少齒差行星齒輪耦合智能控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　少齒差行星齒輪耦合智能控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </

2、p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

3、　　首先文章分析了國(guó)內(nèi)外汽車混合動(dòng)力的發(fā)展和研究情況，通過(guò)實(shí)際科研, 根據(jù)沙灘車的使用環(huán)境的要求和特點(diǎn)，以及該車混合動(dòng)力系統(tǒng)零部件選型設(shè)計(jì)原則和整車在運(yùn)行條件下的功率、扭矩和速度等性能指標(biāo)需求，研究動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和蓄電池的性能參數(shù),并進(jìn)行了優(yōu)化匹配、建模仿真和試驗(yàn)。確定了一種新型多用途輕型電動(dòng)及混合動(dòng)力沙灘車動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計(jì)方案. 研發(fā)了一種新的傳輸系統(tǒng)，混合動(dòng)力少齒差行星齒輪動(dòng)力耦合系統(tǒng)（FPS），且重點(diǎn)介紹了新型的少齒差偏

4、曲軸行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在該車動(dòng)力耦合系統(tǒng)中的應(yīng)用以及行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),采取的是各種齒輪體積總和與工作壓力角α最小的雙重優(yōu)化為目標(biāo)，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，從而達(dá)到大傳送比，小功率的優(yōu)化結(jié)果。該方法為低速車輛（即農(nóng)用車）和多用途輕型電動(dòng)和混合電動(dòng)汽車提供了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論。</p><p>　　關(guān)鍵詞：動(dòng)力耦合系統(tǒng)；混合動(dòng)力；低速車輛；少齒差行星齒輪傳動(dòng)；優(yōu)化匹配；</p><p>　　Key

5、words: Hybrid electric vehicle drive system; low-speed goods vehicles; vehicle dynamic coupling system; few-tooth-deference planetary gear transmission; optimize matching.</p><p>　　Firstly this paper analyze

6、s the development of domestic and foreign automobile hybrid, through research and practical research, according to the use of beach car environmental requirements and characteristics, and the vehicle hybrid system compon

7、ents selection design principles and vehicle in operation conditions such as power, torque and speed performance indexes of dynamics system needs to study engine, electric motor and battery performance parameters and opt

8、imized matching, modeling simulati</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 動(dòng)力耦合系統(tǒng)2</p><p>　　2.1 混合動(dòng)力耦合系統(tǒng)2</p><p>

9、;　　2.2 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式及分析2</p><p>　　2.3 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式分析4</p><p>　　2.3.1 串聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)4</p><p>　　2.3.2 HEV并聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)5</p><p>　　2.3.3 HEV混聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)5</p><p>　　2.4

10、混合動(dòng)力分配模式6</p><p>　　3 混合動(dòng)力設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9</p><p>　　3.2 混合動(dòng)力少齒差行星齒輪動(dòng)力耦合系統(tǒng)的原理11</p><p>　　4 案例研究13</p><p>　　4.1 動(dòng)力耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化14</p>&

11、lt;p>　　4.2 動(dòng)力耦合傳動(dòng)系統(tǒng)的控制策略15</p><p><b>　　5 結(jié)論16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　混合動(dòng)力汽車（HEV），是一項(xiàng)全新的科學(xué)技

12、術(shù)，20世紀(jì)90年代初以來(lái)，得到了美、日及歐洲等許多發(fā)達(dá)國(guó)家的極高重視，并已取得了一些重大的成果與進(jìn)展。我國(guó)在“八五”和“九五”期間都有計(jì)劃地開展了電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)合整車研制，在此基礎(chǔ)上也進(jìn)行了混合動(dòng)力汽車的多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)。這種車在減速時(shí)動(dòng)力可以回收再生，制動(dòng)器可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，避免了能量的浪費(fèi)。截至目前，低速車輛和全地形車是尚未使用該技術(shù)的汽車。據(jù)低速汽車和混合動(dòng)力汽車在全地形道路，環(huán)境，速度和負(fù)載的情況下，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)

