混合动力

猛龙哥

摘 要
混合动力电动汽车（HEV）作为目前汽车领域能缓解能源紧张压力和最可行的手段，己成为当今世界汽车领域研究的热点。混合动力汽车在由传统燃料汽车向燃料电池汽车的转变过程中扮演着承上启下的角色。混合动力汽车一般由一个发动机和一个电动机来提供动力。动力合成装置可以对由从发动机传递过来的能量和由从电动机传递过来的能量进行动态合成，然后输出到驱动轴上，从而带动车辆运行。
参考丰田公司推出的量产混合动力汽车Prius的结构，本设计的这套动力合成装置的核心是一套行星齿轮传动系统，它能实现不同输入转速和动力的合成，有可靠的能量分流，而且结构紧凑，方便控制，将它与传统的动力传动技术紧密结合，能够支持多种工作模式。以行星齿轮机构的动力耦合能实现复杂的工作条件需求，因此将会是今后研究和发展的重点。
本设计的行星传动采用二自由度的差动行星齿轮机构，主要包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架等。本设计内容包括选取行星齿轮传动的传动类型，对其进行配齿计算，计算齿轮的啮合参数和几何参数，并验算其转配条件。此外，还计算了行星传动的传动效率。最后，对机构进行结构设计并校核各齿轮的强度。

关键词: HEV；动力合成装置；行星齿轮

Abstract
Hybrid Electrical Vehicle(HEV), nowdays, as the most feasible meothod to be able to alleviate the energy tense pressure , already becomes the hot spot of present automobile research domain. The mix power automobile in is playing the role which by the traditional fuel automobile to the fuel cell automobile's transformation links the preceding with the following. The mix power automobile generally provides the power by an engine and an electric motor. The power synthesizer may to by the energy which transmits from the engine and by the energy which transmits from the electric motor carries on the dynamic synthesis, then outputs on the drive shaft, thus leads the vehicles movement.
Refers to the quantity which Toyota Corporation promotes to produce mix power automobile Prius the structure, this design's this set of power synthesizer's core is a set of planetary transmission system, it can realize the different input rotational speed and the power synthesis, has the reliable energy divergence, moreover the structure is compact, facilitates the control, unifies closely it with the traditional power drive technology, can support many kinds of working patterns. Can realize the complex working condition demand by planetary gears' dynamic coupling, will therefore be the present studies and the development key point.
This design's planet transmission uses two degrees-of-freedom the differential motion planetary gears, mainly includes the sun gear, the planetary gear, the tooth ring and the planet carrier and so on. This design content including the selection planetary transmission's transmission type, carries on to it matches the tooth computation, calculates gear's meshing parameter and the geometric parameter, and checking calculation its extension matches the condition. In addition, but also has calculated the planet transmission transmission efficiency. Finally, carries on the structural design to the organization and examines various gears' intensity.
Key words：HEV; synthesis of power devices; planetary gear

目  录

摘 要        I
Abstract        II
第1章 绪论        1
1.1 引言        1
1.2 动力合成装置简介        2
1.3 混合动力的发展趋势        3
第2章 动力合成装置设计        5
2.1 设计内容和要求        5
2.2 选取传动类型和传动简图        5
2.3配齿计算        6
2.4 初步计算齿轮的主要参数        8
2.5啮合参数计算        9
2.5.1 a-c齿轮副变位系数分配        10
2.5.2 b-c齿轮副变位系数分配        11
2.6 几何参数计算        12
2.7 装配条件的验算        15
第3章 传动效率计算        16
第4章 结构设计        18
第5章 齿轮强度校核        20
第6章 结  论        30
参考文献        31
致谢        33
附录        34

