摘 要

在纯电动汽车中，电驱动系统是最主要、最核心、最复杂的部件，对车辆的运行性能有重要影响。本文针对一款地下电动工程车，根据工作环境的特点，为其设计出一款合适的减速器。在综合考虑后，确定工程车的电驱动系统采用电动机—驱动桥组合驱动形式。减速器选用双级斜齿圆柱齿轮式主减速器。本文首先计算得到电动机的参数，由此对主减速器、差速器进行了方案设计和参数计算。在得到所需参数后，运用CATIA三维软件对主减速器及差速器总成进行三维建模。最后使用ANSYS有限元分析软件进行强度分析，来验证设计的可靠性。结果证明，设计出的主减速器及差速器总成符合设计要求。

关键词：电驱动系统；主减速器；差速器；三维建模；有限元分析

Abstract

The electric drive system is the most important, the core, the most complex components of pure electric vehicles which has an important impact in the performance of the vehicle. According to the characteristics of the working environment, this paper designs a suitable reducer for the vehicle. After the comprehensive consideration, choosing a combination drive form with motor and drive axle as the electric drive system of the engineering vehicle. The selection of reducer is double helical cylindrical gear final drive. This paper first calculated the parameters of the motor, then do the design and parameter calculation for final drive and differential. After obtaining the required parameters, three-dimensional modeling of the final drive and differential assembly is established by using 3D software CATIA. Finally, using finite element analysis software ANSYS for strength analysis, to verify the reliability of the design. The results show that the design of the final drive and differential assembly satisfies the design requirements.

Key Words：electric drive system；final drive；diffrential; 3D modeling；FEA

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文的研究内容 3

1.4 论文结构 3

第2章 动力参数的确定 4

2.1整车基本参数 4

2.2 电动机功率的确定 4

2.3 传动比i的确定 5

第3章 主减速器设计 7

3.1 主减速器齿轮设计 7

3.1.1 齿轮类型选择 7

3.1.2 齿轮材料选择 7

3.1.3 齿轮基本参数的计算 8

3.2 主减速器齿轮轴设计 10

3.2.1 轴结构设计 10

3.2.2 轴的材料选择 12

3.3 主减速器轴承选型 13

第4章 差速器设计 14

4.1 差速器的类型 14

4.2 差速器的工作原理 14

4.3 差速器的齿轮设计 15

4.3.1 齿轮基本参数的计算 15

4.3.2 差速器齿轮强度计算 17

4.4 差速器零件的三维模型 18

第5章 基于Ansys的零件有限元分析 19

5.1 零件有限元分析 19

5.2.1 一级减速齿轮有限元分析 19

5.2.2 二级减速齿轮有限元分析 20

5.3 结果分析 20

第6章 结论与展望 21

6.1 结论 21

6.2 展望 21

参考文献 22

附录 A 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

随着我国经济发展水平的不断提高，国家正在大力建设发展着公共基础设施，其中地下管网系统是非常重要的一个方面。地下管网系统的空间较为狭窄而且各个入口间的距离一般较远，在进行人工维护时，需要有一种特殊的地下工程车来运载维护工程师和维护工具。和地面上的环境相比，地下空间相对封闭，空气流动性差。而纯电动车行驶噪声较低，没有尾气排放问题，适合用于地下环境。并且有用于地下的电动工程车辆的先例^[1]。同时，近年来国家与企业也都在鼓励推动电动汽车的发展，电动汽车的可靠性、安全性越来越高，经济性越来越好。因此，地下电动工程车有着十分广阔的市场前景。

在纯电动汽车中，电驱动系统是最主要、最核心、最复杂的部件，对车辆的机械效率、整车结构布置、行驶性能等有重要的影响^[2]。机械传动装置是电驱动系统中关键的传动部分。在电动汽车中，主减速器的功用是要将由电动机输入的转矩增大并降低转速，且当电动机纵置时具有改变转矩旋转方向的作用。主减速器与车辆行驶时的噪声、振动、动力性等息息相关^[3]。差速器用于在两侧输出轴间分配转矩，并保证两侧车轮能以不同角速度转动^[4]。为了满足车辆的性能要求，主减速器-差速器总成在正常条件下应传动平稳，噪声小，而且有足够的强度与刚度以及高的传动效率^[5]。在地下管网系统中，道路路面情况较好，对电动工程车的车速要求也不高。但由于地下空间的狭小，对电动工程车的外形尺寸有很大的限制，这直接影响到主减速器及差速器总成的整体尺寸。所以，设计一款适合于地下电动工程车的减速器具有重要的现实意义。本文针对地下电动工程车的特点，对其主减速器及差速器总成进行设计，利用CATIA软件建立相应模型，并使用ANSYS软件对模型进行有限元分析，验证设计的可靠性。具有一定的现实意义。

1.2 国内外研究现状

纯电动汽车的电驱动系统是车辆的心脏，它直接影响了车辆的运行性能。电驱动系统一般是由电控单元、功率转换器、电动机、机械传动装置以及车轮组成。目前，通过对传统汽车进行部分改造，以电驱动系统取代发动机是最主要的纯电动汽车设计方式。按结构形式来看，目前主要发展出如下四种^[6]：

1.传统驱动模式。电驱动系统由电动机、离合器、变速器、差速器组成，根据传统汽车发展而来，将电动机替代了内燃机。这种形式发展较早，技术成熟。