孫生，周安健，金國(guó)慶，杜長(zhǎng)虹，盧國(guó)成，陳小龍

（重慶長(zhǎng)安新能源汽車科技有限公司，重慶 400000）

引言

目前電動(dòng)汽車采用的是單擋兩級(jí)傳動(dòng)減速器，其NEDC效率是電動(dòng)汽車在NEDC工況條件下，減速器輸入端與輸出端的總能量比值。電動(dòng)汽車NEDC循環(huán)工況如圖1所示，由啟動(dòng)、怠速、加速及減速停車等階段組成。由市區(qū)和郊區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)組成，市區(qū)4個(gè)循環(huán)，時(shí)間195s，郊區(qū)為1個(gè)循環(huán)，時(shí)間400s。 純電動(dòng)汽車常用等速或NEDC循環(huán)工況來評(píng)價(jià)能耗經(jīng)濟(jì)性，而減速器NEDC效率能直接反映電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，故在減速器開發(fā)過程中，減速器的效率也將作為重要考察指標(biāo)之一。

圖1 電動(dòng)汽車NEDC循環(huán)工況

1 提高減速器效率的措施

1.1 設(shè)計(jì)方面

齒輪的宏觀參數(shù)如分度圓直徑d、齒輪的模數(shù)z、傳動(dòng)比i、齒寬b、變位系數(shù)x，以及齒輪轉(zhuǎn)速n和所使用的軸承類型會(huì)減速器的效率產(chǎn)生一定的影響。

1）在齒輪傳遞的扭矩較小的情況下，齒輪副間的嚙合功率損失以滾動(dòng)摩擦損失為主，滑動(dòng)摩擦損失為輔，其中滾動(dòng)摩擦損隨著齒輪直徑的增大而增大，隨著齒輪傳遞負(fù)載的逐漸增加，齒輪副間的滾動(dòng)摩擦損失也跟著增大。假設(shè)傳遞的扭矩相同，那么直徑相對(duì)大的齒輪所承受的載荷相對(duì)較小，因此滑動(dòng)摩擦損失比直徑小的齒輪相對(duì)要小一些。所以，在重載情況下分度圓直徑較大的齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)效率比直徑小的要高。

2）齒輪副間的接觸線長(zhǎng)也會(huì)影響齒輪的效率，在齒輪直徑相同的情況下，模數(shù)大的齒輪比模數(shù)小的齒輪接觸線長(zhǎng)度長(zhǎng)，所引起的滑動(dòng)損失相對(duì)模數(shù)小的要多，從而其嚙合效率相對(duì)較低。

3）若小齒輪直徑保持一定，傳動(dòng)比大，大齒輪的直徑就大，在低扭矩以滾動(dòng)摩擦損失為主的情況下，傳動(dòng)比大的效率就低；在重載以滑動(dòng)摩擦損失為主的情況下，直徑大齒輪比小的更容易形成動(dòng)壓油膜，動(dòng)壓油膜會(huì)造成齒輪間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)減小，從而減小了齒輪間的滑動(dòng)摩擦損失，提高了齒輪間的嚙合效率。但傳動(dòng)比不能過大，否則將會(huì)引起齒輪嚙合區(qū)域的變化反而對(duì)提高嚙合效率帶來不利影響。設(shè)計(jì)過程中傳動(dòng)比分配要合適。

4）滾動(dòng)摩擦損失和齒寬成正比。在輕載時(shí)，齒寬大則效率低；在重載時(shí)，齒寬對(duì)效率影響不大。因?yàn)榇簖X寬齒輪單位寬度上的載荷小，滑動(dòng)損失減小，抵消了齒寬引起的滾動(dòng)摩擦損失的增加，所以在重載時(shí)齒寬增大，效率略有提高。

另外，在油浴潤(rùn)滑時(shí)，齒寬對(duì)攪油損失有明顯的影響，齒寬越大則攪油損失越大。

5）軸承的動(dòng)力損失與其平均直徑

對(duì)于同類型的軸承，其重載系列比輕載系列、寬系列比窄系列的軸承摩擦損失大，相同直徑的球軸承比滾子軸承損失小。在高轉(zhuǎn)速工況下，軸承損失在整個(gè)損失中所占的比例隨軸承直徑的增大而增大。設(shè)計(jì)減速器時(shí)，為提高其效率，應(yīng)充分考慮全面。

1.2 制造方面的措施

齒輪加工后其表面的粗糙度會(huì)齒輪的潤(rùn)滑造成一定影響，同時(shí)也影響到齒輪副間摩擦系數(shù)的大小。齒輪各種加工方法、熱處理和表面處理，都會(huì)對(duì)齒輪的表明產(chǎn)生影響，且摩擦系數(shù)和表面的都會(huì)不同。為了提高減速器效率可以采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砑凹庸すに嚕硗恺X輪表面滲碳層的深度對(duì)磨齒有影響，對(duì)齒輪嚙合時(shí)的變形也有影響，從而也會(huì)引起其潤(rùn)滑狀態(tài)變化。可見，齒輪的熱處理和表面特殊處理對(duì)提高齒輪傳動(dòng)的效率都是有效的。