13、，可充電池和電器電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)發(fā)揮最佳。由于偏曲軸少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有結(jié)構(gòu)緊湊，速度比大，效率高，穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又有能力強(qiáng)，加工簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)。所以該技術(shù)可以適用于全地形車，國(guó)家國(guó)防部，冶金，礦山；重物升降和運(yùn)輸，儀表制造等。并且混合動(dòng)力少齒差行星齒輪動(dòng)力耦合系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，節(jié)約能源，排放清潔，并減少對(duì)環(huán)境的污染等等。</p><p>　　在目前這個(gè)時(shí)期的生態(tài)要求中，設(shè)計(jì)和開發(fā)輕型電

14、動(dòng)和混合動(dòng)力電機(jī)的汽車及全地形車是非常重要的。裝用混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車燃料經(jīng)濟(jì)性比普通汽車可提高一倍，同時(shí)使CO2排放量減少一半。在全地形車方面使用混合動(dòng)力汽車技術(shù)很有創(chuàng)新，切入點(diǎn)是合適的，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景[1]。該技術(shù)還可以用到低速貨車（即農(nóng)用車），這將有巨大的發(fā)展?jié)摿涂春玫氖袌?chǎng)前景。</p><p>　　多用途運(yùn)輸中輕及低速是最重要的，其對(duì)于一些常規(guī)車輛不允許進(jìn)入的地區(qū)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性很高，如林地一般調(diào)

15、查，游客度假勝地，公園等；在實(shí)際的運(yùn)輸情況下，機(jī)場(chǎng)、車站、消防車也可應(yīng)用，其他應(yīng)用是他們申請(qǐng)短期和有限的速度范圍內(nèi)的城市運(yùn)輸[2]。</p><p><b>　　2 動(dòng)力耦合系統(tǒng)</b></p><p>　　2.1 混合動(dòng)力耦合系統(tǒng)</p><p>　　汽車的核心部分由：發(fā)動(dòng)機(jī)—變速器—驅(qū)動(dòng)橋—驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)是組成，汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性在很大

16、程度上受其總成的作用。</p><p>　　動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)最大的差別在于混合動(dòng)力（hybrid electric vehicles，即HEV）開發(fā)中與傳統(tǒng)汽車及電動(dòng)汽車中的動(dòng)力系統(tǒng)，核心和難點(diǎn)是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的HEV開發(fā)工作。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定著部件的數(shù)量、種類及系統(tǒng)的控制策略；動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致不同HEV的適用條件和使用要求各不相同；同樣，開發(fā)工作的難度也相差很大。可以說(shuō)，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式的選擇決定

17、HEV研究開發(fā)的重點(diǎn)和方向，關(guān)系著開發(fā)的進(jìn)度和產(chǎn)品的水平，是 HEV開發(fā) 中首要和關(guān)鍵的一步。動(dòng)力系統(tǒng)HEV最大的差別也是不同的，HEV正是根據(jù)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行類型劃分。因此，研究開發(fā)時(shí)必須在深人調(diào)研、仔細(xì)分析和權(quán)衡利弊的基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型作出慎重選擇[2]。</p><p>　　資料顯示:裝用混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車燃料經(jīng)濟(jì)性比普通汽車可提高一倍，同時(shí)能減少排放能引起地球變暖的CO2排放量減少近一

18、半。在沙灘車方面使用混合動(dòng)力汽車技術(shù)有創(chuàng)新，是合適的切入點(diǎn)，前期基礎(chǔ)工作已經(jīng)做了。該技術(shù)還可以用到低速貨車，這將與相關(guān)企業(yè)合作,本題目是在汪老師的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.2 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式及分析</p><p>　　HEV開發(fā)的實(shí)質(zhì)是通過(guò)部件工況的改善和效率的提高實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)化，是基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念上的創(chuàng)新。目前，HEV主要指以蓄電池與

