根据中国汽车工业协会统计，中国汽车销售在过去五年中稳步增长，汽车销量和增长速度均领先于世界其他国家。然而基于我国人口分布稠密、人均资源量落后于世界的国情，汽车的迅速普及带来的也不全是积极的影响。为了解决汽车普及加重的环境、能源、交通等问题，企业、学者及普通消费者都将目光集中在了新能源汽车上。电动汽车为目前最为稳定、发展前景最好的一种新能源汽车，一般使用可再生能源，可实现节能减排，减小污染对环境的影响。^[1]

然而，尽管新能源汽车的前景备受瞩目，纯电动汽车目前在我国的推广过程中还是遭遇了一定的阻力。由于还处于推广阶段，相关技术还不够成熟，纯电动汽车普遍还存在着价格偏高、动力不足、相关设施不足等问题，对比传统汽车还是存在一定的劣势。为推进电动汽车的市场普及化，解决这些问题势在必行。我国的电动汽车推广工作还处于基本技术研发，基础设施尚不完善，技术水平尚待发展的基础阶段。

在电动车的发展同时，电动车用减速器的研发也进入了全新的时代。电动车用减速器的发展，对于提高电动车的续航力场及车辆性能这两点至关重要，从而也对电动车辆的发展起着关键作用。汽车的节能环保主要由车辆的驱动形式决定，其中，电动车的驱动形式含电机直接驱动、电机-轮毂变速器驱动两种。电机-轮毂变速器驱动中，轮毂变速器布置在电机与车轮间，提高驱动力，降速增扭。对比传统手动变速器，轮毂减速器结构简单，档位数减少，在结构上无需换挡机构、同步器机构、分离机构，故而可大幅降低零件数量。动力传递路径简单，不存在多档位和速比，也没有档位切换造成的动力中断，故而效率更高。^[2]所以采取轮毂变速器驱动，可提高空间利用率、传动效率，功率密度也高于电机直接驱动。因此，新能源车用轮毂变速器已成为目前最主要的研究方向。与此同时，轮毂变速器也面临着挑战。轮毂变速器的输入转速及载荷非常大，所需要的传动比很高。与此同时，新能源汽车车型一般相对小巧，车轮轮毂尺寸不比常用轮边减速器的自卸车，留给轮边减速器的尺寸空间很小。故而，如何设计结构更为紧凑的高速重载大传动比轮边减速器也成为了近年来的研究热点。

国内研究现状

轮毂变速器不仅作为新能源汽车的重要一环得到瞩目，在传统汽车的应用中也十分重要，我国研究学者针对轮毂变速器的研究较多。钟新利^[3]于湖南科技大学以矿用电动轮自卸车的轮毂变速器为研究对象，进行了优化模型求解方法及轮边减速器优化设计；齿轮多体动力学仿真及其轮齿动载系数分析；齿轮齿顶修形参数优化，为轮边减速器齿轮传动系统参数优化和齿顶修形量优化提供了理论依据和实践参考。宋朝省，翁燕祥，朱才朝等^[4]人针对考虑修行条件前提下电动车论轮毂变速器啮合特性与动态特性进行了研究，提出了三种修形方案，推荐在电动车轮毂变速器设计中采用齿向线性或起鼓修形配合齿形起鼓修形。王春艳,白鑫,童镭,王素^[5]针对重型矿用电动轮自卸车轮毂变速器工作条件恶劣的问题设计了满足要求的活齿传动轮毂变速器,确定了活齿传动轮边减速器的结构和基本尺寸,分析了活齿传动啮合件的受力情况并进行了强度估算。汪振晓、王犹松等人^[6]于东风汽车公司介绍了轮毂变速器的一般设计方法,包括结构方案选型、基本参数设计、强度校核、部件CAE分析等,充实了国内轮毂变速器设计的空白,也为今后相关轮毂变速器产品的开发提供参考，具有较强的科研意义。李洋^[7]于山东大学介绍了电动轮用轮毂变速器的类型，并分析了电动轮对采用NGW型行星齿轮结构的轮毂变速器的结构要求，依据分支定界的基本思想，结合定轴线齿轮传动的计算公式，建立了轮毂变速器的优化设计模型，构造了轮毂变速器的专用优化算法。刘建培^[8]于重庆大学使用动态设计取代原有的不够全面的静态设计，提早在设计过程中综合考虑多种因素并对齿轮系统进行震动模拟，综合运用齿轮系统动力学、齿轮啮合原理还有三维动力接触有限元仿真优化设计方法，在对轮毂变速器进行动态特性分析及动态响应优化的基础上，得到了更为理想的低振动齿轮系统装置设计。柴少彪^[9]于太原理工大学以重型载货汽车轮毂变速器为研究对象，在对其进行了设计研究的基础上，借助轮毂变速器三维模型，采用显式有限元算法，动态仿真了轮毂变速器在运动接触过程中的应力变化。温爱伟^[10]于山东大学对驱动桥轮边减速器进行了研究，针对行星轮和行星轮轴的失效实际情况，分别从设计、制造及使用维护等方面给出了相应对策，具有很重要的实际意义。王犹松,平建军^[11]于东风汽车公司利用现有的试验台架，通过设计多种不同的试验方案解决了在开发轮毂变速器总成时所需的台架试验问题，通过理论上的研究对实际生产做出了指导。过学迅、王斌^[12]于武汉理工大学针对某军用越野车轮毂变速器，从方案选型、基本参数的计算设计、强度校核等方面进行了介绍，清晰并准确的反映了轮毂变速器的设计过程，对轮毂变速器对车辆通过性的影响也有一定研究。