动， 最高速度可达176km /h；1996年，该小组联合日本国家环境研究所研制了采用轮边驱动系统的后轮驱动电动汽车ECO，该车的轮边驱动系统选用永磁直流无刷电动机，额定功率为6.8kW，峰值功率为20kW，并匹配一行星齿轮减速机构；2001年，该小组又推出了以锂电池为动力源，采用8个大功率交流同步轮毂电机独立驱动的电动轿车KAZ。该车充分利用电动轮驱动系统布置灵活的特点，打破传统，安装了8个车轮，大大增加了该车的动力，从而使该车的最高速度可以达到311km /h。KAZ的轮边驱动系统采用高转速、高性能内转子型电动机，其峰值功率可达55kW， 0～100km/h 加速时间达到8s。为了使电动机输出转速符合车轮的实际转速要求，KAZ的电动轮系统匹配了一行星齿轮减速机构。
法国TM4公司设计的一体化轮边驱动系统采用外转子式永磁电动机，将电动机转子外壳直接与轮辋相连，将电动机外壳作为车轮的组成部分，并且电动机转子外壳集成为鼓式制动器的制动鼓，制动蹄片直接作用在电动机外壳上，省却制动鼓的结构，减小了轮边驱动系统的质量，集成化设计程度相当高。该轮边驱动系统所使用的永磁无刷直流电动机的性能非常高，其峰值功率可达到80kW，峰值扭矩为670Nm，最高转速为1385r/min，额定功率为18.5kW，额定转速为950r/min，额定转矩为180Nm额定工况下的平均效率可达到96.3%。
在国内，虽然对于轮边减速系统的研究起步较晚，但是也取得了一定进展。比亚迪在04年在北京车展上展出了ET概念车，采用轮边减速驱动系统由四个轮边电机独立驱动。同济大学也自主研制了“春晖”系列燃料电池概念车。哈尔滨工业大学爱英斯电动汽车研究所研制开发的EV96-1型电动汽车也采用外转子型轮毂电机驱动系统，选用一种称为“多态电动机”的永磁式电动机，兼有同步电动机和异步电动机的双重特性，其额定功率为6.8kw，峰值功率为15kw，集成盘式制动器，风冷散热。
1引言
电动汽车一般使用可再生能源，其能源多元化与高效化，在城市交通中，可以实现极低排放，甚至零排放。
目前电动车能源主要来自电力，在众多的驱动系统形式中，采用轮边减速驱动系
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统结构形式是目前的主要发展方向。
本设计在充分了解了轮边驱动系统的构造形式、工作原理、实际应用等情况的基础上，从齿轮箱的强度和动力学等方面考虑，按照本科阶段所学习到的机械设计的相关设计方法，先全面的分析了各齿轮的受力情况，再按照任务书中功率、传动比、寿命、可靠性、大体的尺寸等条件，从齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两个方面设计、选取和校核了该轮边驱动系统传动齿轮箱的主要零部件。
2研究基本内容
目前轮边驱动系统主要采用的是轮毂电机，这种电机成本较高，制造过程复杂，并且主要应用于大型电动轿车上，在小型电动车上采用结构简单的轮边驱动系统还较少，所以本文提出解决方案，主要研究内容：
（1）对小型电动汽车整体驱动系统分析，从而确定具体驱动电机要求、整体结构、悬架结构。
（2）细节设计：根据驱动电机的参数，确定系统参数—传动比、转速、零件尺寸等，从而确定轮边驱动系统的机械结构。
（3）Pro/E参数建模仿真：将设计系统进行参数化建模，并运用pro/E进行运动仿真。
3轮边驱动系统方案设计
3.1驱动系统方案选定
轮边驱动系统方案首先要考虑轮毂电机的结构形式，目前轮毂电机的主要结构形式有两种：内转子型和外转子型。大多数电动汽车当前都是外转子型结构形式，其主要采用的是低转速电机，电机一般转速不高，所以这种外转子型轮毂电机无需减速装置。但因其外转子一般都与电动汽车轮毂相连，所以结构比较紧凑，同时带来的缺点就是制造成本的增加。相比外转子型轮毂电机，内转子型轮毂电机一般采用带有减速装置的高转速电机，这种驱动系统结构简单，制造成本低，维护方便，非常适合选择作为小型电动汽车的轮边驱动系统。因此本设计采用带有减速装置的高转速内转子型驱动系统。电动机作为电动汽车的驱动部分，其参数直接影响所驱动电动汽车的最高行驶速度、爬坡能力和加速能力。根据要求，首先确定电动机参数要求，本设计所设
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计的电机参数如下表格：
表3.1 电机特性参数 Tab.3.1 Motor parameters
电机额定功电机峰值功电机额定转电机峰值转电机额定转电机最高转
率 率 矩 矩 速 速 3.5KW 15KW 10Nm 50Nm 3500rpm 12000rpm
3.2减速装置方案选定
具有减速的齿轮装置很多，但是目前多数轮毂电机的减速机构都采用行星齿轮传动方式，主要是因为其具有重量轻、结构紧凑、传动比高等优点；在行星齿轮传动中，具有多种传动方式，选择一种合理的传动方式，可以使轮边驱动系统有紧凑的结构，合理的重量。目前行星齿轮传动方式主要由以下几种：
（1）K-H-V摆线针行星齿轮传动，如图3.2.1，其特点是传动比较大，效率较高，并且传动过程中多齿数参与啮合，其承载能力大，传动平稳且噪音低；但其生产制造困难，零件成本及精度高。
（2）NGW型行星齿轮传动，如图3.2.2，其特点是结构紧凑简单、传动比范围大、占用空间小、质量轻便、制造成本低等。适用多种工作环境，单级传动比一般3～9较合适。
（3）NW型行星齿轮传动，如图3.2.3，其有NGW型行星齿轮传动优点，如结构简单、传动比范围大、占用空间小、质量轻便等，同时其比NGW型行星齿轮传动更加紧凑；但是其安装复杂，成本高。
图3.2.1 K-H-V摆线针行星齿轮传动
Fig3.2.1 K-H-V cycloid planetary gear
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图3.2.2 NGW型行星齿轮传动 Fig3.2.2 NGW type planetary gear
图3.2.3 NW型行星齿轮传动 Fig3.2.3 NW type planetary gear
小型电动汽车一般要求成本较低、结构简单、维护方便，所以在选用轮边驱动系统减速装置时，要注意其要求，NGW型行星齿轮传动因为结构紧凑简单、传动比范围大、占用空间小、质量轻便、制造成本低等优点，可以选用。虽然单级传动比较低，但是设计方案传动比在6左右，所以满足传动比要求。
根据上述过程的选择，确定轮边驱动系统的初步方案，方案见图3.2.4如下：
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图3.2.4 方案图 Fig3.2.4 Program chart
4轮边驱动系统齿轮传动设计
4.1轮边减速器的传动啮合计算
4.1.1确定齿轮满足条件，进行配齿计算 （1）传动比条件
bH?1-iab?1?对于NGW型行星齿轮减速器，传动比条件为iaHZbb（ia）Za。，Zb? H-1Za（2）邻接条件
图4.1 邻接条件
Fig4.1 Adjacency condition
在行星齿轮传动中，为了提高承载能力，减少机构的尺寸，并考虑到动力学的平衡问题，常在太阳轮与内齿轮之间均与对称地布置几个行星齿轮，为使两相邻两个行星齿轮不相互碰撞，要求其齿顶圆有一定的间隙，称为邻接条件。
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