輪轂電機試驗臺的開發(fā)

張輝，胡燁，江子和，陳喜庭

(浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江臨安 311300)

輪轂電機試驗臺的開發(fā)

張輝，胡燁，江子和，陳喜庭

(浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江臨安 311300)

針對電機試驗臺檢測輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)性能的問題，設(shè)計一款用于低轉(zhuǎn)速的輪轂電機檢測試驗臺。對試驗臺主要零部件進行設(shè)計，首先在SolidWorks環(huán)境下建立試驗臺三維模型，其次利用ADAMS軟件進行模塊仿真分析。分析結(jié)果表明：該設(shè)計方案是可行和合理的，也為輪轂電機試驗臺的設(shè)計和優(yōu)化提供參考。

試驗臺；輪轂電機；驅(qū)動系統(tǒng)；SolidWorks；ADAMS

0 引言

隨著新能源汽車不斷地發(fā)展，電動汽車以其低排放、清潔能源利用、高效等優(yōu)勢，目前備受人們的關(guān)注。輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車關(guān)鍵部件之一，其性能和可靠性對研究整車系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著極大的意義。通過開發(fā)電動汽車輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)試驗臺，能夠有效地檢測輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的性能，加快電動汽車的發(fā)展，保證電動汽車的安全性能以及提高電動汽車的研發(fā)效率[1-3]。因此，作者對輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)試驗臺進行研究，滿足對低轉(zhuǎn)速電機進行檢測的要求。

1 試驗臺機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計試驗臺的機械結(jié)構(gòu)時，需要結(jié)合輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)中，被測試電機外形結(jié)構(gòu)的特點，選定并設(shè)計電機試驗臺的安裝接口，還要保證所設(shè)計的接口與同類型的輪轂電機具有一定的通用性[4-6]。此外還需匹配標準件之間的連接，對試驗臺體進行設(shè)計。試驗臺體的設(shè)計需遵循以下原則[7]：(1)試驗臺臺架重心要低，臺架材料有足夠的剛度和強度；(2)臺架外圍需要設(shè)計安全保護裝置，控制風(fēng)險；(3)試驗臺機械傳動部分需滿足平穩(wěn)、可靠要求；(4)試驗臺臺架易于拆裝。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是在SolidWorks軟件下完成，此軟件具有功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新等特點，受到廣泛使用[8]。

輪轂電機的安裝接口需滿足對同類型的電機具有一定的通用性，且便于在試驗臺上進行裝夾[9]。因此文中所設(shè)計的接口采用三爪卡盤和滾珠絲桿螺母副配合使用的方法，三爪卡盤能夠?qū)χ睆讲煌妮嗇炿姍C軸進行牢固裝夾，由于三爪卡盤的結(jié)構(gòu)具有一定的自定心功能，且具有良好的同軸度調(diào)節(jié)特點，因此該設(shè)計方案符合電機安裝的原則。圖1為設(shè)計的夾緊機構(gòu)。

圖1 三爪卡盤夾緊機構(gòu)

輪轂電機與聯(lián)軸器之間空間較小，法蘭盤需在兩者之間安裝，因此在試驗的時候需要有額外空間來安裝。輪轂電機夾緊在試驗臺上試驗時，由于沒有軸向受力，因此作者使用絲桿螺母副來移動輪轂電機與傳動部分。圖2為試驗臺裝夾結(jié)構(gòu)。

圖2 試驗臺裝夾結(jié)構(gòu)

夾緊機構(gòu)與傳動裝置之間采用螺栓連接的方式，手輪帶動絲桿運動進而拖動夾緊機構(gòu)在導(dǎo)軌面上移動，增大三爪卡盤和聯(lián)軸器之間的距離，方便電機的裝夾和法蘭盤的安裝。圖3為傳動與裝夾機構(gòu)。

圖3 傳動與裝夾機構(gòu)

2 試驗臺體設(shè)計

設(shè)計的試驗臺底板及其支架采用的材料是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，此材料的屈服值在235 MPa左右[10]。當此材料板厚不大于16 mm，有較好的綜合性能。由于其焊接、塑性和強度等性能有較好的配合，廣泛應(yīng)用于試驗臺的底板上。

試驗臺主要根據(jù)標準件扭矩傳感器和磁粉制動器的高度來設(shè)計，需遵循高同軸度的設(shè)計原則。其傳動部件主要是輪轂電機，中間通過軸傳遞到扭矩轉(zhuǎn)速傳感器上，加載裝置通過磁粉制動器來添加，以此完成試驗臺設(shè)計。