第1章 绪论
1.1 引言
能源和环境的双重压力使得混合动力汽车(HEV)[1][2]迎来了发展的高潮。目前由于电池技术尚未突破，纯电池驱动具有车速低及续驶里程短等缺点，而内燃机存在效率不高，大部分能量损失在内燃机的发热中，以及排放有害气体等不足。在蓄电池及其他能源装置尚不能完全取代传统的内燃机时，HEV成为了最佳的选择。混合动力汽车是指由两种或两种以上的储能器、能量或转换器作为驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆。混合动力总成按动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。混合动力汽车作为目前汽车领域能缓解能源紧张压力和减少污染的最可行的手段，已经成为当今世界汽车领域研究的热点。混合动力汽车在由传统燃料汽车向燃料电池汽车的转变过程中扮演着承上启下的角色。
混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。
动力合成装置作为混合动力汽车的重要部分，它是用在混合动力汽车上面用来实现能量的整和与分配的机械装置，通过这套装置混合对电动车辆将由从发动机传递过来的能量和由从电动机传递过来的能量进行动态合成，然后输出到传动轴，带动车辆运行。它的性能直接影响到了车辆运行的状况和整车性能。动力合成与切换装置的主要元件为行星齿轮机构。混合动力汽车有至少两个动力源，一般混合动力电动汽车有一个发动机和一个电动机来提供动力，该装置主要是为了实现在两个动力源同时工作时，动力耦合与分配的问题。
混合动力是目前汽车界发展的趋势，国外的混合动力已经产业化了。但是目前国内混合动力仍存在一些问题，其中主要的问题是动力耦合困难，其表现有:串联式混合动力发动机只能静态时充电，而在行驶的过程中充电不稳定。并联式和混联式还没有采用行星齿轮，而齿轮式离合器在车速到达一定值时存在严重的打齿现象。存在这些问题主要还是国内的控制水平落后于国外。对于串联式来说，如何解决在动态时发动机充电的稳定，是串联式动力耦合存在的问题。目前对于并联式和混联式的动力耦合来说主要采用行星齿轮式和离合器式两种。目前，日本丰田Prius混合动力汽车THSⅡ系统是公认的最为成熟的动力系统之一，其核心元件就是一个行星齿轮机构动力合成装置。它采用行星齿轮变速结构，变速器内置动力分离装置，行星齿轮机构巧妙地将减速器、发电机和电动机等动力部件耦合在一起，同时行星齿轮又起到无级变速器的功能，结构十分紧凑，形成一个集成化混合动力总成系统。但到目前为止，国内采用的行星齿轮动力耦合装置还不能达到较好的动力藕合的目的。而对于离合器式来说，目前采用的是齿轮式离合器，但当齿轮式离合器车速达到40—50km/h以上时，齿轮结合就会打齿。但是，以行星齿轮机构的动力耦合能实现复杂的工作条件需求，因此将会是今后研究和发展的重点。
1.2 动力合成装置简介
混合动力汽车控制所期望达到的目标：最大燃油经济性，最小排放，较好的加速性能、爬坡性能和较低的噪声及较大的续驶里程。控制系统应该包括：动力分配系统、发动机运转控制、传动控制系统、电池管理控制及车辆驾驶控制等。系统的结构原理图如图1—1所示。在结构上，它允许有两个输入，如图中所示，一个为电动机输入，一个为发动机输入，有一个输出，这样的结构要能满足混合动力汽车在只有一个动力源和两个动力源同时输入的情况下的输入。

图1-1  结构基本原理图

本设计的动力合成装置的核心是一套行星齿轮系统[3][4]，它除了能够进行动力合成与切换外，还能实现小范围变速的可能，同时，由于考虑到在汽车上的使用条件，所有齿轮均采用斜齿齿轮，以增加齿轮系统传动的平稳性，降低其在传动中产生的噪声。由于使用的的要求，有的部分材料采用加强硬度的工艺，此外，用于混合动力汽车动力合成装置的行星齿轮机构还应具有以下的特点：
（1）能实现不同输入转速和动力的合成；
（2）有可靠的能量分流，能量流方向的变更；
（3）结构紧凑，方便控制，而且有效，可靠；
（4）与传统的动力传动技术紧密结合；
（5）支持多种工作模式。
对动力合成与切换装置的设计，主要是基于其行星齿轮机构的设计。国外将行星齿轮机构用作动力合成与切换装置比较成熟的有丰田的Prius，在我国，对混合电动汽车动力合成与切换装置的研究起步比较晚，但是发展迅速。
1.3 混合动力的发展趋势
混合动力是发展的趋势，国外的混合动力已经产业化了，而目前国内混合动力仍存在一些问题，其中主要的问题是动力耦合困难，其表现有:串联式混合动力发动机只能在静态时充电，在行驶的过程中充电不稳定。并联式和混联式还没有采用行星齿轮机构，而齿轮式离合器在车速到达一定值时存在严重的打齿现象。存在这些问题主要还是国内的控制水平落后于国外。对于串联式来说，如何解决在动态时发动机充电的稳定，是串联式动力耦合存在的问题。目前对于并联式和混联式的动力耦合来说主要采用行星齿轮和离合器式两种。日本丰田Prius的行星齿轮是成熟的动力耦合部件，而对于离合器式来说，目前采用的是齿轮式离合器，但齿轮离合器式在车速40—50km/h以上齿轮结合时就会打齿。采用行星齿轮机构，尽管在结构上要显得复杂，但是有利于实现其传动速比要求，同时能满足的不同工作状态下的使用要求。因此，采用行星齿轮机构的动力耦合装置将会是今后发展的主要方向。
随着丰田Prius混合动力汽车的推出，采用行星差速机构的混合动力系统逐渐流行，这种型式通过行星机构可以实现多个部件转速的复合，而各个部件间的转矩保持一定的比例关系，这种功率复合形式被称为速度复合，这种行星机构有两个自由度，但通过不同离合器和制动器的作用，可以实现单自由度，固定传动比的传动，目前对于这种混合动力系统的研究很多，也出现了许多种结构。
日本丰田新一代Prius混合动力汽车的THSⅡ（Toyota Hybrid System Ⅱ）系统[5]是目前公认的最为成熟的动力系统之一，其核心元件就是一个行星齿轮机构动力耦合装置，如图1—2所示，在此装置中，发动机与行星架相联，通过行星齿轮将动力传给外圈的齿圈和内圈的太阳轮，齿圈轴与电动机和传动轴相联，太阳轮轴与发电机相联，动力分配装置将发动机一部分转矩(大约为70%)直接传递到驱动轴上，将另一部分转矩传送到发电机上，发电机发出的电将根据指令或用于给电池组充电，或用于驱动电动机以增加驱动力。它采用的是一种串并联混合的混合动力系统，即混联式动力驱动系统，用该行星齿轮机构动力分离装置[6]将动力分为两条路径：一条路径是从发动机直接发出动力到车轮；另一条路径（电路）是通过电机转化电能驱动汽车或给电池充电。当汽车正常行驶时切断发动机线路，使用电机驱动，从而避免了能量在传输过程中由于离合器和变速器而引起的损失。因此，对这方面的研究探讨意义深远。基于此，本设计将参考丰田Prius的相关数据，设计一适合于混合动力汽车用的行星齿轮机构动力合成装置。

