第1章绪论
1.1电动汽车的发展概况
日本是众所周知的汽车强国，其国内丰田和本田两家超级汽车公司的市场占有率也是有目共睹的。然而由于其国土面积较小，资源有限，所以传统动力汽车的发展也难免会因为资源受限而随之受限。基于以上原因，日本早些年就幵始着手于电动汽车的研发工作。作为过渡，日本混合动力汽车的相关技术已经处于世界领先地位。1997年12月，世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS在日本丰田汽车公司下线并幵始在日本市场销售。随后，该车逐渐打入欧洲和北美市场。到目前为止，PRIUS已经被世界20多个国家所接受。相关数据显示，在所有电动汽车的销售中，丰田汽车公司的市场占有率高达90%。根据实际测试可知，PRIUS要比同等类型油动力汽车节油30%到40%。继PRIUS混合动力轿车之后，丰田汽车公司又相继推出了 ESTIMA和CROWN两款混合动力轿车。这两款混合动力汽车无论是在油耗还是性能上，都要比PRIUS更为成熟。随后，日本本田汽车公司开发的Insight和Civic混合动力车型也开始投放市场。在中国，尤其是Civic车型，如果你注意的话，你会发现在任何一个城市的街道上都会有Civic的踪迹。
美国也是不可否认的汽车强国，然而其电动汽车的发展却比其老对手日本逊色不少。归根结底，还是由于美国在电动汽车领域的研发力度不够，在美国，整个电动汽车行业甚至还没有形成产业化，只有三大汽车公司在小批量的生产混合动力汽车，且其技术尚有待完善和成熟。所以，直到目前为止，美国的电动汽车市场仍被日本占据1341。近年来，美国似乎认识到了这一点，对混合动力电动汽车的重视程度也幵始逐渐提高。美国能源部与三大汽车公司签订合同，共同在混合动力汽车领域投资，加快混合动力汽车的研发步伐。
1.1.2我国电动汽车发展情况
中国是一个能源强国，并逐渐幵始成为一个汽车强国，但其研发能力和技术水平与国际顶级的汽车生产商相比还是有一定差距。出于节能和环保两大因素考虑，与其他国家一样，中国也在加紧其混合动力汽车的研发力度。随着国家对混合动力汽车的不断重视和研发资金投放，国内的混合动力汽车已经逐渐开始产业化，技术也在逐渐走向成熟。经过2000多位来自于200多家汽车企业、高校和研究机构的技术人员4年多的不断努力，我国电动汽车已经取得重要进展。越来越多的混合动力轿车、混合动力客车开始驶入各大城市的大街小巷。尤其是混合动力客车，已经在北京、武汉等大城市公交线路上试运行超过14万公里。这表明，国内的混合动力汽车技术水平与其他汽车大国的距离开始逐渐缩小。燃料电池汽车。“十五”期间国家将其列为12个重大研究专项之一。由于国家的大力支持，燃料电池汽车己经得到了较大的提高，尤其是在燃料利用率、行驶性能、操控性能等方面。今年来，我国自助研发的燃料电池汽车已经幵始越来越多的走进各种能源大会、汽车展和挑战赛的展厅，并同时得到了世界各国的广泛认可和赞赏。在北京2008年奥运会上，我国的23辆燃料电池轿车成功运行7.6万公里。在2010年世博会上，又有196辆示范运行91万公里的喜人成绩。近期，科技部的发言人认为，在未来的5到10年期间，燃料电池轿车可以进入商业销售阶段。混合动力汽车。目前，我国的各大汽车集团，都在加紧进行混合动力动力汽车和纯电动汽车的研发工作。一汽集团研发的HQ3已经开始走进市场；东风集团的混合动力公交车也已经开始完成其试运行阶段；长安汽车甚至投入资金幵始研发专门用于电动汽车的发动机并已经得到国家相关检测机构的认可。其幵发的CV9车型已经下线。奇瑞集团研发的“BSG”混合动力汽车也已经进入试运行阶段。
第2章变速器结构和原理
根据车的种类以及用户需求的不同，各种变速器的应用范围也有所不同。从变速器的结构和原理的角度来讲，自动变速器和手动变速器各不相同。以下将分别对其各自的结构和原理进行详细介绍。
2.1手动变速器
2.1.1手动变速器的结构
为了改变传动比，通过人为的手动控制拨叉来使变速器齿轮的啮合状态发生改变，从而达到变速目的，这样的一种变速器叫做手动变速器。汽车的驱动方式不同，变速器的外部形状也不尽相同，但其基本组成结构是基本相同的，一般由动力传动机构、变速执行机构和减速输出机构三个部分组成。作为变速器的核心部分，变速执行机构同时也肩负着实现变速器输出的任务。它主要由变速轴、变速齿轮和拨叉机构三个部分组成。根据变速轴数目的不同，手动变速器可分为两轴式和三轴式两种。
2.1.2手动变速器的原理