19、輔助動(dòng)力單元(APU)作為動(dòng)力源的汽車。其中APU通常為一原動(dòng)機(jī)或由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組。根據(jù)部件種類、數(shù)量和連接關(guān)系可將 HEV的動(dòng)力系統(tǒng)分為三種基本結(jié)構(gòu)類型：串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型。其中，動(dòng)力源輸出功率以電力形式進(jìn)行復(fù)合的稱之為串聯(lián)式；以機(jī)械方式進(jìn)行疊加的稱之為并聯(lián)式；兩者兼有的稱之為混聯(lián)式。</p><p>　　混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)有三種布置方式：</p><p>　　圖2-l 串聯(lián)式混

20、合動(dòng)力系統(tǒng)</p><p>　　(1) 串聯(lián)式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)(圖2-1)在這種系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，電能用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)并借此轉(zhuǎn)動(dòng)車輪。這種系統(tǒng)使用一個(gè)較小的發(fā)動(dòng)機(jī)在效率最高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，因此，能夠最大限度地改善燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放。</p><p>　　圖2-2 并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)</p><p>　　(2) 并聯(lián)式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)(圖2-2)在這

21、種系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)既可聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輪，又可各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輪，并且允許發(fā)動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)車輪的同時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)給蓄電池充電。</p><p>　　(3) 混聯(lián)式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)圖2-3 其布置形式包含串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)，即功率流既可像串聯(lián)式流動(dòng)，又可像并聯(lián)式流動(dòng)。它的動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。根據(jù)助力裝置不同，又可分為發(fā)動(dòng)機(jī)為主和電機(jī)為主2種【3】。</p><p>　　圖2-3 混聯(lián)

22、式混合動(dòng)力系統(tǒng)</p><p>　　以發(fā)動(dòng)機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電機(jī)為輔助動(dòng)力源，Nissan Tino HEV屬于這種情況。以電機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力源，電機(jī)為主動(dòng)力源，Toyota Prius HEV就屬于這種情況。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制靈活方便，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜[2～3] 。</p><p>　　2.3 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式分析 </p>&l

23、t;p>　　2.3.1 串聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) </p><p>　　由于串聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系中的發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車驅(qū)動(dòng)輪之間無(wú)機(jī)械連接，具有獨(dú)立于汽車行駛工況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的優(yōu)點(diǎn)，適用于常見的頻繁起步、加速和低速運(yùn)行工況?？墒拱l(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定于高效區(qū)或低排放區(qū)附近工作。串聯(lián)式 HEV動(dòng)力傳動(dòng)系理論上的綜合效率較低，是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，再由電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用以驅(qū)動(dòng)汽車，途經(jīng)兩次能量轉(zhuǎn)換，

24、中間必然會(huì)伴隨著能量的損失。另外，它的三個(gè)動(dòng)力總成(發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī))也會(huì)給系統(tǒng)總布置帶來(lái)困難并使成本增加。因此只有在兩種情況下才有可能選用串聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系布置方案：①.發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于增加電動(dòng)車輛的續(xù)駛里程，而用于驅(qū)動(dòng)汽車的絕大部分能量來(lái)源于蓄電池，使整個(gè)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化損失較小。②.發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的綜合效率達(dá)到或超過(guò)傳統(tǒng)車輛動(dòng)力傳動(dòng)系的水平，研究人員希望能采用配備有磁能密度極高的永久磁鐵作為電極的高速同步發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)來(lái)達(dá)到這一

25、水平。這種系統(tǒng)主要用于城市大客車。</p><p>　　2.3.2 并聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) </p><p>　　在并聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)可分別獨(dú)立地向汽車驅(qū)動(dòng)輪提供動(dòng)力，沒(méi)有串聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系中的發(fā)電機(jī)，因此更像傳統(tǒng)的汽車動(dòng)力傳動(dòng)系，并具有許多顯著優(yōu)點(diǎn)：①.由于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能可直接輸出到汽車驅(qū)動(dòng)橋，中間沒(méi)有能量的轉(zhuǎn)換，與串聯(lián)式布置相比，系統(tǒng)效率較高，燃油消耗也較