图1-2   丰田Prius混合动力汽车THSⅡ结构简图

第2章 动力合成装置设计
2.1 设计内容和要求
试为某混合动力汽车动力合成装置设计所需的行星齿轮机变速机构[7]，其基本参数如表2-1所示。现已知该行星传动的最大输入功率 kw,最大输入转速 r/min, 传动比 =3.55，允许的传动比偏差△ =0.01，要求使用寿命5年，且要求该行星齿轮传动平稳、结构紧凑、外廓尺寸较小和传动效率高。
表2-1   某款混合动力汽车基本参数
项目        参数
        总质量（kg）        1375
发动机排量（L）        1.5
发动机最大功率（kw / rpm）        57 / 5000
发动机最大扭矩（N.m / rpm）        115 / 4000
电动机最大功率（kw / rpm）        50 / 1200~1540
电动机最大扭矩（N.m / rpm）        400 / 0~1200
变速器最大传动比
3.55
2.2 选取传动类型和传动简图
根据上述设计要求：传动平稳、结构紧凑、外廓尺寸较小和传动效率高，查常用行星齿轮传动的类型及其主要特点可知，2Z-X( A )型差动行星齿轮能满足设计要求。该传动类型效率高，体积小，质量小，结构简单，制造方便。适用于任何工况下大小功率的传动，且广泛地应用于动力及辅助传动中，工作制度不限，可作为增速、减速和差速装置。考虑到应用于汽车上要求寿命长、运转平稳、工作噪声低等要求，故选用渐开线斜齿圆柱齿轮传动较为合理，其传动简图如图2-1所示。

a—太阳轮（中心轮）   b—齿圈（内齿轮）   c—行星轮   x—行星架（悬臂）
图2-1   2Z-X( A )型差动行星齿轮
2.3配齿计算
2Z-X( A )型行星传动比 和其配齿公式如下
                           （2-1）
                                            （2-2）
                                    （2-3）
                                     （2-4）
角度变时，                                （2-5）
当 为偶数时，取
当 为奇数时，取
注： 为行星排特性参数，即齿圈与太阳轮齿数之比。
现考虑到该行星轮传动的外廓尺寸较小，承载能力较高等要求，选择太阳轮a的齿数 和行星轮数目 。
按公式(3-3)可得齿圈b的齿数 为