为了帮助了解标准变速器的基本原理，本文依照图2-1所显示的处于空挡状态的简单两速变速器为例来进行分析。离合器与发动机是通过输入轴连接起来的。输入轴与其上面的齿轮是一个整体的，后者通过键套在前者上面。（离合器的作用是连接动力源，变速器和发动机的连接或者断幵都是通过它来控制的。松开离合器踏板时，变速器与发动机就直接连在一起，变速器随着发动机的转动而转动。输入轴和与其上面连接的齿轮转速与发动机相同。而踩下离合器踏板时，变速器与发动机断幵，此时虽然汽车并不移动，但发动机仍在空转。如图2-1所示，副轴本身与其上面的所有齿轮作为一个整体旋转，因为副轴和其上面的齿轮也连为一个整体的。输入轴与副轴直接通过其各自的哨合齿轮连接起来，所以当输入轴转动时，副轴也会随着输入轴的转动而转动。因此，一旦离合器接合，副轴就可以直接从发动机获得动力。
第3章 变速器主要零件参数设计.......... 29-43
3.1 行星轮系各零件的选择原则..........29-33
3.2 齿轮的结构与参数计算.......... 33-41
3.2.1 齿轮结构设计.......... 33
3.2.2 齿轮参数设计..........33-41
3.3 轴的尺寸选取 ..........41-43
第4章 变速器的建模、仿真和分析.......... 43-57
4.1 UG建模.......... 43-51
4.1.1 UG软件的介绍..........43-44
4.1.2 UG三维建模..........44-51
4.2 Adams运动学仿真分析.......... 51-57
4.2.1 ADAMS软件概述 ..........51
4.2.2 ADAMS软件动力学仿真.......... 51-57
第5章 行星轮系关键部件ANSYS仿真分析.......... 57-67
5.1 ANSYS软件概述.......... 57-58
5.2 行星传动齿轮副的齿面接触应力.......... 58-64
5.3 轴的ANSYS静力学分析.......... 64-67
结论
本文所研究的变速器是应用于微型电动汽车的自动变速器。它在结构上与传统变速器相比有着明显的不同。用于电动汽车的机械式变速器都是多轴式的传统机械式变速器，而自动变速器很少被应用到电动汽车上。以上文中所研究的变速器由行星轮系和同步器共同组成的变速器，它是通过手动的控制拨叉，拨动同步器的位置，从而让同步器与不同的单元连接，继而实现不同的输入、输出来实现换挡的。这样一来，变速器既拥有了手动变速器节能降耗，效率高，操控性好的优点，同时也拥有了自动变速器结构紧凑，质量集中（行星轮系结构较多轴式结构紧凑，质量也相对集中），操控方便的优点。这也是本文的创新点之所在。本文主要根据五菱荣光车型，参考五菱荣光提供的整车参数，通过电机参数，对变速器进行选型，设计。全文所做工作总结如下：
(1)为了更方便的让大家了解变速器，在第二章中，对变速器进行了包括结构、原理、优缺点在内的相关内容的详细介绍，并通过第二章后部分的内容对本文所研究的用于微型电动汽车的自动变速器单独进行了清晰的讲解，以便将文中所研究的变速器与传统变速器的区别更清晰的展现出来。
(2)通过第二章的内容，对变速器有了深刻的认识，接着根据五菱荣光车型所给出的整车参数以及电机参数，对整个变速器的各部件进行选型和参数设计。设计内容包括档数，变速器传动比，中心距，齿轮的齿数、模数、压力角、螺旋角、齿宽，轴的直径，键的尺寸在内的所有参数，以便更好的匹配电机，使汽车能够发挥其最优越的性能。
(3)根据以上变速器的设计参数，在第四章中用UG三维建模软件对整个变速器进行建模，建模内容包括太阳轮，行星轮，齿圈，行星架，同步器，并对整个变速器简易模型进行装配。用UG软件装配完毕后，将模型整体导入ADAMS动力学仿真分析软件对整个变速器的两个档位分别进行运动学仿真分析，并根据仿真分析结果判断整个变速器结构的合理性以及各部件之间是否存在千涉。
(4)将第四章中建模好输入轴和齿轮对导入ANSYS分析软件中，对关键部件输入轴和行星轮系齿轮对进行静力学分析，分析输入轴的扭转应力和齿轮的接触应力，并将分析结果与实际材料的许用应力相比较，判断所设计的部件是否满足强度条件。
总之，通过对整个变速器的设计，建模，运动学仿真，静力学分析，可以为本课题提供前期的理论基础，以便更深入的研究开发。但由于时间和本人能力的限制，再加上变速器系统本身的复杂性，本文所研究课题还有待于进一步完善，且在整个变速器的设计、仿真、分析过程中，我也发现了文中所研究的变速器的一些固有的缺陷，如：文中所研究的两前进档的自动变速器，低速档用于爬坡或者需要低速大扭矩输出的情况，而直接档用于正常行驶。这种传动方式与传统变速器有所不同，它结构简单，制造成本低，维修保养费用低。但是同时也存在着其自身的缺点：首先是效率问题。电机在起步时处于低速运转区，也就意味着电机此时的的效率非常低。所以在遇到道路不畅需要频繁起步和减速时，就会使电机效率变低，浪费宝贵的电池电量。
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