26、少。②.同時(shí)電動(dòng)機(jī)又可作為發(fā)電機(jī)使用，系統(tǒng)僅有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)二個(gè)動(dòng)力總成，整車質(zhì)量和成本大大減小。③.假定汽車所要求的最大功率為 P，則每臺(tái)動(dòng)力總成的功率總和往往在P－2P之間，由于設(shè)備功率較小，所需設(shè)備費(fèi)用也較小。但發(fā)動(dòng)機(jī)與車輛驅(qū)動(dòng)輪間有直接的機(jī)械連接，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況不可避免地受到汽車具體行駛工況的影響，要維持發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作區(qū)工作，則控制系統(tǒng)和控制策略較復(fù)雜。 </p><p>　　2.3.3 混聯(lián)式HEV動(dòng)

27、力傳動(dòng)系統(tǒng) </p><p>　　混聯(lián)式HEV布置方案綜合了串、并聯(lián)兩種布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，具有最佳的綜合性能，但系統(tǒng)組成龐大，傳動(dòng)系布置困難。另外，實(shí)現(xiàn)串、并聯(lián)分支間合理的切換對(duì)控制系統(tǒng)和相關(guān)控制策略的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。綜上所述，并聯(lián)式HEV布置方案由于在傳動(dòng)系組成及控制方面更接近于傳統(tǒng)車輛傳動(dòng)系，且所需的電機(jī)功率較小，電池組數(shù)量少，整車的價(jià)位也比較低。更可貴的是，并聯(lián)式HEV可采用傳統(tǒng)汽車用內(nèi)燃機(jī)，從而

28、把傳統(tǒng)車用內(nèi)燃機(jī)的最新研究成果應(yīng)用到混合動(dòng)力車輛上，節(jié)省了研發(fā)資金目前這種結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)系應(yīng)用比 較廣泛。并聯(lián)式HEV動(dòng)力傳動(dòng)系，由于動(dòng)力合成的實(shí)現(xiàn)方法具有多樣性，相應(yīng)地動(dòng)力傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)也多種多樣，通常可歸類為：轉(zhuǎn)速合成式、牽引力合成式和扭矩合成式三大類。圖2-4為豐田公司Prius車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，它的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)被公認(rèn)為是目前最成功的結(jié)構(gòu)【3】。</p><p>　　圖2-4 豐田Prius車動(dòng)力動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

29、圖</p><p>　　2.4 混合動(dòng)力分配模式</p><p>　　如圖2-5為FPS輸入軸角速度小于200 rad/s時(shí)的分配模式，當(dāng)汽車在一定能夠的速度啟動(dòng)或加速時(shí)汽車驅(qū)動(dòng)力由電池帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供。此時(shí)電磁制動(dòng)器（BE）沒(méi)有制動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)過(guò)少齒差偏曲軸動(dòng)力耦合系統(tǒng)傳給變速箱和行星齒輪，最后傳到驅(qū)動(dòng)輪使汽車前進(jìn)。</p><p>　　圖2-5 FPS輸入軸角速度小于

30、200 rad/s時(shí)的分配模式</p><p>　　如圖2-6為FPS輸入軸角速度等于（或小于ICE扭矩）200 rad/s時(shí)的分配模式，當(dāng)汽車在一定能夠的速度啟動(dòng)或加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)提供，也可以由內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同提供。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力大于汽車本身所需動(dòng)力時(shí)，多余的動(dòng)力又可以通過(guò)FPS經(jīng)發(fā)電機(jī)給電池充電。</p><p>　　圖2-6 FPS輸入軸角速度等于（或小于ICE扭矩）20

31、0 rad/s時(shí)的分配模式</p><p>　　如圖2-7 為FPS輸入軸角速度大于或等于200 rad/s時(shí)的分配模式，當(dāng)車輛減速和FPS的輸入軸的角速度等于或大于200rad/s時(shí)驅(qū)動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)FPS提供，同時(shí)內(nèi)燃機(jī)將多余動(dòng)能經(jīng)FPS提供給發(fā)電機(jī)給電池充電，這樣就提高了能源的利用率。</p><p>　　圖2-7 FPS輸入軸角速度大于或等于200 rad/s時(shí)的分配模式（反饋制動(dòng)階