按公式(3-5)可得行星轮c的齿数 为
   
再按公式( 3-1 )验算实际的传动比

其传动比误差 为

故满足传动比误差的要求，即得该行星传动的实际的传动比 。
最后，确定该行星传动各轮的齿数为 ， ， 。
另外也可根据传动 查机械设计手册[8]直接得到上述各轮齿数。
2.4 初步计算齿轮的主要参数
行星齿轮传动中太阳轮同时与几个行星轮啮合，载荷循环次数最多，因此，在一般情况下，应选用承载能力较好的合金钢，并采用表面淬火、渗碳、渗氮等热处理方法，增加其表面硬度。在NGW传动中，行星轮c同时与太阳轮a和齿圈b啮合，齿轮受双向弯曲载荷，所以常选用与太阳轮相同的材料和热处理。齿圈强度一般裕量较大，可采用稍差一些的材料。齿面硬度也可低些，通常只调质处理，也可表面淬火和渗碳。
齿轮材料和热处理的选择：太阳轮a和行星轮c均采用20CrMnTi，渗碳淬火齿面硬度58~62HRC，接触疲劳极限 ，弯曲疲劳极限 ，太阳轮a和行星轮c的加工精度为6级；齿圈b采用40Cr，调质硬度250~290HBS， ， ，加工精度为7级。
对于闭式硬齿面齿轮传动（HBS≥350），其抗点蚀能力较高，所以一般先按弯曲疲劳强度进行计算，再校核其接触疲劳强度。
按齿根弯曲强度初算齿轮法向模数 的公式为
                      （2-6）
现已知小齿轮（行星轮）的齿数 ，弯曲疲劳极限 ，小齿轮名义转矩
；取算式系数 ,综合系数 ,弯曲强度的行星轮间载荷不均匀系数 ,齿形系数 ，齿宽系数 。
则得小齿轮法向模数
圆整后取小齿轮标准法向模数 mm
初选螺旋角 ，则a-c啮合齿轮副的中心距 mm
圆整后取 mm
则实际螺旋角
由于实际螺旋角与前设螺旋角 很接近，故上面确定的参数可以使用，否则应重设β或调整齿数后再进行确定。
2.5啮合参数计算
在两个啮合齿轮副a-c和b-c中，其非变位标准中心距分别为
mm
圆整后取 mm
mm
由此可见，两齿轮副的非变位标准中心距不相等，且有 ，因此该行星轮传动不能满足非变位的同心条件。为了是该行星传动既能满足给定传动比的要求，又能满足啮合传动的同心条件，既应使各齿轮副的实际啮合中心距 ′相等，则必须对该2Z-X( A )型差动行星传动进行变位。
根据两标准中心距之间的关系 ,现取其实际中心 mm作为各齿轮副的公用中心距。
现已知 ， ， mm， mm；取标准法向压力角 ，则端面压力角 = ，对各齿轮副的啮合参数计算结果如表2-2所示。

表2-2  2Z-X( A )型差动行星传动啮合参数计算
项目        计算公式        a-c齿轮副        b-c齿轮副
法向中心距变动系数




        端面        啮合角




法向变位系数和




法向齿顶高变动系数




注：1.表中下角标2、1分别代表齿轮副中大、小齿轮。
2.有“ ”或“ ”处，上面符号用于外啮合，下面符号用于内啮合。

2.5.1 a-c齿轮副变位系数分配
在a-c齿轮副中， ， ，中心距 。据此可知，该齿轮副变位的目的是为了凑合中心距和改善啮合性能，其变位方式采用角度变位的正传动，即 。
可按下式计算小齿轮的法向变位系数 的值，即
                （2-7）
若该小齿轮为输入齿轮时， ；若小齿轮为输出齿轮时， 。
然后按下式可求得大齿轮的法向变位系数 的值，即
                           （2-8）
式中，“+”适用于内啮合，“－”适用于外啮合。
现已知 ， ， ， ，取 。
按公式（2-7）可求得行星轮c的法向变位系数 为

                     
                       
按公式（2-8）可得太阳轮a的法向变位系数 为

2.5.2 b-c齿轮副变位系数分配
在b-c齿轮副中， ， ， mm。由此可知，该齿轮副变位的目的是为了改善齿轮副的啮合性能和修复啮合齿轮副，故其变位方式采用高度变位，即 ，则可得齿圈b的法向变位系数 为
2.6 几何参数计算
对于该2Z-X( A )型差动行星传动可查手册的计算公式进行其几何尺寸的计算。各齿轮副的几何尺寸的计算结果如表2-3所示。

表2-3  2Z-X( A )型差动行星传动几何尺寸计算

项目        计算公式        a-c齿轮副        b-c齿轮副
变位系数x         



分度圆直径d         



基圆直径




节圆直径




齿
顶
圆
直
径

外啮合         


        内啮合         
（插齿）
（ ）
         
齿
根
圆
直
径

外啮合         


        内啮合         
用插齿刀加工：

         