由于輪轂電機與傳感器的聯(lián)軸器之間采用法蘭盤連接傳動的方式，法蘭盤的一側(cè)通過螺栓連接，導(dǎo)致電機在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一定的沖擊和振動。為了避免這種振動影響到扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的精度，在設(shè)計過程中，需要在兩者之間添加軸承座，用于緩解輪轂電機因沖擊產(chǎn)生的振動，增強其平順性，保障設(shè)計方案的可靠性。圖4為軸承座。

圖4 軸承座

在聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時，因其容易纏繞絲狀物體，產(chǎn)生安全隱患。為了提高試驗臺的安全性能，降低工作人員工作時的風(fēng)險系數(shù)，在旋轉(zhuǎn)件聯(lián)軸器上設(shè)計了安全防護罩，保障了試驗人員的安全。圖5為試驗臺框架圖。

圖5 試驗臺總體框架

3 仿真分析

根據(jù)分析可知，該試驗臺對輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的同軸度有較高的精度要求。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，直觀分析試驗臺相關(guān)參數(shù)，保證轉(zhuǎn)速扭矩傳感器的測試的精度，滿足試驗臺使用壽命的要求，采用ADAMS進行仿真分析[11-12]。使用用戶界面模塊ADAMS/View、求解器模塊ADAMS/Solver、后處理模塊ADAMS/PostProcessor等對試驗臺的軸向跳動進行模擬仿真。在ADAMS/View模塊中搭建仿真平臺，給定與實際匹配的約束條件，仿真平臺如圖6所示。

圖6 ADAMS仿真平臺搭建

檢測試驗臺的同軸性，需要添加電機的啟動特性和電機的振動沖擊，進而完成電機驅(qū)動分析。根據(jù)電機的轉(zhuǎn)動特性給定轉(zhuǎn)速，給定電機一個振動沖擊，用STEP函數(shù)給出電機10 s內(nèi)的驅(qū)動方程：STEP(time,0,0d,1,2 520)+STEP(time,8, 0d,10,-2 520)。經(jīng)過ADAMS的三次多項式逼近階躍函數(shù)的方法轉(zhuǎn)化成驅(qū)動數(shù)學(xué)函數(shù)，其驅(qū)動曲線如圖7所示。

圖7 電機驅(qū)動曲線

給定傳動的約束條件后，添加重力方向和大小(其中g(shù)取9.8 m/s2)。通過ADAMS求解器模塊ADAMS/Solver求解，完成求解后進入后處理模塊ADAMS/PostProcessor中對求解的模塊進行分析，分析結(jié)果如8所示。

圖8 試驗臺同軸度分析

由仿真結(jié)果可知，設(shè)計的試驗臺在模擬電機沖擊和振動的情況下，當其正常運轉(zhuǎn)時，其軸的徑向波動在±0.01 mm以內(nèi)，滿足設(shè)計要求(0.02 mm以內(nèi))。由于軸承座中軸承的游隙有0.03 mm的緩沖空間，同時軸承支架具備承受徑向載荷沖擊波動的能力，因此該設(shè)計方案滿足且符合試驗臺使用要求。

4 結(jié)論

對電動汽車輪轂電機性能檢測試驗臺進行分析，通過SolidWorks三維軟件完成試驗臺零部件的設(shè)計，通過ADAMS軟件完成試驗臺的仿真分析。結(jié)果表明：輪轂電機試驗臺能夠滿足電機檢測性能的要求，也為后續(xù)試驗臺的設(shè)計和優(yōu)化提供了有意義的參考。

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DevelopmentoftheWheelHubMotorTestBench

ZHANG Hui, HU Ye, JIANG Zihe, CHEN Xiting

(College of Engineering, Zhejiang A & F University,Lin’an Zhejiang 311300, China)

In view of the problem that motor test bench was used to test wheel motor drive system performance, a wheel hub motor testing test bench used for low speed was designed. The major parts of the test bench were designed. The 3D model of the test bench was established in SolidWorks environment, then ADAMS software was used to make simulation analysis. The analysis results show that the design scheme is feasible and rational.It provides reference for the design and optimization of wheel hub motor test bench.

Test bench; Wheel hub motor; Drive system; SolidWorks; ADAMS

2017-03-31

張輝(1991—)，男，碩士研究生，主要研究方向為車輛試驗技術(shù)、電機檢測技術(shù)等。E-mail：zhanghui03@foxmail.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.08.010

U467.5+26

A

1674-1986(2017)08-046-03