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关键词：电动汽车;减速器;有限元分析
0 引言
随着汽车工业的飞速发展和汽车保有量的不断增加，污染物排放日益增加，环境问题越来越突出，新能源汽车的开发成为汽车行业未来发展的主要趋势[1]。减速器是电动汽车传动系统的核心零部件之一，直接承受着电机和车轮的转动冲击，其寿命的长短直接影响电动汽车的可靠性与经济性。因此研究及开发新能源汽车的减速器具有重要意义[2]。
1 方案的选择
行星齿轮减速器又称为行星减速机、伺服减速机，受到广泛的应用。由于替代固定传动轴的传动，多个行星轮之间分摊负荷，因而要合理利用内部齿轮装置，提高效率。相对于其他减速器，行星减速器具有体积小、效率高、传动比范围较大和受到载荷影响小的优点。
圆柱形齿轮减速器采用渗碳、淬火和磨牙等方法生产，具有较高的承载能力和较低的噪声水平，因此常用于机械输送方面，也用于其他通用机械的传动机构。它具有承载力高、寿命长、体积小、效率高和质量轻等优点。齿轮的分类主要有斜齿、直齿和人字齿。直齿主要用于低速和低负荷传输领域;斜齿轮因为其可以拥有比较高的传动速度，常常用于汽车减速器等。经综合考虑，本文选用斜齿轮为该减速器的主要传动齿轮。
2 减速器设计
用于汽车传动的减速器齿轮需要考虑的因素较多。直齿圆柱齿轮应力的要求比较低，斜圆柱形齿轮相对于直齿圆柱齿轮优点比较多，所以本次设计选用斜圆柱齿轮。根据减速器的实际工况，齿轮材料选用40Cr，并进行调质处理，齿轮精度为五级，选择磨齿工艺。
根据GB/T18385-2005《电动汽车动力性能试验方法》的要求[3]，针对传动比对车辆行驶的最高车速和爬坡度的影响两方面进行计算，得出减速器速比应该介于7 ～ 9 之间，且可以满足汽车的动力性、经济性和可靠性的设计要求。根据相关资料和标准，最终确定了总传动比为8.7，将其合理分配，第一级速比为3.4，第二级速比为2.5。按照公式（1）计算齿轮齿数。
第一级主动齿轮齿数选择为21，由公式（1）可计算得到第一级从动齿轮齿数为72。
第二级主动齿轮齿数选择为24，由公式（1）可计算得到第二级从动齿轮齿数为61。
运用CATIA 软件对减速器的各个部件进行单独建模设计，然后通过装配模块进行组装，最终得到斜圆柱齿轮减速器的三维模型（图1）。
3 齿轮的强度分析
有限元分析过程包括有限元模型的建立、网格单元的划分、材料属性的定义、载荷边界条件的施加、数据分析处理和计算以及分析结果可视化与输出。
由于齿轮是主要承载件，因此利用Workbench 对齿轮进行有限元分析，从而保证设计的可靠性。齿轮选用的材料为40Cr，密度为7 820 kg/m3，泊松比为0.227，弹性模量为211 GPa，材料屈服强度约为900 MPa。首先对齿轮进行粗略网格划分，进而调整相关参数，进行详细划分与更新。
确定其边界条件及约束，应对齿轮添加荷載，在齿轮受力处添加扭矩，进而对齿轮进行强度分析，得出齿轮的应力云图和齿轮位移云图（图2 和图3）。由图2 和图3 可以看出，在施加约束后齿轮的最大位移为0.567 mm，且在此情况下齿轮的最大应力为752 MPa，小于材料的屈服应力900 MPa，所以齿轮的强度满足设计的要求。
4 轴的强度分析
传动轴选用的材料为40Cr，同样对其进行有限元计算，对网格划分完毕的传动轴，施加相应的约束和扭矩载荷。通过计算得出传动轴的应力分布图和位移云图（图4 和图5）。
由图4 和图5 可以看出，施加约束后传动轴的最大位移为0.135 mm，在此情况下传动轴的最大应力为655 MPa。从图中可以看出，应力集中于前半段部分的台肩处，小于材料的屈服应力800 MPa，所以传动轴的强度能够满足设计的要求。
5 结论
本文对电动汽车的减速器进行了设计，计算了传动比，确立了齿轮参数，并且选定了相关材料。在Workbench 软件中导入了减速器的齿轮和传动轴模型，针对应力和应变进行了计算分析，结果显示二者均符合材料的力学性能。因此可以满足工程使用要求，对电动汽车减速器的开发设计具备一定的工程参考价值。
