机械论文机械工程论文范文10篇Word格式.docx

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驾驶微型纯电动汽车，比驾驶小汽车简单得多，即使老人或者下肢残疾的人，也能操纵自如。

因此，微型纯电动汽车不仅适合于通勤者的快速交通需要，也能为非通勤者的短距离慢速交通提供方便。

具有低碳环保无污染的微型纯电动汽车仅有市场潜力还不够，还必须还必须通过国家质检中心的型式认证试验，各项指标要满足有关国家标准，还必须有可靠的质量保证和充电、电池保养等服务保障。

时下，北方诸多省市（河北、河南、山东）的县城、乡镇风行的微型纯电动汽车，购买使用者不少。

经过几年来的实际运作，这类微型纯电动汽车的制造和使用暴露出其固有的缺陷，其主要特征是：

简易，在三轮车上安个电机加个车牌；

仿制，用游览车、场地车加个车壳成为道路用车；

拼装，将市购前桥、后桥拼装成一个底盘，且无设计图纸、工程计算书，零部件没有采用标准化，不通用，维修时无法互换；

底盘不耐用、不结实、不牢固；

电池容量下降快，使用寿命短；

续行里程短，充电时间长等。

这类微型纯电动汽车整车结构、控制器、零部件等没有任何标准，安全性能得不到保证，导致部分消费者持观望状态，也阻碍了微型纯电动汽车的发展。

微型纯电动汽车其宽度不大于1.4米，长度小于3米，座位有4座、2座或单座，微型纯电动汽车的关键是底盘必须保证机械性能、安全性能，其后桥、变速箱、制动机构等结构件的质量得到保证，其机械、安全性能才有保证。

从电动的合理需求，尽可能采取各种技术手段，促进微型纯电动汽车的产业发展。

1.2微型纯电动汽车的发展现状

20世纪80年代，人们日益关注空气质量和温室效应所产生的影响。

到了上个世纪90年代，一些国家开始实行严格的排放法规，电动汽车被认为是符合“零排放”标准的唯一可用的技术，世界范围内又掀起了电动汽车研究和开发的热潮。

至90年代末期，国外大汽车公司已开发生产了100多种型号的纯电动汽车、燃料电动汽车和混合动力汽车。

1.2.1目前的纯电动汽车主要面临的问题

（1）车辆的续驶里程有限目前在市场上比较广泛使用的纯电动汽车一次性充电后的车辆续驶里程一般为100-150km，而且这个数字一般都还需要保持适当的车辆行驶速度及具有可靠良好的电池管理系统才能得到实现，而绝大多数电动汽车在一般正常的行驶环境下的车辆续驶里程只有50-100km[19]。

与传统的燃油汽车相比较起来，纯电动汽车的有限较短的车辆续驶里程已成为其致命的缺点。

（2）成本过高目前市场上能在示范运行中的各式电动汽车，都是在原有的传统燃油汽车整车底盘，车厢基础上改装而制造成的，即将发动机、油箱等原有动力系统部件悉数拆下，然后再装上驱动电机、动力电池等相关配套部件设备就形成纯电动汽车。

电池、电机及其控制器技术复杂，且其成本很高，另外由于电动汽车采用了一系列的新材料、新技术，根本没有批量化生产，也导致了电动汽车的造价居高不下。

（3）蓄电池性能难以满足要求电动汽车的动力蓄电池的使用寿命最多为4年，与传统燃油汽车的寿命相比较时间太短。

若采用能量足、寿命较长的电池，其成本较高。

普通燃油汽车填充燃料，方便快捷，而当今市场上的电动汽车充电时间一般在6-8小时，给电动汽车的使用带来极大不便。

现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和质量。

如果电动汽车自身整备质量大，就会影响其加速性能和最大车速的提高。

第二章微型纯电动汽车动力系统总体设计

2.1微型纯电动汽车动力系统的基本组成

动力系统是微型纯电动汽车中的关键系统，图2.1为微型纯电动汽车的基本构成，从图中可以看出，微型纯电动汽车的动力系统主要由电气系统和机械传动系统组成，电气系统主要由蓄电池组、电动机及其控制器组成；

机械传动系统主要是由变速传动装置以及驱动车轮构成。

动力系统的控制器可以根据制动踏板和加速踏板输入的信号，发出相应的控制指令来控制功率转换器。

功率转换器的功能是调节电动机和电源之间的功率流，控制功率电路的功率输出，实时控制驱动电机的转速和转矩，然后电机输出的动力再通过变速器传动装置，驱动车轮按驾驶员要求行驶[3]。

