电动无人轻型装甲侦察车传动箱设计

电动无人轻型装甲侦察车传动箱设计

开题报告

班级：车辆0501 学号：26 姓名：郑孝 指导教师：王立勇

一、综述

1.1电动车的发展

电动汽车的研发比传统汽车历史还要长，但却一直没产业化，人们开始找寻不同的新能源汽车解决方案，比如柴油车、甲醇汽车之类。但现在，电动车成为潮流，众车企纷纷将目光放在了电动车的三条技术路线——混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车身上。奇瑞首款电动汽车S18的下线，这预示着奇瑞电动车量产化的序幕正式来开，同时也表明我国已经有不止一家公司掌握了新能源汽车的技术。近期国家为新能源、新技术汽车推广推出了一系列的产业扶持政策，奇瑞公司也是在此契机下第一时间推出了自己的新技术汽车，S18是目前国内第一款以微型车为平台的电动汽车，公司副总经理袁涛在下线仪式现场说：“我们的电动汽车采用了世界最先进的技术，具有高效节能、操作简单、无级变速、安静等特点。”

1.2侦察车的发展

二战时，典型的装甲侦察车是带装甲的小汽车。它们的主要任务是在主力部队之前观察敌军并估计其实力、速度和作战企图。落后的无线电设备和原始的地面导航装置限制了其准确报告的能力。即使侦察人员能把侦察结果回报给主力部队，也不能精确地指明敌人所处的位置。另外，火炮归零校正也是一个大问题， 为了做到这一点，侦察车必需处于静止状态，因而容易遭到攻击。总之，评估敌方兵力的手段相对原始。如今，装甲侦察车有了突飞猛进的发展，出现了各种各样的用于侦察的履带式和轮式车辆。同时，用于侦察的传感器也增多了。无线电技术有了长足进步， 数据报告和视频报告补充了声音报告。夜视和红外系统则允许进行24小时。坦克被誉为“陆战之王”。它集强大的火力、良好的机动性和优异的防护能力于一体。在陆战场上纵横驰骋、所向披靡。坦克之所以能虎虎生威，完全有赖于高效、及时、快捷的情报信息之“神助”。为此，自20世纪40年代起，世界各国就开始不遗余力地发展装甲侦察装备。至70年代末。发达国家陆军已经开始大量装备战后第二代装甲侦察车，并启动了第三代侦察车的研发。由于历史的原因。我国装甲侦察车辆的发展起步较晚。20世纪70年代末以前，我军装甲兵部队的侦察分队只能乘坐普通坦克和装甲输送车实施敌后侦察。侦察手段落后，侦察效率低。为尽快改变这一状况。20世纪80年代初，解放军总部机关决定研制履带式装甲侦察车。经过广大科研人员近20年的努力，WZ731型通用装甲

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侦察车研制成功。填补了我国专用装甲侦察装备的空白。

图1 WZ731装甲侦察车

WZ731装甲侦察车采用了ZSD89式履带式装甲输送车底盘。该车的动力装置、传动装置、操纵装置和行走系统及车辆仪表等的布置与89式装甲输送车相同，最大的变化就是将89装的载员室改为侦察室，并集中安装了情报采集、处理、传输系统和定位定向系统以及供电装置五大部分的设备。不难看出，该车集信息技术之大成，亮点还真不少。

该车采用了大量先进的信息技术，侦察作业基本实现自动化，其战技性能指标达到了当时的世界先进水平，某些性能指标目前仍具有世界先进水平。另外，该车是国产装甲车辆中率先实现数字化的装甲装备，侦察车内形成了以计算机为核心的侦察局域网，并具备通过数据通信设备与其他侦察车组成战术互联网的能力。该车采用的地面侦察与空中侦察一体化，侦察信息地面传输与空中转播一体化等先进的设计理念，开创了装甲装备创新发展的新纪元。该车的研制成功，拉开了我国数字化装甲装备发展的序幕，谱写了装甲装备信息化建设的新篇章，在我国装甲装备发展史上具有里程碑意义。

