摘 要

本文主要的研究对象为电驱桥效率试验装置，驱动桥是汽车传动系统的重要组成部位，它对于汽车的运行发挥着重要作用，首先，车桥中装载了减速器，利用减速器，车桥可以降低驱动装置传递过来的转速，相应的转矩也会随之提升，利用差速器保证车轮能够以不同速度转向，装载的桥壳和驱动轮还会起到支撑车体重量的作用，另外其中的圆锥齿轮还有着改变转矩方向的重要作用，增加其对动力的传递效率对于提高车辆的动力性能以及改善整车的燃油经济性具有重大意义。因此设计驱动桥效率试验台，进行试验以获取驱动桥的传动效率值，并根据实验数据展开相关的研究，建立起汽车驱动桥效率方程，并对已有的驱动桥理论效率模型进行改正，使研究和实践之间更加紧密，并且进一步深入驱动桥的优化设计，这对改善汽车的燃油经济性以及增加行业竞争力都具有重要的意义。

在本文中，作者根据测定电驱桥效率的实验的具体要求，分析了各种试验台、驱动装置、测功机以及其调控模式和控制方法的优劣性，并最终组建了理想的试验装置。又对其中的各种零件，机械进行必要的选型和设计，绘制出了相关的装配图。

之后便是对设计好的试验台进行有限元分析和优化设计，本篇文章以轻量化设计为优化设计的主要思路。一直以来，轻量化设计都是各个企业的核心内容，它不仅可以降低生产成本、加工难度，而且还可以减少生产过程中的工业废弃物的产生；一方面降低了成本，节省了企业开支，增强企业的竞争力，另一方面还能改善生态文明建设，确保环境效益。

本文中使用pro/e对已有的试验台装置进行建模，之后将模型存为stp格式导入到ANSYS建立有限元模型并进行有限元应力分析，再根据得到的应力分布云图和变形云图在pro/e中对模型进行相关优化，最后回到ANSYS进行优化结果的检测，得出最终的结果。

关键词：电驱桥；试验台；结构设计；有限元分析；优化设计

abstract

The main research object of this paper is the efficiency test device of the electric drive axle. The drive axle is an important component of the vehicle transmission system, which plays an important role in reducing the speed and increasing the torque, ensuring that the wheels can turn at different speeds, carry and transmit the torque. Improving its transmission efficiency is of great significance to improve the power performance of the vehicle and improve the fuel economy of the vehicle. Therefore, the drive axle efficiency test-bed is designed and tested to obtain the transmission efficiency value of the drive axle. According to the experimental data, the relevant research is carried out, the efficiency equation of the drive axle is established, and the existing theoretical efficiency model of the drive axle is corrected, so that the research and Practice are closer, and the optimization design of the drive axle is further deepened, which improves the fuel economy of the vehicle Economy and increasing industry competitiveness are of great significance.

In this paper, the author analyzes the advantages and disadvantages of all kinds of test-bed, driving device, dynamometer, its control mode and control method according to the specific requirements of the experiment of measuring the efficiency of the electric drive bridge, and finally establishes an ideal experimental device. In addition, necessary selection and design of various parts and machinery are carried out, and relevant assembly drawings are drawn.

After that, the finite element analysis and optimization design are carried out for the designed test-bed. This paper takes lightweight design as the main idea of optimization design. For a long time, lightweight design is the core content of every enterprise. It can not only reduce the production cost and processing difficulty, but also reduce the production of industrial waste in the production process. On the one hand, it can improve the economic efficiency and enhance the competitiveness of the enterprise. On the other hand, it can follow the principle of "Jinshan Yinshan is green water and green mountain" to ensure the environmental benefit.

In this paper, we use pro/e to model the existing test-bed device, then import the model into ANSYS for relevant finite element analysis, then return to pro/e according to the analysis results to improve the model, and finally return to pro/e for improved detection, and get the final results.