由于这种布置方式仍然有和传统的燃油汽车很多相似之处，如变速器、传动轴、后桥及半轴等机械传动零部件，它只是把传统的燃油汽车的内燃机置换为驱动电机及电机控制器后，就得到了一辆新型的纯电动汽车，所以这种设计处理工作比较简单，方便将传统燃油汽车改装成纯电动汽车。

但是，由于其传动过程相对比较长，因而它的传动效率也会相对比较低，但有利于集中精力进行驱动电机及其控制器的研究开发。

早期的纯电动汽车研发时常采用这种布置方式。

第三章微型纯电动汽车动力性............32-44

3.1微型纯电动汽车动力性分析.........32-36

3.1.1最高车速分析.........32-34

3.1.2爬坡性能分析.........34-35

3.1.3加速性能分析.........35-36

3.2微型纯电动汽车续驶里程分析.........36-39

3.3等速续驶里程影响因素分析.........39-42

3.4本章小结.........42-44

第四章微型纯电动汽车动力系统参数.........44-56

4.1多目标的最优化问题.........44-47

4.1.1一般多目标的最优化数学模型.........44-45

4.1.2分层的多目标最优化问题.........45-46

4.1.3目标规划问题的数学模型.........46-47

4.2微型纯电动汽车动力系统参数优化问题.........47-50

4.3基于AUTO-SIZE的微型纯电动汽车.........50-53

4.4微型纯电动汽车动力系统参数优化.........53-55

4.5本章小结.........55-56

第五章微型纯电动汽车动力性能仿真分析.........56-66

5.1新能源汽车仿真软件介绍.........56-57

5.2微型纯电动汽车动力系统主要部件.........57-62

5.3微型纯电动汽车整车性能仿真分析.........62-65

5.4本章小结.........65-66

结论

本文对微型纯电动汽车动力系统进行了研究与设计，本文主要对微型纯电动汽车动力系统中电机电池参数以及传动比进行了理论计算和设计，本文主要完成以下工作：

（1）在分析了微型纯电动汽车现有的动力系统布置形式的基础上，鉴于客观条件，确定了本文的微型纯电动汽车采用机电集成驱动的形式对动力系统进行设计布置，这样的布置形式比较适合微型纯电动汽车低成本的要求。

（2）在确定整车基本参数的基础上，运用汽车理论、电机和电池的相关知识，对传动比、驱动电机、电池等参数进行了理论计算、匹配与设计，并以此为依据，选择永磁无刷直流驱动电机为动力系统的驱动电机，选择铅阀控密闭式铅酸蓄电池为动力系统的动力电池。

（3）本文根据建立的微型纯电动汽车的续驶里程计算数学模型，从整车、电机、电池三个不同方面对微型纯电动汽车续驶里程影响进行了计算和数据分析，以此为基础，再采用两种不同的方式对微型纯点汽车动力系统的参数进行了优化设计，提高了微型纯电动汽车的整车动力性能，增大了续驶里程。

（4）以ADVISOR2002为平台，本文对所设计的微型纯电动汽车动力系统进行了仿真分析验证，通过仿真分析验证了本文设计的动力系统符合微型纯电动汽车的动力性能要求，并且本文进行了整车性能试验，进一步验证了动力系统参数匹配的合理性，同时也证实了整车性能已经达到基本要求。

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科技导报.2004,23（4）:

25-25.

机械工程论文范文篇二

第1章绪论

1.1课题的背景、目的和意义

轮边减速器作为驱动桥的第二级减速装置，在水利、油田、矿山、建筑工地等车辆上应用广泛。

对于大多数的重型汽车，它们常在土壤松软的河滩、沙漠、山地、荒原等恶劣环境中运行作业，车速一般要求较低，但对车辆的动力性要求相对较高，所以传动系的低档总传动比一般要求较大。

对于汽车的整个驱动系统，当采用较大的低档总传动比时，分动器、变速器、传动轴等结构的转矩随之增大，为了保证传动的正常进行，它们的结构尺寸也会相应增大。

为了避免这种情况，则要尽量使分配到驱动桥上的传动比的比率最大。

此时，这部分较大的传动比将主要由中央主减速器承受，同样的会产生较大的转矩，从而导致驱动桥系统的质量和尺寸较大，便无法满足非公路用车、军用重型车、越野车及大型汽车在各种路况下保持良好的通过性，即当汽车在满载且车速平稳的情况下具有足够的离地间隙，以便通过各种环境的路面。