32、段Ⅰ）</p><p>　　如圖2-8 為FPS輸入軸角速度小于或等于200 rad/s時(shí)的分配模式（反饋制動(dòng)階段Ⅱ）。車輛減速和FPS的輸入軸的角速度等于或小于200 rad/s時(shí)驅(qū)動(dòng)輪輪制動(dòng)則其回收的能量通過(guò)主行星輪、變速箱和FPS啟動(dòng)發(fā)電機(jī)給電池充電。這個(gè)制動(dòng)過(guò)程中當(dāng)內(nèi)燃機(jī)仍然在工作，則其產(chǎn)生的動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)輪回收的動(dòng)力經(jīng)FPS耦合后再經(jīng)發(fā)電機(jī)給電池充電。</p><p>　　圖2-8

33、FPS輸入軸角速度小于或等于200 rad/s時(shí)的分配模式（反饋制動(dòng)階段Ⅱ）</p><p><b>　　3 混合動(dòng)力設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[1～3]</p><p>　　少齒差行星齒輪傳動(dòng)是行星齒輪傳動(dòng)中的一種,由一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪組成一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副,它采用的是漸開線齒形,內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很

34、小,故簡(jiǎn)稱為少齒差傳動(dòng)。一般所講的少齒差行星齒輪傳動(dòng)是專指漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)而言的。漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)以其適用于一切功率、速度范圍和一切工作條件,受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注,成為世界各國(guó)在機(jī)械傳動(dòng)方面的重點(diǎn)研究方向之一[3]。混合動(dòng)力技術(shù)應(yīng)用在沙灘車上這是首次嘗試，要解決的問(wèn)題之一是(在功率20Kw時(shí))實(shí)現(xiàn)低速（65Km/h）大扭矩還要經(jīng)常變速，所以在混合動(dòng)力沙灘車動(dòng)力耦合系統(tǒng)中采用新型的少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（傳動(dòng)比為20～

35、100以上）。</p><p>　　少齒差行星齒輪傳動(dòng)是行星齒輪傳動(dòng)中的一種。由 一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪組成一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副．它采用的是漸開線齒形，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很小，簡(jiǎn)稱為 少齒差傳動(dòng)。一般所講的少齒差行星齒輪傳動(dòng)是專指漸 開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)而言的。漸開線少齒差行星齒 輪傳動(dòng)以其適用于一切功率 、速度范圍和一切T作條件，受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注．成為世界各國(guó)在機(jī)械傳動(dòng) 方面的重點(diǎn)研究方向之一。</

36、p><p><b>　　1 少齒差傳動(dòng)</b></p><p>　　少齒差行星齒輪傳動(dòng)是行星齒輪傳動(dòng)中的一種。齒輪傳動(dòng)該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是當(dāng)輸人軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星輪不是作擺線運(yùn)動(dòng)高速公轉(zhuǎn)與低速 自轉(zhuǎn)的合成，而是通過(guò)雙曲柄機(jī)構(gòu)導(dǎo)引作圓周平動(dòng)。早在 1949年，蘇聯(lián)學(xué)者就從理論上解決 了實(shí)現(xiàn)一齒差傳動(dòng)的幾何汁算題目 。由 一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪組成一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副．它采用的是

37、漸開線齒形，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很小，簡(jiǎn)稱為 少齒差傳動(dòng)。</p><p>　　2 少齒差行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)   少齒差行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(I)加工方便、制 造成本較低 漸開線少齒差傳動(dòng)的特點(diǎn)是用普通的漸開線齒輪刀具和齒輪機(jī)床就可以加工齒輪，不需要特殊的刀具與專用設(shè)備，材料也可采用普通齒輪材料料 。</p><p&

38、gt;　　(2)傳動(dòng)比范圍大，單級(jí)傳動(dòng)比為 10～1000以上 。</p><p>　　(3)結(jié)構(gòu)形式多樣，應(yīng)用范圍廣，由于其輸入軸與輸出軸可在同一軸線上，也 可以不在同一軸線上，所以能適應(yīng)各種機(jī)械的需要 。 </p><p>　　(4) 結(jié)構(gòu)緊湊 、體積小、重量輕 ，由于采用內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當(dāng)傳動(dòng)比相等時(shí)，與同功率的普通圓柱齒輪減速器相比，體積和重量均可減少 1/3～2／3