端面重合度





注：1.表内公式中， 为齿顶压力角； 为插齿刀的齿顶圆直径； 为插齿刀与被加工齿轮之间的中心距。
2.表中的径向间径 ，其中 。

关于用插齿刀加工内齿轮（即齿圈b），其齿根圆直径 的计算
已知法向模数 mm，插齿刀齿数 ，齿顶高系数 ，变位系数 （中等磨损程度）。试求被插制内齿轮的齿根圆直径 。
齿根圆直径 按下式计算，即
                                 （2-9）
式中     —插齿刀的齿顶圆直径；
     —插齿刀与被加工内齿轮的中心距。
则 mm
现对内啮合齿轮副b-c计算如下。
已知 ， ，则有
inv inv
         inv

查渐开线函数表[8]得     。

加工中心距 为
mm
按公式（2-9）计算内齿轮b齿根圆直径为
mm。
2.7 装配条件的验算
对于所设计的上述行星齿轮传动应满足如下的装配条件。
（1）邻接条件   即
已知 ， ， 。代入上式，则得
39.457mm<2×42 mm
即满足邻接条件。
（2）同心条件  即
已知各齿轮副的端面啮合角 和 ，且知 、 和 。代入上式，则得

即满足同心条件。
（3）安装条件  即 （整数）
现已知 、 和 。代入上式，则有

所以，满足其安装条件。
第3章 传动效率计算
本设计的2Z-X(A)型差动行星齿轮为一个基本构件输入，另两个基本构件输出，即行星架X输入，太阳轮a与齿圈b输出。现已知行星架的转速 r/min，太阳轮的转速  r/min，各齿轮齿数为 、 和 ，试求该差动行星齿轮传动的效率值[7][9]。
首先求其行星排特性参数
齿圈的转速为
  r/min，可知 ，则可按下式计算其传动效率值，即
           （3-1）
上式中，损失系数                       （3-2）
式中， —转化机构中太阳轮a与行星轮c之间的啮合损失系数
—转化机构中齿圈与行星轮c之间的啮合损失系数
按公式求啮合损失系数，即
                         （3-3）
现取其啮合摩擦因数 。
故

可得
则其传动效率值为

考虑到滚动轴承的摩擦损失，则得其传动效率值为


第4章 结构设计
在本设计的混合动力合成装置中，发动机与行星架相联，通过行星齿轮将动力传给外圈的齿圈和内圈的太阳轮，齿圈在输出动力的同时与电动机相联，太阳轮轴与发电机相联，动力分配装置将发动机一部分转矩(大约为70%)直接传递到驱动轴上，将另一部分转矩传送到发电机上，发电机发出的电将根据指令或用于给电池组充电，或用于驱动电动机以增加驱动力，其结构示意图如下图4-1所示。

图4-1   混合动力汽车驱动系统结构示意图
现根据2Z-X(A)型差动行星齿轮传动的工作特点、传递功率的大小和转速的高低等情况，对其进行具体的结构设计[10][11][12]。
首先应确定行星架轴（即发动机与行星架连接的轴）的结构，根据该差动行星传动的输入功率P和转速n初步估算改轴的直径，同时进行轴的结构设计。
接下来确定太阳轮的的结构，考虑到机构径向尺寸的限制，太阳轮轴应通过滚针轴承空套在行星架轴上，太阳轮与太阳轮轴制成一体。为了便于轴上零件的拆装，通常将轴制成阶梯形。此外，在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简单，以便于加工制造。
接着，再确定齿圈的结构。齿圈相当于一个环齿轮，其一端通过连接件与链轮连接在一起，链轮再通过传动链将动力输出。考虑到行星齿轮传动载荷的不均匀性，齿圈的另一端通过齿轮联轴器与电动机轴连接在一起， 已接受电动机输入的动力。
再接着，应确定行星轮的结构。行星轮采用齿轮轴的形式，与行星轴制成一体，它的齿宽应当加大，以便保证该行星轮与太阳轮的良好啮合性，同时还应当保证其与齿圈相啮合。
最后确定行星架的结构。考虑到该行星齿轮传动的传动比较小时行星轮直径较小，行星轮的轴承通常需要安装在行星架的侧板孔内。此时采用双侧板分开式的行星架，可使其装配教方便，且制造工艺上较为简单。在斜齿轮啮合的行星传动中，由于存在轴向力的作用，故对于该行星架的支承需采用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。另外，行星轮轴安装到行星架的侧板上之后，还采用了矩形截面的弹性挡圈来进行行星轴的轴向定位。
总之，在对所设计的行星齿轮传动进行了其啮合参数和几何尺寸计算，验算其装配条件，且进行了结构设计后，便可以绘制该行星齿轮传动的结构图（或装配图）。