在设计重型车辆时，若要求传动系的传动比值和离地间隙都较大，往往将驱动桥设计成具有二级减速的传动系统，即维持中央为单级减速的情况下在轮毂中间或附近处增加一套轮边减速器，这样不但降低了分动器、差速器、半轴以及主减速器的负荷，还减小了各传动零件的质量、尺寸，使整个驱动系统更加紧凑，提高了汽车的通过性由此可知，在汽车驱动桥上增加一套轮边减速器，不但满足了整个系统传动比的匹配，还起到了减速、增扭的作用，提高了汽车的驱动力。

1.2研究现状

由于在行星齿轮传动机构中传递的功率可以实现分流，并且该机构因输入轴和输出轴在同一轴线上而合理的应用了内喷合，所以该机构具有体积小、承载能力高、传动比大和传动效率高等诸多的优点，常用在大转矩的传动系统上。

因此，对行星齿轮传动系统的研究有利于重型汽车轮边减速器的发展。

1.2.1动力学问题的研究现状

世界工业发达国家十分重视对行星齿轮传动机构的研究，在该系统的传动性能、传递功率、结构优化、速度和转矩等方面的研究领先于其他国家，开发了一些新的行星齿轮传动技术，如行星齿轮变速传动、封闭行星齿轮传动等。

从动力学角度对行星齿轮传动系统的研究开始于上世纪七十年代，其中以美国军事研究中心和国家航空航天局为主导的科研机构在自由振动、均载、动态稳定性、振动抑制和动态相应等动力学方面开展了深入研究。

Botman建立了行星齿轮传动机构的自由振动模型，分析得到了该机构的固有频率[4]。

Bahgat基于刚体动力学研究轴承间隙对轮齿承载能力的影响情况，发现行星齿轮传动是一个过约束的系统[5]。

August等人研究了简单行星齿轮传动系统的扭转振动和动态载荷后，幵启了对行星齿轮传动弹性动力学方面的研究[6]。

Velex等人利用实例对行星齿轮传动系统的固有频率进行了测量，并通过限元法对此系统进行固有频率计算与比较[7]。

LinJ.等分析了多个行星齿轮均布的行星齿轮传动振动特性，发现了具有一定规律的三种振动模态[8]。

同时与Parker合作，建立了多个行星齿轮分布不均的传动模型，并分析了在自由振动时的固有频率以及振动模态[9]。

Comparin建立了一个多间隙的非线性振动模型，并用解析谐波平衡法推导了简谐稳态解的表达式[1"

]。

后来先后有学者对行星齿轮传动系统动在不同的振动模型下进行了振动特性研究有学者对行星齿轮传动用数值方法进行了动力学研究[20&

rsquo;

21]。

部分研究者在考虑齿圈的弹性[22&

23]的情况下对螺旋齿轮行星传动进行了动力学研究。

Hidaka给出了一系列关于行星齿轮系统动力学的实验报告[24&

25]，这些报告结果即使对现今的研究都还是很重要的。

第2章驱动桥轮边减速器失效分析

2.1轮边减速器工作原理

如图2-1所示，轮边减速器结构中太阳轮3与半轴（扭矩输入轴1）用花键相连接，使太阳轮随输入轴1转动。

在中心太阳轮3和齿圈7之间装有四个行星轮5，四个行星轮同时与太阳轮和齿圈相n齿合，行星轮5与支承它的行星轮轴6之间装有圆锥滚子轴承，以减少行星轮轴孔与轮轴间的摩擦，行星轮轴6则装配到行星架4上。

齿圈支架10嵌入齿圈7而相连接，对于齿圈支架10则由锁紧螺母9紧固在半轴套管11上，从而齿圈固定不转动。

由于行星架4与轮毂间用螺栓相连接，所以由主减速器传递过来的动力经过输入轴1传递给中心太阳轮3，再由哨合原理将动力经四个行星轮5分流，然后再经行星架4传递给轮毂，从而驱使汽车车轮旋转。

