電動(dòng)汽車用兩檔位變速裝置設(shè)計(jì)研究

黃志勇

摘要：電動(dòng)汽車用兩檔位變速裝置，可以有效的確定最佳擋位，通過(guò)傳輸相應(yīng)的轉(zhuǎn)角或扭矩，手動(dòng)或者通過(guò)電控設(shè)備帶動(dòng)變速箱的換擋撥叉擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高低擋之間的切換。這樣，可結(jié)合車輛的行駛狀況，手動(dòng)或自動(dòng)地切換合適的擋位，保證了電動(dòng)汽車在起步、加速、爬坡時(shí)具有足夠的扭矩，既能節(jié)約電能，馬力充足，變速箱傳送效率更高，維修保養(yǎng)成本低，大大提升了電動(dòng)汽車的駕駛性能。

Abstract： Electric vehicles with two-gear transmission device， can effectively determine the best gear， through the transmission of the corresponding corner or torque， manual or electric control equipment to drive the transmission shift fork swing， to achieve the switch between high and low gear. In this way， according to the driving condition of the vehicle， manual or automatic switch of the appropriate gear， to ensure that electric vehicles in the start， acceleration， climbing the hill has enough torque， can not only save electricity， sufficient horsepower， transmission efficiency is higher， low maintenance cost， greatly improve the driving performance of electric vehicles.

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;兩檔位;變速裝置

Key words： electric vehicle;two gear;variable speed gear

1? 研究背景

電動(dòng)汽車由于使用電能驅(qū)動(dòng)，克服了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的環(huán)境污染和資源短缺的問(wèn)題，電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)相對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)具有較寬的工作范圍，并且電機(jī)低速時(shí)恒轉(zhuǎn)矩和高速時(shí)恒功率的特性更適合車輛運(yùn)行需求，然而固定速比減速器僅有一個(gè)擋位，使得電動(dòng)汽車電機(jī)常處在低效率區(qū)域，既浪費(fèi)寶貴的電池電量，又提高了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求，而且還會(huì)使車輛的續(xù)駛里程減少，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)在實(shí)際路況上既要在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)提供較高的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，又要在恒功率區(qū)提供較高的運(yùn)行速度，才能滿足車輛的高速、爬坡、加速等整車性能要求，假如在電動(dòng)汽車上使用兩擋機(jī)械自動(dòng)變速箱（AMT），就能解決上述矛盾，即在兩擋機(jī)械變速箱上加裝電控自動(dòng)換擋裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)換擋自動(dòng)化。

