郭雷 石晶 李思琪 李昊潼 劉慶華

摘 要：基于遼寧工業(yè)大學(xué)萬得電動(dòng)方程式賽車隊(duì)E02號賽車和中國大學(xué)生電動(dòng)方程式大賽規(guī)則 文章對雙電機(jī)后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方程式賽車的動(dòng)力總成模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化。對傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比進(jìn)行了匹配計(jì)算 并完成了一種行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) 同時(shí)建立了CATIA三維模型并完成運(yùn)動(dòng)仿真。

關(guān)鍵詞：傳動(dòng)系;雙電機(jī)驅(qū)動(dòng);大學(xué)生方程式賽車

中圖分類號：U463.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-61-02

Abstract： This article is based on the new car R&D project of Liaoning University of Technology Wonder Electric Team in the 2019 season and the design of the wheel-side reducer assembly of the two-motor independently driven racing car in combination with the rules of the Chinese University Students' Formula E competition. It mainly includes the matching of the transmission ratio and the design of the planetary gear transmission structure， use CATIA software to model the parts and do motion simulation analysis， verify the transmission ratio of the planetary gear mechanism and check the motion interference.

Keywords： Power train system; Dual motor drive; FSEC

CLC NO.： U463.2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-61-02

前言

作為FSEC賽車重要組成部分 傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)直接影響著賽車的動(dòng)態(tài)性能。本文根據(jù)副車架結(jié)構(gòu)的布置需求 設(shè)計(jì)了雙電機(jī)的布置方案 同時(shí)匹配了傳動(dòng)比參數(shù)并完成減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 還利用Catia軟件完成了減速器的運(yùn)動(dòng)仿真分析。

1 傳動(dòng)系布置與主要部件選型

考慮到電機(jī)接線與水路等管路操作空間 將兩電機(jī)對置且旋轉(zhuǎn)90° 從而避開接頭縮短軸向距離;雙電機(jī)布置需要極其高的同軸度 因此電機(jī)與減速器各安裝一個(gè)支架以防止過約束;電機(jī)與減速器通過筒夾式聯(lián)軸器連接以提高同軸度的要求;減速器之后動(dòng)力傳遞選擇花鍵式半軸;這種結(jié)構(gòu)有著賽車車輪跳動(dòng)量大以及輕量化的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 動(dòng)力參數(shù)匹配

2.1 考慮運(yùn)動(dòng)特性

由于方程式賽車的特殊的使用工況 基于運(yùn)動(dòng)特性的動(dòng)力參數(shù)主要考慮賽車的最高車速。根據(jù)比賽工況選取最高車速為110km/h。由汽車?yán)碚撝械膫鲃?dòng)比與車速計(jì)算公式可知 車速與主傳動(dòng)比的關(guān)系：

2.2 考慮動(dòng)力特性

基于動(dòng)力特性的參數(shù)匹配主要考慮的是在急加速或者起步過程中產(chǎn)生前后軸的軸荷的轉(zhuǎn)移 軸荷的變化產(chǎn)生輪胎附著力的變化。

2.2.1 軸荷的轉(zhuǎn)移計(jì)算

賽車急加速時(shí) 軸荷向后轉(zhuǎn)移 起步時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移量最大 坡度記為0% 已知整車質(zhì)量m為340kg 附著系數(shù)f為1.1 前后軸荷比45：55 軸荷轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.4即在水平路面起步時(shí)后軸支反力：

2.2.2 動(dòng)力需求計(jì)算

根據(jù)汽車?yán)碚?汽車行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)力應(yīng)小于最大附著力與滾動(dòng)阻力之和：

3 主減速器的設(shè)計(jì)

3.1 主減速器的建模

已知減速器需要的減速比為4 查《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》 初取za=18 zb=240 zc=111。

經(jīng)過計(jì)算該組合的傳動(dòng)比為3.901 符合要求。

最終根據(jù)所確定的齒數(shù) 模數(shù)等參數(shù)用Catia進(jìn)行建模。裝配圖如圖2所示。

4 減速器減速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

4.1 仿真前處理

運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)用旋轉(zhuǎn)結(jié)合命令約束太陽輪自轉(zhuǎn) 對象分別是太陽輪和轉(zhuǎn)臂（機(jī)架）如圖3;用同樣的方式約束一個(gè)行星輪 對象是行星輪和機(jī)架;如圖3。所以作為虛約束的另外兩個(gè)行星輪無法按上述行星輪繼續(xù)模擬 但是可以令行星輪自轉(zhuǎn)同時(shí)與外齒圈進(jìn)行滾動(dòng)曲線的接合 如圖3。

4.2 仿真結(jié)果分析

仿真結(jié)果如圖4所示 圖像斜率即為傳動(dòng)比大小 測得其值為3.96左右 符合設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比（誤差小于4%）。齒輪間無干涉 嚙合良好;用同樣的類似手段 繼續(xù)檢測行星輪與齒圈 檢查結(jié)果也是符合要求的。

5 結(jié)論

本文闡述了一種大學(xué)生電動(dòng)方程式賽車雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)賽車的主減速器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通過測試驗(yàn)證了該種傳動(dòng)系設(shè)計(jì)的可行性;同時(shí)也說明了通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的幫助得到的設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。本次設(shè)計(jì)為之后大學(xué)生方程式賽車雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)提供了一個(gè)參考。

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