文國(guó)鋒，尹夢(mèng)潔，謝立湘

株洲齒輪有限責(zé)任公司 湖南株洲 412007

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)生活的質(zhì)量越來(lái)越重視，擁有汽車(chē)的家庭爆發(fā)式增長(zhǎng)。在此情況下，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大。化石能源是不可再生能源，隨著石油、天然氣的不斷開(kāi)采，地球化學(xué)能源供應(yīng)越來(lái)越緊張，因此人們?cè)絹?lái)越關(guān)注能源的節(jié)約。為了減少?lài)?guó)家對(duì)化石能源的依賴(lài)，電力、風(fēng)力等能源在汽車(chē)行業(yè)的使用越來(lái)越普及。最近幾年，純電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量快速增長(zhǎng)。本文針對(duì)某款純電動(dòng)汽車(chē)減速器進(jìn)行了效率研究分析，為純電動(dòng)汽車(chē)減速器效率提升展開(kāi)研究，并尋找解決方法。

輸入?yún)?shù)

1.校核載荷

采用表1中最高轉(zhuǎn)速和最大扭矩的工況計(jì)算齒輪箱效率。

表1 輸入載荷參數(shù)

2.潤(rùn)滑相關(guān)參數(shù)

潤(rùn)滑相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 潤(rùn)滑相關(guān)參數(shù)

3.齒輪幾何參數(shù)

高速級(jí)齒輪副幾何參數(shù)見(jiàn)表3，低速級(jí)齒輪副幾何參數(shù)見(jiàn)表4。

表3 高速級(jí)齒輪副幾何參數(shù)

表4 低速級(jí)齒輪副幾何參數(shù)

4.齒輪浸油深度

齒輪箱中除高速級(jí)小齒輪未浸油，其他齒輪都有浸油，浸油深度如下：高速級(jí)大齒輪68mm；低速級(jí)小齒輪30mm；低速級(jí)大齒輪98.9mm。

5.軸承基本參數(shù)

某純電動(dòng)汽車(chē)減速器結(jié)構(gòu)及軸承布置如圖1所示，該減速器為單擋二級(jí)減速。軸承基本參數(shù)見(jiàn)表5。

圖1 某純電動(dòng)汽車(chē)減速器結(jié)構(gòu)及軸承布置

表5 軸承基本參數(shù)

計(jì)算過(guò)程

1.齒輪嚙合損失

齒輪嚙合損失PMLE計(jì)算如下：

2.齒輪風(fēng)阻攪油損失

式中F一總齒寬，單位為mm;

β——螺旋角，單位為°，小于10°時(shí)取10°；

Rf——粗糙度系數(shù)，Rf＝7.93－4.648/mt，其中tm為端面模數(shù)。

3.軸承功率損失

軸承功率損失PB：

式中M0——軸承空載摩擦力矩，單位為N·m；

M1——軸承負(fù)載摩擦力矩，單位為N·m；

nB——軸承轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

空載摩擦力矩M0：

μnB≥2000時(shí)，

式中f0——空載摩擦系數(shù)；

dm——軸承中徑，單位為mm。

μnB＜2000時(shí)，

負(fù)載摩擦力矩M1：

式中f1——負(fù)載摩擦系數(shù)；

P1——摩擦力矩決定載荷，單位為N。

4.油封功率損失

接觸式油封的油封功率損失PS為：

式中TS——油封扭矩，單位為m。

對(duì)氟橡膠TS＝3.737×10－3DS（DS為油封軸直徑）；對(duì)丁腈橡膠TS＝2.429×10－3DS。

分析結(jié)果

通過(guò)計(jì)算可知，減速器在高扭矩低轉(zhuǎn)速（扭矩－360N·m，轉(zhuǎn)速3261r/min）的工況下效率較高，效率為98.89%，在高轉(zhuǎn)速低扭矩（扭矩－61N·m，12 484.7r/m i n轉(zhuǎn)速）的工況下效率較低，效率為95.45%。具體見(jiàn)表6。

表6 不同工況齒輪箱功率損失及效率（單位：kW）

純電動(dòng)減速器效率的臺(tái)架試驗(yàn)

在試驗(yàn)溫度為20℃的條件下，利用臺(tái)架對(duì)計(jì)算對(duì)象的樣箱進(jìn)行了不同轉(zhuǎn)速和輸入扭矩情況下的效率試驗(yàn)，以驗(yàn)證計(jì)算的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示?？梢?jiàn)：輸入扭矩越小、轉(zhuǎn)速越高，效率越低；相反輸入扭矩越大、轉(zhuǎn)速越低，效率越高；試驗(yàn)的數(shù)據(jù)和理論計(jì)算基本一致。

圖2 效率MAP

提高純電動(dòng)乘用車(chē)用減速機(jī)效率的方法

通過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)可知，純電動(dòng)乘用車(chē)用減速器的效率損失，在高速低扭區(qū)間損失比較大，而在此區(qū)間的效率損失主要在攪油損失、摩擦損失。所以，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)提升效率。

1）減少齒輪嚙合摩擦損失。

2）減少齒輪攪油損失，即減小齒輪外徑、減小齒輪寬度。

3）降低軸承摩擦損失。

4）降低油封摩擦損失。

5）在保證充分潤(rùn)滑的前提霞，減少潤(rùn)滑油量。

6）采用低黏度潤(rùn)滑油。

7）科學(xué)設(shè)計(jì)油道，保證在低速時(shí)，潤(rùn)滑充分；而在高速時(shí)，讓油滯留在油道，減小攪油損失。

8）提高旋轉(zhuǎn)件的動(dòng)平衡精度，以減小偏心振動(dòng)造成的效率損失。