0 引言
随着汽车工业的飞速发展和汽车保有量的不断增加，污染物排放日益增加，环境问题越来越突出，新能源汽车的开发成为汽车行业未来发展的主要趋势[1]。减速器是电动汽车传动系统的核心零部件之一，直接承受着电机和车轮的转动冲击，其寿命的长短直接影响电动汽车的可靠性与经济性。因此研究及开发新能源汽车的减速器具有重要意义[2]。
1 方案的选择
行星齿轮减速器又称为行星减速机、伺服减速机，受到广泛的应用。由于替代固定传动轴的传动，多个行星轮之间分摊负荷，因而要合理利用内部齿轮装置，提高效率。相对于其他减速器，行星减速器具有体积小、效率高、传动比范围较大和受到载荷影响小的优点。
圆柱形齿轮减速器采用渗碳、淬火和磨牙等方法生产，具有较高的承载能力和较低的噪声水平，因此常用于机械输送方面，也用于其他通用机械的传动机构。它具有承载力高、寿命长、体积小、效率高和质量轻等优点。齿轮的分类主要有斜齿、直齿和人字齿。直齿主要用于低速和低负荷传输领域;斜齿轮因为其可以拥有比较高的传动速度，常常用于汽车减速器等。经综合考虑，本文选用斜齿轮为该减速器的主要传动齿轮。
2 减速器设计
用于汽车传动的减速器齿轮需要考虑的因素较多。直齿圆柱齿轮应力的要求比较低，斜圆柱形齿轮相对于直齿圆柱齿轮优点比较多，所以本次设计选用斜圆柱齿轮。根据减速器的实际工况，齿轮材料选用40Cr，并进行调质处理，齿轮精度为五级，选择磨齿工艺。
根据GB/T18385-2005《电动汽车动力性能试验方法》的要求[3]，针对传动比对车辆行驶的最高车速和爬坡度的影响两方面进行计算，得出减速器速比应该介于7 ～ 9 之间，且可以满足汽车的动力性、经济性和可靠性的设计要求。根据相关资料和标准，最终确定了总传动比为8.7，将其合理分配，第一级速比为3.4，第二级速比为2.5。按照公式（1）计算齿轮齿数。
第一级主动齿轮齿数选择为21，由公式（1）可计算得到第一级从动齿轮齿数为72。
第二级主动齿轮齿数选择为24，由公式（1）可计算得到第二级从动齿轮齿数为61。
运用CATIA 软件对减速器的各个部件进行单独建模设计，然后通过装配模块进行组装，最终得到斜圆柱齿轮减速器的三维模型（图1）。
3 齿轮的强度分析
有限元分析过程包括有限元模型的建立、网格单元的划分、材料属性的定义、载荷边界条件的施加、数据分析处理和计算以及分析结果可视化与输出。
由于齿轮是主要承载件，因此利用Workbench 对齿轮进行有限元分析，从而保证设计的可靠性。齿轮选用的材料为40Cr，密度为7 820 kg/m3，泊松比为0.227，弹性模量为211 GPa，材料屈服强度约为900 MPa。首先对齿轮进行粗略网格划分，进而调整相关参数，进行详细划分与更新。
确定其边界条件及约束，应对齿轮添加荷載，在齿轮受力处添加扭矩，进而对齿轮进行强度分析，得出齿轮的应力云图和齿轮位移云图（图2 和图3）。由图2 和图3 可以看出，在施加约束后齿轮的最大位移为0.567 mm，且在此情况下齿轮的最大应力为752 MPa，小于材料的屈服应力900 MPa，所以齿轮的强度满足设计的要求。
4 轴的强度分析
传动轴选用的材料为40Cr，同样对其进行有限元计算，对网格划分完毕的传动轴，施加相应的约束和扭矩载荷。通过计算得出传动轴的应力分布图和位移云图（图4 和图5）。
由图4 和图5 可以看出，施加约束后传动轴的最大位移为0.135 mm，在此情况下传动轴的最大应力为655 MPa。从图中可以看出，应力集中于前半段部分的台肩处，小于材料的屈服应力800 MPa，所以传动轴的强度能够满足设计的要求。
5 结论
本文对电动汽车的减速器进行了设计，计算了传动比，确立了齿轮参数，并且选定了相关材料。在Workbench 软件中导入了减速器的齿轮和传动轴模型，针对应力和应变进行了计算分析，结果显示二者均符合材料的力学性能。因此可以满足工程使用要求，对电动汽车减速器的开发设计具备一定的工程参考价值。