第5章 齿轮强度校核
在对各基本构件进行了结构设计之后，就应该对该行星齿轮传动中的各个齿轮进行强度验算[8][13]，在验算行星齿轮传动的强度时，其基本的原始参数为：齿轮的材料及其力学性能和热处理，齿数比 ，几何参数b、  、m、 和 等。
行星齿轮传动的承载能力一般是根据其齿面接触强度和齿根弯曲强度条件来决定的。硬齿面（HBS≥350）的钢制齿轮的承载能力主要取决于齿根弯曲强度，故应按齿根弯曲强度饿初算公式计算齿轮的模数m，然后按齿面接触强度条件公式对其强度进行验算。对斜齿轮来说，模数m应为其法向模数 。
由于该2Z-X(A)型差动行星齿轮传动具有短期工作的特点，且具有结构紧凑、外廓尺寸较小和传动平稳的特点。针对其工作特点，只需按其弯曲应力的强度条件公式进行校核计算，即
                                            （5-1）
首先按齿根应力计算公式计算齿轮的齿根应力，即
                     （5-2）
式中   —使用系数；
       —动载荷系数；
       —计算弯曲强度的齿向载荷分布系数；
       —计算弯曲强度的齿间载荷分配系数；
       —计算弯曲强度的行星轮间载荷分配不均匀系数；
       —齿根应力的基本值，N/ ，对大小齿轮应分别确定。
其中，齿根应力的基本值可按以下公式计算，即
                             （5-3）
式中   —载荷作用于齿顶时的齿形系数；
       —载荷作用于齿顶时的应力修正系数；
       —计算弯曲强度的重合度系数；
       —计算弯曲强度的螺旋角系数；
       —工作齿宽，mm；若大小齿轮不同时，宽轮的计算工作齿宽不应大于窄轮齿宽加上一个模数。
许用齿根应力 可按下式计算，对大小齿轮的 要分别确定。
                 （5-4）
式中   —试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限，N/ ;
       —试验齿轮的应力修正系数，取 ；
       —计算弯曲强度的寿命系数；
       —相对齿根圆角敏感系数；
       —相对齿根表面状况系数；
       —计算弯曲强度的最小安全系数。
       —尺寸系数
现将该2Z-X(A)型差动行星齿轮传动按照两个齿轮副a-c和b-c分别验算如下。
（1）a-c齿轮副
（1）名义切向力
太阳轮a的切向力 可按下式计算，即
                         （5-5）
现已知 N.m， 和 ，则可得
N
（2）有关系数
a. 使用系数
使用系数按中等载荷冲击查表得 。
b. 动载荷系数
先按齿轮计算轮太阳轮a相对于行星架X的速度，即
                         （5-6）
其中， r/min = 1047.2 m/s， r/min = 523.6m/s
所以   m/s
已知太阳轮a和行星轮c的精度等级为6级，即精度系数C=6；再按公式计算动载荷系数 ，即
                       （5-7）
式中   
      
则得      
即太阳轮a和行星轮c的动载荷系数
c. 齿向载荷分布系数
齿向载荷分布系数 可按下式计算，即
                         （5-8）
式中  —齿轮相对行星架X的圆周速度 及大齿轮齿面硬度对于 的影响系数。
      —齿宽和行星轮数 对 的影响系数
由图取 ， ，则可得

d. 齿间载荷分配系数
由表查的齿间载荷分配系数
e. 行星轮间载荷分配不均匀系数
行星轮间载荷分配不均匀系数 可按下式计算，即
                   （5-9）
现已取 ，则可得
      
f. 齿形系数   
由图可查得 ，
g. 应力修正系数  
由图查得 ，
h. 重合度系数  
重合度系数 可按下式计算，即
                       （5-10）
当量齿轮的端面重合度
基圆螺旋角
                  
                  
则
故
i. 螺旋角系数
由表查得
3）计算齿根弯曲应力
按公式（5-2）计算齿根弯曲应力 ，即

            
            

            
            
4）计算许用齿根应力
按公式（5-4）计算许用齿根应力 ，即

已知齿根弯曲疲劳极限 ，由表查得最小安全系数 。
式中各系数 、 、 、 和 取值如下。
应力系数 ，按所给定的 区域图取 时，取
寿命系数 可按下式计算，即 式中  应力循环次数

                     
则得
取齿根圆角敏感系数 ，相对齿根表面状况系数
尺寸系数
将以上各系数代入（5-4）可得许用齿根应力为

     
     
即有 。所以，a-c齿轮副满足齿根弯曲条件。
（2）b-c齿轮副
在内啮合齿轮副b-c中只需要校核内齿轮b的齿根弯曲强度，即仍需按公式（5-2）计算其齿根弯曲应力 及按公式（5-4）计算许用齿根应力 。现已知 ， 。
仿上，通过查图表或采用相应的计算公式，可得到取值与外啮合不同的系数为 、 、 、 、 、 、 、 、 、 和 ，代入公式，可得