39、。</p><p>　　(5)效率高。  當(dāng)傳動(dòng)比為 10～200時(shí)，效率為 80％～94％。效率隨著傳動(dòng)比的增加而降低[4]。</p><p>　　(6)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大，由于是內(nèi)嚙合傳動(dòng)．兩嚙合輪齒一為凹齒 、一為凸齒兩齒的曲率中心在同一方向．曲率半徑義接近相等，因此接觸面積大，使輪齒的接觸強(qiáng)度大為提高，又采用短齒制．輪 齒的彎曲強(qiáng)度也提高了。此外，少齒

40、差傳動(dòng)時(shí)，不是一對(duì) 輪齒嚙合，而是 3-9對(duì)輪齒同時(shí)接觸受力．所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪 聲小，并且在相同的模數(shù)情況下．其傳遞力矩比普 通同柱齒輪減速器大。</p><p>　　第一  減速部分：  當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于內(nèi)齒輪與機(jī)殼固定不動(dòng)，迫使行星齒輪繞內(nèi)齒輪作行星運(yùn)動(dòng)（即作公轉(zhuǎn)又作自轉(zhuǎn)）；又由于行星齒輪與內(nèi)齒輪的齒數(shù)差很少，所以行星齒輪繞偏心軸中心所作的運(yùn)動(dòng)為反向低速自

41、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。利用輸出機(jī)構(gòu)將行星輪的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給輸出軸，就可以達(dá)到減速的目的。</p><p>　　第二  輸出部分：  從結(jié)構(gòu)上保證行星輪上的銷孔直徑比銷軸套的外徑大二倍偏  心距。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，銷軸套始終與行星齒輪上的銷孔壁接觸，從而使行星齒輪的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)軸套傳給輸出軸，以實(shí)現(xiàn)與 輸入軸方向相反的減速運(yùn)動(dòng)。少齒差減速器的結(jié)構(gòu)型式較多，常見的型式可按輸出

42、的型式、減速器的級(jí)數(shù)、行星齒輪的數(shù)目、使用安裝的型式分類。</p><p>　　其中按輸出型式可分為：</p><p>　?。?）銷軸式 這種減速器使用歷史較長(zhǎng)，應(yīng)用范圍較廣，實(shí)踐證明效率較高；在高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，功率較大或扭矩較大的使用場(chǎng)合下，可采用銷軸式輸出機(jī)構(gòu)</p><p>　?。?）十字滑塊式 這種結(jié)構(gòu)形式較簡(jiǎn)單，加工方便，但是承載能力及效率較銷軸式低，

43、 常用于小功率、只有一個(gè)行星齒輪的結(jié)構(gòu)中。</p><p>　　（3）浮動(dòng)盤式 這種結(jié)構(gòu)形式較新穎，比銷軸式容易加工，使用效果好。但對(duì)其效率 和承載能力還缺乏測(cè)試數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）零齒差式 零齒差式輸出機(jī)構(gòu)的零件數(shù)量要少一些，結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便；</p><p>　?。?）雙曲柄式 高速軸減速后帶動(dòng)行星齒輪，動(dòng)負(fù)荷小。這種結(jié)構(gòu)的軸

44、向尺寸較大，加工精度要求高；</p><p>　　一種新型的少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-1，主要由定心內(nèi)齒輪、行星架、第一行星輪、第二行星輪、動(dòng)心內(nèi)齒輪以及軸承和軸承組成。由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的定心內(nèi)齒輪與第一行星輪的齒數(shù)差為1～4的少齒差，而輸出動(dòng)力至驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)心內(nèi)齒輪第二行星輪4的齒數(shù)差為0～4。一般采取的傳動(dòng)比為20～100以上，效率為0.8～0.9。如制動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)不轉(zhuǎn)（Z1不動(dòng)）,發(fā)動(dòng)機(jī)輸入軸和車輪輸出軸的傳

