摘 要

电动汽车是一个复杂的系统，其研制与开发是一个涉及多个学科的高科技项目。鉴于电动汽车的主要性能指标是由最高车速、加速能力、爬坡能力和续驶里程等来表征，这些指标的高低直接与其动力传动系统优劣密切相关，因此，要提高整车的性能，就必须解决动力传动系统的问题。目前电动汽车由于电池技术未取得实质性突破，导致整车的能量利用率、续驶里程性能参数不够理想。在整车性能参数不变的情况下，通过两档变速器的匹配设计能够降低对于电机的要求，有效的减少成本，同时还能使得电机工作效率增加，提高能量利用率，增加续驶里程。其主要工作内容如下：

分析了电动汽车动力传动系统的基本构成；根据变速箱给定参数完成配齿、齿轮设计、轴设计、同步器选择、轴承设计、换档机构设计等工作；最后根据变速器匹配参数，通过solidworks软件绘制出相应的变速器三维模型。

关键词：电动汽车，传动系统，两档变速器

ABSTRACT

The electric vehicle is a complex system, which is a research and development of high-tech projects involving multiple disciplines. The key performance indicators of electric vehicle are the maximum speed, acceleration, gradability and the driving range etc., which are directly related to the level of the drivetrain, therefore we must solve the problem of the drivetrain for improving vehicle performance. Because the current electric vehicle battery technology is not made substantial breakthroughs, it causes that the vehicle in energy efficiency and the driving range performance parameters are not ideal. In the case of unchanged vehicle performance parameters, by using two-speed matching design of the transmission reduces requirements of the motor, which effectively reduces costs while still making the motor increase work efficiency and improve energy efficiency and increase the driving range. The main contents are as follows:

Analysis of the basic structure of the electric vehicle powertrain.After checking passing, eventually gets the appropriate matching performance of the transmission for a given electric vehicle models, next accomplishes selection of teeth number, gear design, shaft design, simultaneous selection, bearing design and the shift mechanism design based on power requirements.Finally, draws the corresponding three-dimensional model of the transmission by SOLIDWORKS software according to the matching transmission parameter and accomplishes a gear and shaft design drawings of the transmission.

Key words：electric vehicle, powertrain, two-speed transmission

目录

第1章 绪 论 1

1.1研究背景 1

1.2电动汽车自动变速器 2

1.2.1自动变速器概述及选型 2

1.2.2自动变速器国内外研究现状 4

1.3论文的主要内容 5

1.3.1课题研究的目的及意义 5

1.3.2课题研究的内容 5

第2章 变速器设计 7

2.1变速器设计基本方案 7

第3章 齿轮设计计算 11

3.1各档齿轮齿数分配的分配 11

3.2齿轮强度计算与校核 13

第4章 轴的设计计算 23

4.1初选轴的直径 23

4.2轴的刚度验算 23

第5章 其他零部件设计 30

5.1 同步器设计 30

5.2 输入轴轴承校核 32

5.3输出轴轴承校核 33

5.4中间轴轴承校核 35

5.5花键设计 35

第6章 结论 37

参 考 文 献 38

致 谢 39

第1章 绪 论

1.1研究背景

汽车的发展面临两大考验，一是汽车对环境的污染，二是日益短缺的资源所带来的严峻考验。其一汽车排放的尾气包含硫化物、氮氧化物、氟氯烃等使温室效应加剧、臭氧层破坏和酸雨形成等大气环境问题，据估计汽车排入大气的污染物已达到大气污染物排放总量的16.9%；随着汽车保有量的进一步加剧，汽车队环境的污染越来越严峻。其二是汽车排出的 CO2、CO、NOX、未燃碳氢化合物、颗粒物和臭味气体等造成的局部空气污染，进而对人类和动植物产生危害。特别是在大城市中，汽车行驶时排出的气体、微粒污染物、蒸发排放物等已经成为城市空气污染物的主要来源。随着人们生活水平的提高，人类对生存环境的要求越来越高，降低汽车有害排放的呼声与日俱增，美国已经出台了部分汽车零排放的法规，我国汽车排放法规的执行也更加严格，目前我国已实行《轻型汽车污染物排放限值计测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》（即欧Ⅲ、Ⅳ标准）。因此，环境公害是汽车行业面临的最大挑战^[1]。