Key words: electric drive bridge; test bed; structural design; finite element analysis; optimal design

目录

摘要 I

abstract II

一、绪论 1

1.1研究的目的和意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 2

1.3 论文内容和技术方法 3

1.3.1 论文内容 3

1.3.2 技术方法 3

1.4本章小结 3

二、试验台总成设计 3

2.1试验台的原理 3

2.2试验台类型的选择 4

2.2.1试验台的分类 4

2.2.2开式试验台 4

2.2.3闭式试验台 4

2.2.4开式试验台与闭式试验台的比较 5

2.2.5闭式试验台之间的比较 5

2.3输入设备的选择 6

2.3.1发动机 7

2.3.2电动机 7

2.4加载系统的设计 7

2.4.1水力测功机 7

2.4.2 电涡流式测功机 7

2.4.3 电力测功机 8

2.4.4 三种测功机的比较 8

2.5 交流电力测功机的操控 9

2.6 控制系统的设计 10

2.6.1 电机的变频调控 10

2.6.2 试验台的控制 11

2.7 试验台的布局设计 12

2.8 本章小结 12

三、机械结构设计 13

3.1 电机的设计 13

3.1.1 驱动电机的设计 13

3.1.2 加载电机的设计 14

3.2 扭矩传感器的设定 14

3.3 连接部分的设计 15

3.4支撑结构设计 16

3.5 底座设计 17

3.6 传动轴的设计 17

3.6.1 传动轴的总成设计 17

3.6.2 传动轴轴管的选择 17

3.6.3 伸缩花键的选择 17

3.6.4 万向节的选择 17

3.6.5 万向轴尺寸设计 17

3.6.6 传动轴尺寸设计 18

3.6.7 花键设计 19

3.7 本章小结 20

四、有限元模型的分析和计算 20

4.1 轴管的有限元分析 20

4.1.1 轴管的材料设定 20

4.1.2 轴管有限元模型的建立 20

4.1.3 支架有限元网格的划分 21

4.1.4 轴管的静力学分析 22

4.2 传动轴的有限元分析 25

4.2.1 传动轴有限元模型的建立 25

4.2.2 十字轴的有限元分析 26

4.2.3 凸缘叉的有限元分析 29

4.2.4 轴管的有限元分析 33

五、优化设计 35

5.1 轴管的优化设计 35

5.1.1 轴管的优化设计方案 35

5.1.2 轴管优化设计的再检验 36

5.2 十字轴万向节的优化设计 37

5.2.1 优化方案 37

5.2.2 十字轴万向节优化设计的再检验 37

5.3 凸缘叉的优化设计 38

5.3.1 凸缘叉的优化设计方案 38

5.3.2 凸缘叉优化设计的再检验 38

5.4 轴管的优化设计 40

5.4.1 轴管的优化设计方案 40

5.4.2 轴管优化设计的再检验 40

5.5 本章小结 41

六、总结 41

参考文献 42

致谢 43

一、绪论

1.1研究的目的和意义

近二十年来以来，我国汽车行业增长形式日新月异，销量已经从2000年不足200万台到如今2019年的2800万台，成功登顶了全球销量top1的位置^[1]。然而，仍旧有许多亟待解决的问题隐藏在这巨大的成就之下：在技术方面，我国缺乏核心技术，对外国车企的赖性十分严重；市场方面，合资车企仍旧占据了主导地位，这就导致了我国车企的市场空间狭小，这两方成为了挡在我国汽车行业发展路上的两座大山。

现如今，我们所需要做的，并非是盲目无知地加大生产力度，提高产能，而是需要技术的革新和市场的扩展。把对汽车的消费需求完全建立在外国的设计、技术和设备上，是不可能将中国从一个汽车产销大国变成真正的汽车大国的。此外我们还需要对逐渐饱满的国内市场进行扩展，让中国汽车走出去，进入国外市场，参与国外竞争，满足国外需求。这些都需要对汽车的设计、制造、加工等环节进行技术的革新。