45、動(dòng)比I = -Z3/(Z5-Z3)；車輪制動(dòng)輸出軸不動(dòng)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)輸入軸和電動(dòng)機(jī)輸入軸的傳動(dòng)比If = -Z5/(Z5-Z), 內(nèi)、外齒輪的齒數(shù)差越少，每級(jí)傳動(dòng)得到的傳動(dòng)比就越大。但齒數(shù)差少到一定程度時(shí)，內(nèi)嚙合齒輪就會(huì)產(chǎn)生齒形重疊干涉[3]。解決的辦法是采用短齒并進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈兾弧?lt;/p><p>　　對(duì)各種內(nèi)嚙合少齒差行星(減速)傳動(dòng)進(jìn)行歸納整合,探索運(yùn)動(dòng)規(guī)律,用新的理論觀點(diǎn),比較系統(tǒng)的綜合論述工作原理、傳動(dòng)形式及

46、工作基本條件,并提出研發(fā)產(chǎn)品的意見。因而克服了浮動(dòng)盤式、銷軸式、滑塊式及雙曲柄式輸出機(jī)構(gòu)等缺點(diǎn)。當(dāng)調(diào)整控制系統(tǒng)可以順利實(shí)現(xiàn)并聯(lián)到串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，直到由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。比傳統(tǒng)的混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更輕，效率和整體性能更高。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，但是不能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的直接疊加[4～5]。</p><p>　　3.2 混合動(dòng)力少齒差行星齒輪動(dòng)力耦合系統(tǒng)的原理[7～17]</p><p>

47、;　　圖3-1為偏曲軸少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。它是屬于NN機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)動(dòng)力通過(guò)由一對(duì)斜齒圓柱齒輪1和2組成的高速級(jí)輸入,低速級(jí)由偏曲軸少齒差行星傳動(dòng)組成，1為輸入內(nèi)齒輪與電機(jī)相連；2為主動(dòng)曲軸與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，3和4為行星輪，5為輸出內(nèi)齒輪。設(shè)內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)速為n5，行星輪的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為n4，主動(dòng)曲軸的轉(zhuǎn)速為n3 = n4,根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理,行星輪作平動(dòng)，電機(jī)不工作和BE制動(dòng)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入時(shí)，機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比I25為 </p&

48、gt;<p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)不工作和CBE工作時(shí),電機(jī)動(dòng)力輸入時(shí)，機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比I15為</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　8，9 -螺旋齒輪; 1-中心內(nèi)環(huán)形齒輪; 2–帶有偏見彎曲軸的主行星; 3-第一行星齒輪;</p&g

49、t;<p>　　4-第二行星齒輪; 5-移動(dòng)內(nèi)部環(huán)形齒輪;6,7-軸承;</p><p>　　圖3-1 混合動(dòng)力低速車的混合動(dòng)力少齒差行星齒輪動(dòng)力耦合系統(tǒng)</p><p><b>　　4 案例研究</b></p><p>　　4.1 動(dòng)力耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化</p><p>　　漸開線少齒差行星傳動(dòng)的主要特

50、點(diǎn)是傳動(dòng)比大,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,重量輕;傳動(dòng)效率高,承載能力大,齒數(shù)少便于制造;輸入軸和輸出軸的同軸性好,裝配和使用方便.但該傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算比較復(fù)雜,這在一定程度上影響其推廣使用.因此,其設(shè)計(jì)方法的研究具有十分重要的意義。</p><p>　　對(duì)上圖進(jìn)行分析后，得出車子的4個(gè)工況，即：電動(dòng)機(jī)工作，發(fā)動(dòng)機(jī)工作，電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)共同工作，發(fā)電機(jī)發(fā)電。假設(shè)a的轉(zhuǎn)速是na，a的齒數(shù)是za，b的齒數(shù)是zb，1的齒數(shù)是z1，2的

51、轉(zhuǎn)速是n2，3的齒數(shù)是z3，4的齒數(shù)是z4，5的齒數(shù)z5，未知數(shù)設(shè)定好，然后對(duì)每個(gè)工況進(jìn)行分析。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)工作：CBE打開，CB閉合，只有電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，（za/zb）*I15=傳動(dòng)比。</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)工作：CBE閉合，CB打開，只有電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力</p><p>　　共同工作：CBE閉合，CB閉合，共同提供動(dòng)力。</p>