轮边减速器的工作原理就是将发动机所输出的动力传递给主减速器，再经轮边减速器把传递的扭矩与转速进行降速增扭之后传到车轮上，这样车轮能够在地面附着力的反作用之下产生大的驱动力，从而使轮边减速器之前的各构件所受的力减小，增加了汽车驱动桥的承载能力，提高了各构件的使用寿命。

2.2轮边减速器的使用要求

汽车驱动桥是否需要使用轮边减速器，要根据实际的工况来确定，可以从以下几方面来分析：

（1）对于大多数工程用重型汽车，其工况比较复杂多变，比如，重型汽车的实际载重常大于规定的汽车载重；

重型汽车常在无路的环境下行驶，道路的坡度和路面情况变化很大。

所以重型汽车的牵引力要求有较大的变化范围，一般在4?

5倍左右，甚至达到数十倍，一般要采用轮边减速器。

（2）在汽车驱动桥上安装轮边减速器时，要保证它不会妨碍车辆的整体结构。

轮边减速器通常安装在车轮附近或轮毂内，如果其结构过大，会使轮毂的结构也跟着增大，会给传动轴带来大的扭矩，增加了传动轴的负担。

第3章轮边减速器的Pro/E建模.........35-51

3.1Pro/ENGINEER系统软件介绍.........35-36

3.2关于Pro/ENGINEER的关系式.........36-38

3.3齿轮渐开线的几何分析.........38-40

3.4直齿轮的建模分析.........40-41

3.5直齿圆柱齿轮的建模过程.........41-48

3.6齿轮的装配.........48

3.7本章小结.........48-51

第4章基于ANSYS有限元法的分析.........51-67

4.1ANSYS软件概述.........51-54

4.2接触分析.........54-58

4.2.1接触问题的基本理论.........54-57

4.2.2接触单元的分.........57

4.2.3面-面接触分析的特点.........57-58

4.3轮边减速器的有限元分析.........58-63

4.4行星架的有限元分析.........63-65

4.5本章小结.........65-67

第5章行星齿轮传动机构的均载分析.........67-83

5.1引言.........67

5.2行星齿轮间载荷分布不均性.........67-68

5.3均载措施.........68-70

5.4均载机构的结构类型.........70-72

5.5行星齿轮传动的均载机理.........72-73

5.6动力学均载计算公式的建立.........73-78

5.7行星齿轮传动的综合误差.........78-80

5.8本章小结.........80-83

本文以山东鹏翔汽车有限公司的某型矿用汽车驱动桥为例，开展了针对汽车轮边减速器的分析研究。

全文围绕着轮边减速器的失效进行分析研究，从设计、制造到使用维护方面给出了失效预防措施。

主要的工作与结论

（1）分析了重型汽车轮边减速器工作机理，并提出了轮边减速器的使用要求，即在不改变整车结构的前提下使机构拥有足够大的牵引力变化范围，并保证车辆正常转向，同时还要具有最佳的动力性和燃料经济性。

（2）通过对某型号驱动桥轮边减速器的失效分析，并分别从设计、制造和使用维护等几方面给出了相应的预防措施，对今后轮边减速器的使用和维护具有实用价值。

（3）建立了齿轮渐开线的计算公式，并利用Pro/E软件的单一数据库、参数化以及关系式创建了行星轮系统的三维模型。

这种建模方法不但防止了因人为计算失误而引起的模型错误，同时使模型更接近于实际，有助于提高结构分析的精确度。

另外，通过对参数和关系式的修改可以生成相同结构的模型，节约了大量的建模时间。

（4）用ANSYS软件对单组外啮合齿轮接触问题进行元分析。

由应力云图发现，在行星轮啮合接触处应力集中且最大，此处在作用力的反复作用下已产生疲劳破坏。

另外还发现从接触处到啮合轮齿的齿根处应力一直较大，且齿根处应力也较为集中，同时由变形图可知轮齿挠曲变形较大，因此在应力和变形的双重作用下，使轮齿发生折断的几率较大。

（5）通过对行星架的有限元分析发现，行星轮轴、行星架装配处以及行星架螺栓孔处应力集中。

在行星架结构的应力集中处则会因强度不够而发生变形或行星轮轴折断。

当行星架发生变形时，作用在行星轮上的载荷便出现严重偏载或严重过载，此时极易造成轮齿发生破坏而失效。

这与实际失效情况相符，因此提出通过提高系统的均载性能来延长系统的实际使用寿命和增加承载能力。

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