            
            

     
     
可见， ，故b-c齿轮副也满足强度条件。

第6章 结  论
动力合成装置是混合动力汽车上的核心组成之一，它实现了多个能量之间的耦合与分配，对混合动力整车的性能有很大的影响。因此，对混合动力汽车动力合成装置的研究有重大的意义。
本设计的混合动力汽车动力合成装置的核心结构是一个差动行星齿轮机构，它主要由太阳轮、行星轮、行星架和环齿圈四个基本构件组成。通过它能实现不同输入转速和动力的合成，有可靠的能量分流，而且结构紧凑，方便控制，将它与传统的动力传动技术紧密结合，能支持多种工作模式。
将近半年的本科毕业设计，使我颇获收益。通过查阅相关文献资料，亲身实践设计，使我对混合动力汽车的功能和结构有较深的理解。在设计完成过程中，我大学四年所学的汽车构造、力学分析、机械制图和机械设计等方面的知识得到了一次很好的锻炼和升华，从而为我今后更好地学习工作打下了坚实的基础。当然，由于时间和能力有限，本设计难免有些地方有考虑不周或是遗漏，借此希望得到各位老师的指正，以便于今后的改进。



参考文献
[1] Antoni Szumanowski（波兰）原著，陈清泉，孙逢春编译.混合电动车辆基础[M].北京：北京理工大学出版社，2001.11
[2]任勇，秦大同等.混合动力电动汽车的研发实践[J] .重庆大学学报，2004.4
[3]魏跃远，林逸等.双排行星齿轮机构在混合动力汽车上的应用研究[J] .汽车技术，2005 .8
[4]步曦，杜爱民，薛锋.混合动力汽车用行星齿轮机构的理论研究与仿真分析[J] .汽车工程，2006.9
[5]张金柱.丰田第二代混合动力系统（THSⅡ）[J] .内燃机，2005.3
[6]周少颖.混合动力电动汽车动力合成与切换装置的速比与动力匹配规律研究[D].武汉：武汉理工大学汽车工程系，2007.5
[7] 饶振刚.行星齿轮传动设计[M]. 北京：化学工业出版社，2003.7
[8] 机械设计手册编委会.机械设计手册新版第三卷[M].北京：机械工业出版社，2004.8（2006.4）
[9]朱元，田光宇等.行星齿轮机构的混合动力汽车的系统效率[J] .汽车工程，2004.3
[10] 王望予.汽车设计第四版[M]. 北京：机械工业出版社，2004.8
[11] 刘维信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.7
[12] 陈家瑞.汽车构造第四版下册[M].北京：人民交通出版社，2002.2
[13] 李秀珍.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2006.4