3 电动机的选择 直流电动机

有刷直流电动机的主要优点是控制简单、技术成熟。具有交流电机不可比拟的优良控制特性。但由于存在电刷和机械换向器，不但限制了电机过载能力与速度的进一步提高，而且如果长时间运行，势必要经常维护和更换电刷和换向器。另外，由于损耗存在于转子上，使得散热困难，限制了电机转矩质量比的进一步提高。鉴于直流电动机存在以上缺陷，在新研制的电动汽车上已基本不采用直流电动机。 交流三相感应电动机

交流三相感应电动机是应用得最广泛的电动机。其定子和转子采用硅钢片叠压而定子之间没有相互接触的滑环、换向器等部件。结构简单，运行可靠，经久耐用。交流感应电动机的功率覆盖面很宽广，转速达到12000～15000r/min。可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高。对环境的适应性好，井能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较高，质量减轻一半左右，价格便宜，维修方便。

交流三相感应电动机的不足是交流三相感应电动机的耗电量较大，转子容易发热，在高速运转时需要保证对交流三相感应电动机的冷却，否则会损坏电动机。交流三相感应电动机的功率因数较低，使得变频变压装置的输入功率因数也较低，因此需要采用大容量的变频变

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压装置。交流三相感应电动机的控制系统的造价远远高于交流三相感应电动机本身，增加了电动汽车的成本。另外，交流三相感应电动机的调速性也较差。

永磁无刷直流电动机

永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动汽车中有着很好的应用前景。

永磁无刷直流电动机的不足是永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小，最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要一套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高

开关磁阻电动机

开关磁阻电动机是一种新型电动机，该系统具有很多明显的特点：它的结构比其它任何一种电动机都要简单，在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等，只是在定子上有简单的集中绕组，绕组的端部较短，没有相间跨接线，维护修理容易。因而可靠性好，转速可达15000 r/min。效率可达85%～93%呢，比交流感应电动机要高。损耗主要在定子，电机易于冷却；转子元永磁体，调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩一速度特性，而且在很广的范围内保持高效率。更加适合电动汽车动力性能要求。

开关磁阻电动机的不足是开关磁阻电动机的控制系统比其他电动机的控制系统复杂一些，位置检测器是开关磁阻电动机的关键器件，其性能对开关磁阻电动机的控制操作有重要影响。由于开关磁阻电动机为双凸极结构，不可避免地存在转矩波动，噪声是开关磁阻电动机最主要的缺点。但近年来的研究表明，采用合理的设计、制造和控制技术，开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的抑制。另外，由于开关磁阻电动机输出转矩波动较大，功率变换器的直流电流波动也较大，所以在直流母线上需要装置一个很大的滤波电容器

随着电机技术、机械制造技术、电力电子技术和自动控制技术的不断发展，交流电动机、永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更加优越的性能，在电动汽车上，这些电动机逐步取代了直流电动机。为现代电动汽车所采用的各种电动机的基本性能比较。目前交动机、永磁电动机和开关磁阻电动机以及它们的控制装置，成本还比较高，形成批量生产以后，这些电动机和单元控制装置的价格会迅速降低，将能够满足经济效益的要求，并使电动汽车整车价格降低。通过系统地分析和比较后认为永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机综合性能超过其它电动机,是当前电动汽车的最佳选择。

4电池的选择

铅酸蓄电池

广泛用作内燃机汽车的起动动力源。它也是成熟的电动汽车蓄电池，它可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。 镍镉电池

目前，镍镉电池的应用广泛程度仅次于铅酸蓄电池其比能量可达55W·h／kg，比功率超过190W／kg，可快速充电，循环使用寿命较长，是铅酸蓄电池的两倍多，可达到2000多次。

镍氢蓄电池

其特性和镍镉蓄电池相似，不过镍氢蓄电池不含镉、铜，不存在重金属污染问题。它现有80A·h和130A·h两种单元电池，并由此构成30kw·h和50kw·h两种规格的电池。其比能量达75－80W·h/kg，比功率达160－230W／kg，循环使用寿命超过600次。其中一类车一次充电可行驶345km。