2? 兩檔位變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一種電動(dòng)汽車用兩檔位變速裝置，包括箱體，所述箱體頂部通過(guò)螺釘固定有箱蓋，所述箱體內(nèi)頂端處設(shè)有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸兩端分別固定套有軸承，兩個(gè)軸承分別嵌入箱體兩側(cè)內(nèi)壁并與其接觸處固定連接，所述轉(zhuǎn)軸一端固定有連接軸，所述連接軸另一端穿透箱體伸出箱體外側(cè)，所述連接軸與箱體接觸處旋轉(zhuǎn)連接，所述轉(zhuǎn)軸上固定套有套筒，所述套筒上傾斜狀環(huán)形開設(shè)有拔叉滑槽，所述拔叉滑槽內(nèi)滑動(dòng)設(shè)有滑桿，所述滑桿一端伸出拔叉滑槽固定連接有導(dǎo)向筒，所述導(dǎo)向筒內(nèi)滑動(dòng)套有拔叉軸，所述拔叉軸兩端分別與箱體兩側(cè)內(nèi)壁固定連接，所述導(dǎo)向筒底端處固定有換擋拔叉，所述導(dǎo)向筒正下端設(shè)有輸出軸，所述輸出軸設(shè)置在箱體內(nèi)，所述輸出軸中央處固定套有第三軸承，所述第三軸承嵌入箱體內(nèi)壁并與其接觸處固定連接，所述輸出軸處在箱體內(nèi)一端上固定套有第二軸承，所述第二軸承上固定套有圓柱齒輪，所述圓柱齒輪側(cè)壁上固定有輸入軸，所述輸入軸另一端穿透箱體內(nèi)壁并伸出箱體外側(cè)，所述輸入軸與箱體接觸處固定套有第一軸承，所述第一軸承固定嵌入箱體側(cè)壁內(nèi)，所述輸出軸上固定套有花鍵轂，所述花鍵轂上套有接合套，所述接合套內(nèi)圈面上開設(shè)有與花鍵轂外圈面花鍵相對(duì)應(yīng)的花鍵，所述接合套內(nèi)圈面上的花鍵與花鍵轂外圈面上的花鍵嚙合，所述接合套外圈面上環(huán)形開設(shè)有卡接凹槽，所述接合套外圈面上的卡接凹槽內(nèi)插入換擋拔叉的底部凸起，所述花鍵轂一側(cè)設(shè)有第一圓柱齒輪，所述第一圓柱齒輪套在輸出軸上并與其旋轉(zhuǎn)連接，所述第一圓柱齒輪與圓柱齒輪之間設(shè)有限位圈，所述限位圈固定套在輸出軸上，所述限位圈側(cè)壁與第一圓柱齒輪側(cè)壁貼合，所述第一圓柱齒輪與花鍵轂之間設(shè)有鑲套，所述鑲套外圈面上開設(shè)有與花鍵轂外圈面的花鍵相對(duì)應(yīng)的花鍵，所述鑲套滑動(dòng)套在輸出軸上并通過(guò)若干個(gè)螺釘與第一圓柱齒輪側(cè)壁固定連接，所述花鍵轂另一側(cè)設(shè)有第二圓柱齒輪，所述第二圓柱齒輪套在輸出軸上并與其旋轉(zhuǎn)連接，所述第二圓柱齒輪與花鍵轂之間設(shè)有第一鑲套，所述第一鑲套外圈面上開設(shè)有與花鍵轂外圈面的花鍵相對(duì)應(yīng)的花鍵，所述第一鑲套滑動(dòng)套在輸出軸上并通過(guò)若干個(gè)螺釘與第二圓柱齒輪側(cè)壁固定連接，所述輸出軸正下端設(shè)有第一轉(zhuǎn)軸，所述第一轉(zhuǎn)軸設(shè)置在箱體內(nèi)，所述第一轉(zhuǎn)軸兩端分別固定套有第四軸承，兩個(gè)第四軸承分別嵌入箱體兩側(cè)內(nèi)壁并與其接觸處固定連接，所述第一轉(zhuǎn)軸從左到右依次固定套有第三圓柱齒輪、第四圓柱齒輪和第五圓柱齒輪，所述第三圓柱齒輪與圓柱齒輪嚙合設(shè)置，所述第四圓柱齒輪與第一圓柱齒輪嚙合設(shè)置，所述第五圓柱齒輪與第二圓柱齒輪嚙合設(shè)置。其具體結(jié)構(gòu)如圖1-圖2所示。

圖1、圖2中：箱體1、箱蓋2、轉(zhuǎn)軸3、連接軸3-1、套筒4、拔叉滑槽5、軸承6、滑桿7、導(dǎo)向筒8、拔叉軸9、輸入軸10、第一軸承11、圓柱齒輪12、換擋拔叉13、第二軸承14、輸出軸15、第三軸承16、限位圈17、第一圓柱齒輪18、鑲套19、花鍵轂20、接合套21、第二圓柱齒輪22、第一鑲套23、第一轉(zhuǎn)軸24、第四軸承25、第五圓柱齒輪26、第三圓柱齒輪27、第四圓柱齒輪28。

3? 工作原理

本文研究的電動(dòng)車用兩檔位變速裝置在使用時(shí)，把驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與輸入軸側(cè)端固定連接，并把輸出軸側(cè)端通過(guò)聯(lián)軸器與主減速器的輸入軸固定連接，主減速器的輸出軸與差速器的輸入軸固定連接，且差速器的輸出軸與車輪傳動(dòng)連接，再把連接軸側(cè)端上固定連接掛擋桿的連動(dòng)桿，或者在連接軸上固定連接電控的自動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)被啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的動(dòng)力會(huì)傳遞至輸入軸，輸入軸會(huì)同步帶動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)嚙合第三圓柱齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，第三圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸同步帶動(dòng)第五圓柱齒輪和第四圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第五圓柱齒輪和第四圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)分別同步帶動(dòng)第二圓柱齒輪和第一圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第二圓柱齒輪和第一圓柱齒輪均與輸出軸旋轉(zhuǎn)連接，且由于輸出軸側(cè)端通過(guò)減速器和差速器與車輪傳動(dòng)連接，因此第二圓柱齒輪和第一圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出軸不會(huì)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是說(shuō)此時(shí)本變速箱處在空擋位。

