双电机独立驱动FSEC赛车主减速器设计.docx

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双电机独立驱动FSEC赛车主减速器设计

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郭雷石晶李思琪李昊潼刘庆华

摘要：基于辽宁工业大学万得电动方程式赛车队E02号赛车和中国大学生电动方程式大赛规则文章对双电机后轮独立驱动方程式赛车的动力总成模块进行了设计与优化。对传动系统的传动比进行了匹配计算并完成了一种行星齿轮减速器的设计同时建立了CATIA三维模型并完成运动仿真。

关键词：传动系;双电机驱动;大学生方程式赛车

中图分類号：U463.2?文献标识码：A?文章编号：1671-7988（2020）18-61-02

Abstract：ThisarticleisbasedonthenewcarRDprojectofLiaoningUniversityofTechnologyWonderElectricTeaminthe2019seasonandthedesignofthewheel-sidereducerassemblyofthetwo-motorindependentlydrivenracingcarincombinationwiththerulesoftheChineseUniversityStudentsFormulaEcompetition.Itmainlyincludesthematchingofthetransmissionratioandthedesignoftheplanetarygeartransmissionstructure，useCATIAsoftwaretomodelthepartsanddomotionsimulationanalysis，verifythetransmissionratiooftheplanetarygearmechanismandcheckthemotioninterference.

Keywords：Powertrainsystem;Dualmotordrive;FSEC

CLCNO.：U463.2?DocumentCode：A?ArticleID：1671-7988（2020）18-61-02

前言

作为FSEC赛车重要组成部分传动系的设计直接影响着赛车的动态性能。本文根据副车架结构的布置需求设计了双电机的布置方案同时匹配了传动比参数并完成减速机构的设计还利用Catia软件完成了减速器的运动仿真分析。

1传动系布置与主要部件选型

考虑到电机接线与水路等管路操作空间将两电机对置且旋转90°从而避开接头缩短轴向距离;双电机布置需要极其高的同轴度因此电机与减速器各安装一个支架以防止过约束;电机与减速器通过筒夹式联轴器连接以提高同轴度的要求;减速器之后动力传递选择花键式半轴;这种结构有着赛车车轮跳动量大以及轻量化的特点结构如图1所示。

2动力参数匹配

2.1考虑运动特性

由于方程式赛车的特殊的使用工况基于运动特性的动力参数主要考虑赛车的最高车速。根据比赛工况选取最高车速为110km/h。由汽车理论中的传动比与车速计算公式可知车速与主传动比的关系：

2.2考虑动力特性

基于动力特性的参数匹配主要考虑的是在急加速或者起步过程中产生前后轴的轴荷的转移轴荷的变化产生轮胎附着力的变化。

2.2.1轴荷的转移计算

赛车急加速时轴荷向后转移起步时轴荷转移量最大坡度记为0%已知整车质量m为340kg附着系数f为1.1前后轴荷比45：55轴荷转移系数为1.4即在水平路面起步时后轴支反力：

2.2.2动力需求计算

根据汽车理论汽车行驶时驱动力应小于最大附着力与滚动阻力之和：

3主减速器的设计

3.1主减速器的建模

已知减速器需要的减速比为4查《行星齿轮传动设计》初取za=18zb=240zc=111。

经过计算该组合的传动比为3.901符合要求。

最终根据所确定的齿数模数等参数用Catia进行建模。装配图如图2所示。

4减速器减速机构运动学仿真

4.1仿真前处理

运动仿真时用旋转结合命令约束太阳轮自转对象分别是太阳轮和转臂（机架）如图3;用同样的方式约束一个行星轮对象是行星轮和机架;如图3。所以作为虚约束的另外两个行星轮无法按上述行星轮继续模拟但是可以令行星轮自转同时与外齿圈进行滚动曲线的接合如图3。

4.2仿真结果分析

仿真结果如图4所示图像斜率即为传动比大小测得其值为3.96左右符合设计的传动比（误差小于4%）。齿轮间无干涉啮合良好;用同样的类似手段继续检测行星轮与齿圈检查结果也是符合要求的。

5结