钠硫蓄电池

钠硫蓄电池也是近期普遍看好的电动汽车菩电池，美国福特汽车公司的Mnivan电动汽车就是使用钠硫蓄电池的。它已被美国先进电池联合体(USMABC)列为中期发展的电动汽车蓄电池，德国ABB公司生产的B240K型钠硫蓄电池，其质量为17.5kg，蓄电量19.2Kw·h；比能量达109W·h／kg，循环使用寿命1200次，装车试验时最好的一辆车无故障地行驶了2300km。钠硫蓄电池主要存在高温腐蚀严重，电池寿命较短。性能稳定性及使用安全性不太理想等问题。 锌空气电池

锌空气电池的潜在比能量在200w·h/kg左右。美国DEMI公司为电动汽车开发的锌空气电池的比能量已达160W·h／kg左右，但它目前尚存在寿命短、比功率小、不能输出大电流及难以充电等缺点。

飞轮电池

飞轮电池正是把飞轮以一定角速度旋转时的动能转换成电能，高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能)到电能的转换。当飞轮电池公出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电他的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高(高达200000r/min)，使用的轴承为非接触式磁轴承。 燃料电池

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。它不经历热机过程，不受热力循环限制，故能量转换效率高，燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100％，实际效率已达60％～80％，是普通内燃机热效率的2—3倍，以纯氢为燃料，以空气成龙为氧化剂。

5总体设计方面的要求

外形尺寸小，并与总布置方式相适应。 重量轻。

与发动机、主动轮、车体等相连接的部分配合好。 6装甲侦察车变速箱应满足的要求

当数应符合牵引计算要求，各档传动比应按牵引计算的结果，配齿以后的误差不大。 有足够的强度、刚度和寿命。 较高的效率。 尺寸小、重量轻。

换档时最好不用切断动力，换挡的时间短。 操纵方便，档位安排合理。

二、研究内容

2.1 电机和电池的选择：

通过系统地分析和比较后认为永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机综合性能超过其它电动机,是当前电动汽车的最佳选择。

蓄电池性能，蓄电池是电动汽车的动力源泉。目前，制约电动汽车发展的关键因素是动力蓄电池不理想。电动汽车蓄电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。要使电动汽车能与内燃机汽车相竞事，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的镍氢蓄电池是最佳选择。 2.2 履带车辆牵引计算：

配齿的计算确定变速箱中各齿轮的齿数：先估计轴的直径和齿轮模数，估计最小齿数，估计齿数和，决定齿数和。

齿轮几何计算：原始齿形要素，齿宽，螺旋角，变为系数， 齿轮强度计算：计算力矩，材料与许用应力，弯曲强度，接触强度， 轴的计算：负荷，支点反力计算，刚度计算。

2.3 对输入轴锥齿轮和直齿轮进行详细设计计算和强度校核：

计算分度圆直径，计算圆周速度，尺宽、模数、纵向重合度、载荷系数等，校正分度圆直径，计算模数。根据齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行强度校核。

2.4 对变速箱传动轴进行强度校核：

根据轴的实际受载和应力情况，采取相应计算方法，恰当的选取其许用应力。对于仅仅承受扭矩的轴（传动轴），应按扭转强度计算；对于仅承受弯矩的轴（心轴），应按弯曲强度计算；对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），应按弯扭合成强度条件计算，需要时还应该按疲劳强度条件进行校核。

