新能源汽车轮边驱动系统齿轮箱的效率分析与优化

发布时间：2017-07-18 18:09

  本文关键词：新能源汽车轮边驱动系统齿轮箱的效率分析与优化

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【摘要】：新能源汽车采用新型的清洁能源取代传统的石油资源为汽车动力，具有能源利用率高、环境污染小等优点，是未来汽车产业的发展趋势。轮边驱动系统是新能源汽车所特有的一种驱动方式，其传动效率的高低对整车的能源使用率有着至关重要的影响。 本文在总结国内外新能源汽车轮边驱动系统发展现状的基础上，对轮边驱动系统的一种专用齿轮箱进行了效率分析与优化设计。对齿轮箱的四种不同功率损失形式依次进行了分析与研究，提出了齿轮箱的总效率计算公式，并在此基础上对试样齿轮箱参数进行了效率方面的优化设计。 本文首先通过对直齿轮啮合过程的研究，提出将一对直齿啮合的平均效率来代替计算直齿轮的啮合效率的简化思想，从而去除了重迭特性对效率计算的影响，，并使用积分法推导出了直齿轮的啮合效率公式，通过数据分析验证了公式的准确性。其次沿用直齿轮啮合效率的计算思想，使用二重积分法推导出斜齿轮的啮合效率计算公式，得到不同设计参数与啮合效率值的影响关系。新能源汽车轮边驱动系统齿轮箱是一种高速齿轮箱，与转速有关的搅油和风阻损失相对较大，本文对齿轮箱的搅油、风阻和轴承功率损失机理进行了理论分析，并归纳总结了多种计算公式，使用MATLAB软件分析了不同的工作环境参数对功率损失的影响程度。 本文在前文研究的基础上阐述了齿轮箱功率损失的具体流程，提出了总效率计算公式，并分别得到了设计参数和工作环境参数对齿轮箱的效率影响程度，以及分析了不同损失形式在总功率损失中所占的比重，结果表明对于轮边驱动系统齿轮箱，由于其转速较高，搅油损失可占到总功率损失的50%左右，啮合和轴承损失均高于20%，风阻损失低于10%。 最后使用MATLAB优化工具箱对齿轮箱的螺旋角进行了优化设计，优化后的齿轮箱效率值提高了约1.35%，并分析对比了优化前后齿轮箱在不同工作环境下的效率值。
【关键词】：新能源汽车 轮边驱动 齿轮箱 传动效率 优化分析
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题来源及意义11-12
• 1.2 新能源汽车轮边驱动系统概述12-14
• 1.2.1 直接驱动式轮边驱动系统12-13
• 1.2.2 减速驱动式轮边驱动系统13-14
• 1.3 轮边驱动系统的国内外发展现状14-17
• 1.3.1 国外轮边驱动系统的发展15-16
• 1.3.2 国内轮边驱动系统的发展16-17
• 1.4 MATLAB 软件介绍17-18
• 1.5 本文的研究内容及思路18-19
• 2 直齿轮啮合效率分析19-31
• 2.1 常用的啮合效率计算方法19-20
• 2.2 啮合效率公式的建立20-26
• 2.2.1 啮合理论分析20-21
• 2.2.2 一对直齿的瞬时效率21-24
• 2.2.3 建立坐标系24-25
• 2.2.4 啮合平均效率25-26
• 2.3 结果和分析26-30
• 2.3.1 主动轮齿数与啮合效率关系27
• 2.3.2 传动比与啮合效率关系27-28
• 2.3.3 主动轮齿数和传动比与啮合效率三维关系28
• 2.3.4 摩擦系数与啮合效率关系28-29
• 2.3.5 影响参数与啮合效率四维关系29
• 2.3.6 图表数据分析29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 斜齿轮啮合效率分析31-44
• 3.1 啮合效率公式的建立31-38
• 3.1.1 啮合理论分析31-33
• 3.1.2 一对斜齿的瞬时效率33-35
• 3.1.3 建立坐标系35-37
• 3.1.4 啮合平均效率37-38
• 3.2 结果和分析38-43
• 3.2.1 主动轮齿数与啮合效率关系39
• 3.2.2 传动比与啮合效率关系39-40
• 3.2.3 螺旋角与啮合效率关系40
• 3.2.4 法面模数与啮合效率关系40-41
• 3.2.5 齿宽与啮合效率关系41
• 3.2.6 摩擦系数与啮合效率关系41-42
• 3.2.7 图表数据分析42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 齿轮箱的其他功率损失44-58
• 4.1 搅油损失分析44-50
• 4.1.1 润滑方式分析44
• 4.1.2 搅油损失模型44-46
• 4.1.3 结果和分析46-50
• 4.1.3.1 输入转速与搅油损失关系47
• 4.1.3.2 运动粘度与搅油损失关系47-48
• 4.1.3.3 齿高倍数与搅油损失关系48
• 4.1.3.4 输入转速和运动粘度与搅油损失三维关系48-49
• 4.1.3.5 输入转速和齿高倍数与搅油损失三维关系49
• 4.1.3.6 运动粘度和齿高倍数与搅油损失三维关系49-50
• 4.1.3.7 图表数据分析50
• 4.2 风阻损失分析50-55
• 4.2.1 风阻损失模型50-52
• 4.2.2 结果和分析52-55
• 4.2.2.1 输入转速与风阻损失关系53
• 4.2.2.2 动力粘度与风阻损失关系53-54
• 4.2.2.3 输入转速和动力粘度与风阻损失三维关系54
• 4.2.2.4 图表数据分析54-55
• 4.3 轴承损失分析55-57
• 4.3.1 轴承功率损失原理55
• 4.3.2 轴承功率损失模型55-56
• 4.3.3 轴承效率的确定56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 齿轮箱的总效率分析58-70
• 5.1 总效率计算公式58-59
• 5.2 设计参数对齿轮箱效率的影响59-63
• 5.2.1 齿轮箱工作环境参数设定59-60
• 5.2.2 齿轮箱设计参数设定60-61
• 5.2.3 主动轮齿数与总效率关系61
• 5.2.4 传动比与总效率关系61-62
• 5.2.5 螺旋角与总效率关系62
• 5.2.6 法面模数与总效率关系62-63
• 5.2.7 图表数据分析63
• 5.3 试样齿轮箱的效率分析63-69
• 5.3.1 试样齿轮箱结构介绍63-64
• 5.3.2 试样齿轮箱设计参数64-65
• 5.3.3 试样齿轮箱工况参数设定65
• 5.3.4 运动粘度与总效率关系65-66
• 5.3.5 高速大齿轮齿高倍数与总效率关系66
• 5.3.6 摩擦系数与总效率关系66-67
• 5.3.7 图表数据分析67-68
• 5.3.8 电机对试样齿轮箱效率的影响68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 6 齿轮箱效率优化分析70-81
• 6.1 机械最优设计技术概况70
• 6.2 MATLAB 优化工具箱概述70-71
• 6.3 试样齿轮箱参数优化71-80
• 6.3.1 设计变量71
• 6.3.2 目标函数71
• 6.3.3 约束条件71-72
• 6.3.4 优化方法72-73
• 6.3.5 优化步骤73-78
• 6.3.5.1 目标函数文件73-76
• 6.3.5.2 设定目标函数及其相关参数76
• 6.3.5.3 设定优化选项76-77
• 6.3.5.4 运行结果77-78
• 6.3.6 结果分析78-80
• 6.4 本章小结80-81
• 总结与展望81-83
• 参考文献83-86
• 致谢86-87
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录87-88

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