汽车工业面临的挑战之二是能源问题。从人类对可持续发展的观点出发，人类应设法减少对有限的石油资源的消耗，并且应积极研究石油资源枯竭后汽车的替代能源。随着汽车保有量的增长，石油的供应日趋紧张。随着世界经济的持续增长和世界人口的增加、人民生活水平的提高，世界汽车保有量将会在较长一段时间内持续增长。可以预见，全世界在未来对传统车用燃料的需求将持续大幅增长，因此，开发并使用传统燃料的代用燃料和电动汽车、降低单位里程的燃料消耗量对缓解环境污染和保障能源供给具有重要的战略意义^[2]。

电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，且满足道路安全法规对汽车的各项要求的车辆。电动汽车能够实现零排放，可以解决汽车对环境的污染问题，对保护环境和生态具有重大意义。电动汽车采用电动机为驱动单元，使用的电能来源十分广泛，如水电、煤炭、核能、潮汐能、氢能、风能、太阳能等。即使将发电厂的污染考虑在内，电动汽车也比燃油汽车造成的空气污染小得多。与传统车相比，电动汽车的行驶噪声很小，可大大降低城市噪声污染。电动汽车可实现 Drive-by-Wire 的思想，使系统结构简化，操纵简便，同时电动汽车的能量基本上是通过电缆传输的，各部件的放置具有很大的灵活性，方便车辆的布置。电动汽车可以实现制动能量回收，提高能源的使用效率。电动汽车减速制动时的动能，可以通过再生制动转化为电能并贮存在蓄电池中，停车时不必让电动机空转，从而降低能源消耗。电动机控制响应时间短，转矩控制准确，有利于改善车辆的动态性能。电动机不像燃油发动机那样辐射大量的热能，有利于缓解城市热岛效应。电动汽车可利用夜间富裕的电力充电，有利于电网均衡负荷，维持电厂经济运行，提高电网经济效益。

综上所述，无论从环境保护、节约能源，还是安全及可靠性方面，电动汽车开发都具有重要意义。随着石油资源的日渐短缺和对环境污染要求的不断提高，世界范围内对电动汽车的需求尤为迫切，可以预测，随着能源危机和环境污染的日益严重，电动汽车相对内燃机汽车的优势愈加明显。同时，随着技术的发展进步，电动汽车的各项性能指标将会接近传统汽车，而其价格也将进一步降低。所以，电动汽车必将成为未来的主要交通工具之一^[3]。

1.2电动汽车自动变速器

1.2.1自动变速器概述及选型

经过上百年的发展，目前传统汽车上使用的自动变速器主要包括液力机械式自动变速器、无级自动变速器、电控机械式自动变速器和双离合自动变速器。

①液力机械式自动变速器

液力机械式自动变速器（Atuomatic Transmission, AT）是最早实现变速操纵自动化的车辆变速系统。它主要由液力变矩器、行星齿轮变速机构、换档执行机构、液压自动操纵系统、电子控制系统五部分组成。AT 自动变速系统简化了操纵，换档过程没有动力中断，提高了舒适性。但它具有传动效率低、行星齿轮结构复杂、制造工艺要求高、价格昂贵、修理困难等缺点。

②无级自动变速器

CVT（Continuously Variable Transmission）即无级变速传动，由于 CVT 可以实现传动比的连续改变，因此可以得到传动系与发动机的最佳匹配，保证发动机在最佳工况下运转。CVT 能够提高整车的燃油经济性和动力性，在变速过程中无动力中断，具有较好的加速性能；传动比连续变化，动力传动系统所受的冲击小，可提高乘坐的舒适性；控制发动机转速在较小范围内变化，就可使车速在较宽范围内变化，所以它是理想的汽车传动装置。CVT 传动系统包括：起步装置、行星齿轮机构、无级变速机构、自动变速操纵系统和中间减速机构，它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。

③电控机械式自动变速器

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