车辆总体方案

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三、实现方法及预期目标

图2电动无人轻型装甲侦察车总体布置方案

总体布置：情报采集系统的设备布置在位于侦察室前部中央的侦察塔内，其核心设备是侦察塔上的“四合一镜”(即光学望远镜、激光测距仪、热像仪、CCD摄像机一体镜)；另外，塔内还装有1台电视监视器以及侦察塔电传动装置等部件。情报采集系统还包括1架装有CCD摄像机以及电视发射和接收系统的便携式无人侦察机(平时存放在1个小手提箱内，侦察时再组装起来使用)。情报处理系统包括1台计算机、1台电视图像记录仪等设备，集中安装在侦察室左后部的机柜内。情报传输系统为1部超短波电台、1套电视信号收发设备和1部军用传真机，安装在侦察室的右后侧。定位定向系统为1台捷联式惯性导航仪、1台卫星导航仪和1台绘图仪。惯性导航仪和卫星导航仪分别固定在位于情报处理机柜右侧的交流逆变器机柜上方，绘图仪安装在侦察室左后侧的水平装甲板上，导航天线则固定在车顶排气风扇护罩上。该车的供电装置包括2台硅整流发电机、4块镍氢蓄电池和1台高品质交流逆变器(为侦察塔监视器、电视图像记录仪、传真机及计算机供电)。

车辆的传动方案

Z1Z3Z3Z1L1L2L2L1Z2Z4Z4Z2

图3 电动无人轻型装甲侦察车传动箱传动方案

通过两个电机向两根轴输入动力，前进时，离合器L1接通，动力通过齿轮Z1、Z2传

到后驱动桥，传动比为

z2，为快档；爬坡时，离合器L1不接合、L2接合，动力通过Z3、z1z4z2?，为慢档。它通过两个发动机的转速差转向 z3z4Z4、Z2传到后驱动桥传动比为

通过对网上资料和相关文献对电动无人轻型装甲侦察车概况和发展现状有初步了解，运用所学知识，参考坦克设计，坦克构造学、坦克行驶原理等教科书对电动无人轻型装甲侦察车变速箱进行设计 计算并进行强度校核计算，完成零件图、装配图绘制，完成论文。 要完成的图纸：整车布置图，变速器总成图，零件图 预计完成的车辆参数

车重小于8吨； 最高车速：100Km/h； 最大爬爬坡度：30

0

0-32Km/h 加速时间：小于8s； 驱动方式：电驱动； 行走部分：履带式 作战半径：150Km； 监控方式：无线视频与无指令；长×宽×高：6×2×1.8（m） 车底距地高：0.4(m)。

四、对进度的具体安排

第2周，完成文献调研，开始英文翻译； 第4周，完成开题报告，完成英文文献；

第8周，完成变速箱结构设计，零部件尺寸设计，完成装配草图设计； 第10周，完成零部件设计计算和强度校核计算，完成零件图绘制； 第12周，完成论文初稿，完成装配图绘制；

第14周，完成论文最后修改和图纸修改，提交论文最终稿； 第15周，打印论文，准备答辩；

第16周，完成论文评阅，组织答辩，进行成绩评定。

五、参考文献

[1]21世纪的绿色交通工具- -电动车，清华大学出版社. [2] http://news.qq.com/a/20080721/000919.htm.

[3]汪明德，赵毓芹，祝嘉光，坦克行驶原理，[M].国防工业出版社，1983. [4]项昌乐，马彪，坦克设计，[M].北京：北京理工大学出版社，1994. [5]张洪涂，姜正跟，坦克构造学[M].北京：机械工业出版社，1986. [6]刘修骥，车辆传动系统分析[M].北京：国防工业出版社，1998. [7]胡骅，宋慧主编。电动汽车技术[M].北京：人民交通出版社，2003. [8]孙恒主编，机械原理（第七版），北京：高等教育出版社，2006. [9]濮良贵，机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001. [10]刘鸿文，材料力学[M].北京：高等教育出版社，2006. [11]李兴虎，电动汽车概论[M].北京：北京理工大学出版社，2005.

[12]孙逢春，张承宁，祝嘉光.电动汽车[M].北京：北京理工大学出版社，1996.

[13] 陈清泉，孙逢春，张承宁，祝嘉光.现代电动汽车新技术[M].北京：北京理工大学出版

社，2002.

[14]万沛林.电动汽车关键技术[M].北京：北京理工大学出版社。1998. [15]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2003.

[16]郑慕侨，冯崇值，蓝祖佑.坦克装甲车辆[M].北京：北京理工大学出版社，2003.

指导教师： 年 月 日

督导教师：

领导小组审查意见：

年 月年 月 日

日

审查人签字：

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