52、<p>　　發(fā)電機(jī)發(fā)電：當(dāng)車子需要制動(dòng)時(shí)，CBE打開，CB閉合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)對(duì)電池進(jìn)行充電</p><p>　　表4-2 動(dòng)力耦合系統(tǒng)的離合器和剎車系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)狀況</p><p>　　注： “○”是指離合器分離或制動(dòng)器不制動(dòng)；“●”是指離合器接合或制動(dòng)器制動(dòng)。</p><p>　　圖4-3 在不同的駕駛模式下車速及驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系</p><

53、;p>　　當(dāng)混合動(dòng)力從驅(qū)動(dòng)模式切換到另一種模式時(shí)，電磁控制的離合器，制動(dòng)器（CBE）和制動(dòng)器（BE）系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)策略按圖表4-3中變化。此時(shí)動(dòng)力性能控制離合器的車輛和平滑接觸離合器的車輛相結(jié)合的動(dòng)力有很大影響。當(dāng)車輛行駛于低速時(shí)，驅(qū)動(dòng)力由馬達(dá)和電動(dòng)可變扭矩提供；當(dāng)車輛行駛于中速時(shí)，驅(qū)動(dòng)力由馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和混合動(dòng)力提供；當(dāng)車輛行駛于高速時(shí)，驅(qū)動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和混合動(dòng)力提供。</p><p><b>

54、　　5 結(jié)論</b></p><p>　　在偏曲軸少齒差行星齒輪傳動(dòng)動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中,以嚙合角和機(jī)構(gòu)尺寸最小的雙目標(biāo)優(yōu)化模型,具有全局優(yōu)化的特點(diǎn),在尋求裝置體積最小的過(guò)程中,使設(shè)計(jì)參數(shù)的配置更加合理。不僅有效減小了結(jié)構(gòu)的尺寸,而且提高了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能。在混合動(dòng)力低速車的應(yīng)用中，它不僅降低了車的規(guī)模配置，而且也提高了運(yùn)動(dòng)性能，使發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)動(dòng)力平穩(wěn)耦合，通過(guò)調(diào)整電機(jī)正反轉(zhuǎn)的速度實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳遞動(dòng)力。

55、在全地形車上應(yīng)用指紋圖譜可以使發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的性能更穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)整電機(jī)的速度前進(jìn)，它可以實(shí)施連續(xù)可變速度移交權(quán)力，反向旋轉(zhuǎn)。與傳統(tǒng)的優(yōu)化算法比較，證明混合動(dòng)力少齒差行星齒輪動(dòng)力耦合系統(tǒng)優(yōu)化模型的應(yīng)用中是可行的。</p><p>　　綜上所述，開展對(duì)混合動(dòng)力少齒差行星齒輪動(dòng)力耦合系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法研究具有以下的意義：</p><p>　?、?對(duì)輕型電動(dòng)和混合動(dòng)力的所有類型的輕型外殼的設(shè)計(jì)

56、是很有必要的。 混合動(dòng)力聯(lián)合系統(tǒng)的少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在電動(dòng)和混合動(dòng)力的技術(shù)對(duì)于所有汽車的研究是很有用的。</p><p>　?、?混合動(dòng)力技術(shù)在農(nóng)用車的研究是有很大的前景的，也在很有必要的。</p><p>　　③.混合動(dòng)力技術(shù)應(yīng)用在沙灘車上這是首次嘗試，在功率20Kw時(shí)實(shí)現(xiàn)低速（65Km/h）大扭矩還要經(jīng)常變速，在電動(dòng)及混合動(dòng)力沙灘車動(dòng)力耦合系統(tǒng)中采用新型的少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（傳

57、動(dòng)比=20～100以上）,這純屬創(chuàng)新之作。所以，開展對(duì)混合動(dòng)力少齒差行星齒輪動(dòng)力耦合系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法是非常必要和有意義的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　教師指定：</b></p><p>　　[1] 趙福水等.混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與發(fā)展關(guān)系[J].湖南農(nóng)

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