致谢
经过半年的忙碌和工作，本次本科毕业设计已接近尾声，作为一个本科生，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周的地方，如果没有导师的敦促指导，以及周围同学的大力支持，想要如期完成这个设计是较为困难的。
在这里首先我要感谢我的导师孙凤英老师。孙老师平日里工作繁忙，但在我作毕业设计的各个阶段，从设计方案的确定、修改，到以后的中期检查，后期的详细设计、装配草图及零件图绘制等，孙老师都给予了我悉心的指导。除了敬佩孙老师的专业水平外，他严谨求实的治学态度和科学研究的精神使我受益匪浅，并将积极影响我今后的学习和工作。
最后衷心感谢在百忙中抽出时间来为我审阅本次设计的各位老师。  
附录 1
At present, the widespread use of motor vehicle fuel there are all sorts of ills, statistics show that 80% of road conditions, an ordinary car to use only the power potential of 40% in urban areas also dropped to 25%, is more serious Emissions from polluting the environment. Since the 1990s, countries in the world to improve the environmental voice rising, a wide range of electric vehicles stand out. While it is generally agreed that the future of the world for electric vehicles, but the battery had technical problems hinder the application of electric vehicles. As the energy density of batteries and gasoline, compared to 100 times worse, it fell far short of the required values, experts estimate that within 10 years of electric vehicles can not replace the motor vehicle fuel (fuel cell technology unless there is a major breakthrough). Reality forced the engineers to come up with a way to the best of both worlds, to develop a hybrid power unit (Hybrid-ElectricVehicel, the initials HEV) vehicles.
     The so-called hybrid motor is installed with the auxiliary power unit in the combination of car do the driving force, the auxiliary power unit is in fact a small fuel or engine power generators. The image is that the tradition is to do as much as possible of small engines, so that part of the power from the battery - motor system to bear. This hybrid device not only played an engine continued to work long hours, the power of good advantages, but also to play a non-polluting electric motor, the benefits of low-noise, the two "shoulder to shoulder to fight" each other, the car can increase the thermal efficiency of more than 10%, Emissions can be improved more than 30%. Hybrid electric vehicles according to the source of energy in the form of synthesis into the main Series (SHEV) and Parallel (PHEV) two. Series momentum from the engine, generator and electrical power train consists of three parts, between them in series with the way the composition of SHEV power unit system. Load hours by the battery-powered motor drive the wheels turning, big load when driven by the engine-driven generator motor. When electric vehicles such as the Department started to accelerate, climbing the case, the engine - motor and batteries to provide electric power to the common; when the low-speed electric vehicles, taxiways, the idle condition, the battery-driven electric motors, By the engine - generating units to the battery charge. This series of electric vehicles no matter under what conditions, are ultimately driven by electric motors to the wheels. For example, Ford, "a new level -2010" SHEV, its fuel-cell batteries used in urban cities in motion by the fuel cell-driven electric motors, motor reducer through the (transmission) and drive axle wheel drive, to achieve a "zero emission" request . When high-speed and climbing, from the engine - motor and fuel cell-powered electric motor to a common group, the drive wheel. Parallel installation of the engine and electrical machinery in order to be able to overlay the way car drivers, engines and electric motors belong to the two systems, and can be independently provided to the automotive power train torque at different roads can not only co-driver can drive alone. Motor can be used for both motor and generator can be used, also known as electric - power generation plant. In the absence of a separate generator, the engine can drive the wheels through the transmission mechanism, so the device closer to the traditional vehicle drive system, a more widely used. For example, Volkswagen's Golf PHEV, the engine through a clutch of electric drive - generators, torque output through the other side of the clutch 2-driven vehicles. Stationary start, the electric battery - power generators, electrical at this time - is the engine starter generator. Start the engine, motor vehicles, on the one hand, as a separate source of power-driven wheels, on the other hand, electric drive - power generator to recharge the battery, this time with the traditional car. In urban traffic, shut down the engine, the clutch was torn off and used as the sole energy to the battery-powered electric motors, engines replaced by motor-driven wheels. When electric cars need high-speed or high load, start the engine clutch closed, and electric engine - driven generator system in the form of complex, with the greatest power-driven vehicles. Hybrid vehicles in developed countries has become more sophisticated, and some have entered the practical stage. Since the structure is complicated, and the relatively high electric vehicles in the era before the arrival of hybrid vehicles


              附录 2
当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80％以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40％，在市区还 会跌至25％，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达 到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。 现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置（Hybrid-ElectricVehicel，缩写HEV）的汽车。
所谓混合动力装 置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是 将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以 发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高10％以上，废气排放可改善30％以上。混合动力源电动车按照能量合成的的形式主要分为串联式(SHEV）和并联式（PHEV）两种。串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统。负荷小时由电池驱动电动 机带动车轮转动，负荷大时则由发动机带动发电机发电驱动电动机。当电动车处如启动、加速、爬坡的工况时，发动机-电动机组和电池组共同 向电动机提供电能；当电动车处低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，由发动机-发电机组向电池组充电。这种串联式电动车不 管在什么工况下，最终都要由电动机来驱动车轮。例如福特“新能级－2010”SHEV，其电池采用燃料电池，在城市市区行驶时全部由燃料电池 驱动电动机，电动机通过减速器（变速器）和驱动桥驱动车轮，达到了“零排放”要求。当高速及爬坡时，则由发动机-电动机组和燃料电池组 共同向电动机供电，驱动车轮。 并联式装置的发动机和电动机以机械能叠加的方式驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在 不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，因此该装置更接近传统的汽车驱动系统，得到比较广泛的应用。例如大众汽车公司的高尔夫PHEV，发动机通过离合器1带动电动－发电机，输出扭力再通过另一边离合器2驱动车辆行驶。静止启动时，电池向电动－发电机供电，此时电动－ 发电机就是发动机的起动机。发动机启动后，发动机一方面作为车辆单独的动力源驱动车轮，另一方面又带动电动－发电机发电向电池充电， 此时与传统汽车一样。在市区行驶时，发动机关闭，离合器脱开，电池做为唯一能源向电动机供电，由电动机取代发动机驱 动车轮。当电动车需要高速或高负荷时，发动机启动离合器闭合，发动机与电动－发电机系统组成复合驱动形式，以最大功率驱动车辆。混合动力汽车在发达国家已经日益成熟，有些已经进入实用阶段。由于构造复杂，成本较高，在电动汽车时代到来之前，混合动力型汽车

dawei1989

扯淡吧  这是

719246146

这种没法看啊

YY521

排版不行啊！不好看!

kaixindecf

我要看的是图 啊