當(dāng)車輛起步掛一檔時(shí)，推動(dòng)掛擋桿會(huì)使得連接軸順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，連接軸會(huì)同步通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)套筒順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，套筒順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于拔叉滑槽的傾斜狀環(huán)形設(shè)置，套筒上的拔叉滑槽會(huì)通過(guò)滑桿把換擋拔叉向右移動(dòng)，此過(guò)程中導(dǎo)向筒和拔叉軸起到導(dǎo)向作用，換擋拔叉向右移動(dòng)會(huì)撥動(dòng)接合套向第一鑲套方向移動(dòng)，進(jìn)而接合套會(huì)同時(shí)套在花鍵轂和第一鑲套上，接合套把花鍵轂和第一鑲套連接成一個(gè)整體，此時(shí)第五圓柱齒輪通過(guò)齒輪傳動(dòng)把動(dòng)力給第二圓柱齒輪時(shí)，由于第一鑲套和花鍵轂連接成整體，且第一鑲套和第二圓柱齒輪通過(guò)螺釘固定連接，所以花鍵轂會(huì)同步跟隨第二圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)同步帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，最后輸出軸的傳動(dòng)力到達(dá)主減速器，經(jīng)過(guò)主減速器的減速增扭后，再由差速器傳至車輪，達(dá)到本變速箱的一檔輸出過(guò)程。掛二檔時(shí)，拉動(dòng)掛擋桿使得連接軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，連接軸會(huì)同步通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)套筒逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，這樣套筒上的拔叉滑槽會(huì)通過(guò)滑桿把換擋拔叉向左移動(dòng)，換擋拔叉向左移動(dòng)會(huì)撥動(dòng)接合套向鑲套方向移動(dòng)，進(jìn)而接合套會(huì)同時(shí)套在花鍵轂和鑲套上，接合套把花鍵轂和鑲套連接成一個(gè)整體，此時(shí)第四圓柱齒輪通過(guò)齒輪傳動(dòng)把動(dòng)力傳遞給第一圓柱齒輪時(shí)，由于鑲套和花鍵轂連接成整體，且鑲套和第一圓柱齒輪通過(guò)螺釘固定連接在一起，所以花鍵轂會(huì)同步跟隨第一圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)花鍵轂會(huì)同步帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，最后輸出軸的傳動(dòng)力到達(dá)主減速器，經(jīng)過(guò)主減速器減速增扭后，再由差速器傳至車輪，達(dá)到本變速箱的二檔輸出過(guò)程。

4? 結(jié)論

本電動(dòng)汽車用兩檔位變速裝置，可以有效的確定最佳擋位，通過(guò)傳輸相應(yīng)的轉(zhuǎn)角或扭矩，手動(dòng)或者通過(guò)電控設(shè)備帶動(dòng)變速箱的換擋撥叉擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高低擋之間的切換。這樣，可結(jié)合車輛的行駛狀況，手動(dòng)或自動(dòng)地切換合適的擋位，保證了電動(dòng)汽車在起步、加速、爬坡時(shí)具有足夠的扭矩，既能節(jié)約電能，馬力充足，變速箱傳送效率更高，維修保養(yǎng)成本低，大大提升了電動(dòng)汽車的駕駛性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]包英豪.電動(dòng)車用兩檔變速器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及效率分析[C].中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)（China Society of Automotive Engineers）.2018中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集.中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)（China Society of Automotive Engineers）：中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)，2018：876-881.

[2]沙曉麗，李軍.手動(dòng)兩檔操縱全功率取力器開發(fā)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018（20）：163-164.

[3]肖勇，吳星泰，王家輝，段沛武，詹長(zhǎng)書.淺談新能源汽車兩檔變速器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（20）：176-177.

[4]朱亞光.電動(dòng)汽車自動(dòng)變速器電子控制系統(tǒng)開發(fā)[D].石家莊鐵道大學(xué)，2018.

[5]肖勇，段沛武，吳星泰，王家輝，余海峰.純電動(dòng)汽車兩檔變速器換擋最優(yōu)控制[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（13）：177-178.

[6]吳忠云.電動(dòng)汽車兩檔變速器齒輪修形及試驗(yàn)研究[D].吉林大學(xué)，2018.

[7]劉江紅.純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)[J].汽車工藝師，2018（03）：57-58，61.

[8]段元旺.電動(dòng)汽車變速器齒輪傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性及振動(dòng)分析[D].哈爾濱理工大學(xué)，2018.

[9]劉政.電動(dòng)汽車兩檔行星式自動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)與研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2018.

[10]黃石.自動(dòng)變速器匹配對(duì)純電動(dòng)汽車能耗影響的研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（04）：42.

[11]吳慶淼，謝偉東，陳靖韜，孫勝登.電動(dòng)汽車兩檔機(jī)械自動(dòng)變速器控制器設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程，2017，34（11）：1304-1308.