1.3 潤(rùn)滑方面的措施

在嚙合損失最小的前提下，應(yīng)盡量選用粘度較低的潤(rùn)滑油，達(dá)到減少攪油損失的目的。給油量越大，損失扭矩也越大，但給油量太小，又可能引起潤(rùn)滑不良現(xiàn)象，導(dǎo)致嚙合損失增加。

可見，從潤(rùn)滑方面提高減速器效率應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

1）潤(rùn)滑油粘度的合理選用。高速輕載傳動(dòng)情況下，盡量選用粘度低的潤(rùn)滑油從而達(dá)到減少攪油損失的目的；而重載時(shí)，則需要選用粘度高的潤(rùn)滑油以便在齒輪嚙合副間形成油膜達(dá)到如何的目的。一般為使嚙合損失最小應(yīng)盡量選用粘度較小的潤(rùn)滑油。

2）選擇合理的齒輪參數(shù)。在保證齒輪強(qiáng)度的條件下，盡量減小節(jié)圓直徑，降低節(jié)線速度，減少攪油損失。

3）準(zhǔn)確控制給油量，在保證潤(rùn)滑充分的條件下，給油量應(yīng)盡可能小。

2 減速器設(shè)計(jì)

2.1 傳動(dòng)比計(jì)算

根據(jù)整車的性能要求，減速器的最大扭矩為350Nm，傳動(dòng)比9.1，最高轉(zhuǎn)速12000rpm，單檔兩級(jí)結(jié)構(gòu)。按等強(qiáng)度原理初步分配兩級(jí)減速器傳動(dòng)比，即：

2.2 中心距確定

根據(jù)最大輸入扭矩，可按以下公式初定一級(jí)傳動(dòng)中心距：

式中：A—減速器中心，mm；

KA—中心距系數(shù)，乘用車：KA=8.9～9.3；

Temax—電機(jī)最大輸入扭矩，Nm；

i1—變速器一級(jí)傳動(dòng)減速比；

ηg—減速器傳動(dòng)效率。

對(duì)于一級(jí)傳動(dòng)，其中心距：

對(duì)于二級(jí)傳動(dòng)，其中心距：

2.3 箱體內(nèi)部輪廓確定

箱體內(nèi)部輪廓根據(jù)一級(jí)傳動(dòng)大齒輪、二級(jí)傳動(dòng)大齒輪定徑確定，箱體內(nèi)部與齒頂間隙≥6mm，一級(jí)傳動(dòng)大齒輪分度圓直徑d12。

二級(jí)傳動(dòng)大齒輪分度圓直徑d22

2.4 減速器結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的減速器結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由箱體、輸入軸組件、中間軸組件及差速器組件構(gòu)成。

圖2 電動(dòng)汽車減速器結(jié)構(gòu)

3 高效率減速器的箱體結(jié)構(gòu)

減速器的箱體結(jié)構(gòu)如圖3所示，為了進(jìn)一步提升減速器的效率，在箱體內(nèi)部空間增加適當(dāng)?shù)膿跤徒?，進(jìn)一步縮小內(nèi)部容積空間，改進(jìn)后的減速器箱體結(jié)構(gòu)如圖4所示。同時(shí)將國(guó)產(chǎn)軸承改為進(jìn)口軸承，將高粘度油品改為同牌號(hào)低粘度油品并減少油量。

圖3 優(yōu)化前減速器箱體結(jié)構(gòu)

圖4 優(yōu)化后減速器箱體結(jié)構(gòu)

將設(shè)計(jì)完成后的減速器樣機(jī)安裝在在臺(tái)架上進(jìn)行效率測(cè)試，如圖5所示。減速器加注規(guī)定量的潤(rùn)滑油，試驗(yàn)過程中油溫控制一定的油溫，按一定的工況進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得的效率Map圖如圖6所示，從效率Map中的數(shù)據(jù)分析可以看出，改進(jìn)后減速器比改進(jìn)前的NEDC效率得到了明顯的提升。

圖5 減速器效率測(cè)試

圖6 減速器效率Map圖

4 結(jié)論

（1）在電動(dòng)汽車減速器的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)輸入扭矩，需要先確定軸系三角形，確定中心距后；根據(jù)中心距確定一級(jí)大齒輪、二級(jí)大齒輪的頂徑，從而確定減速器的外包絡(luò)尺寸。

（2）減速器箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)減速器效率有明顯的影響，設(shè)計(jì)過程中合理設(shè)置一些筋結(jié)構(gòu)，縮小了減速器的內(nèi)部容積空間，減小減速器潤(rùn)滑油油用量，降低攪油損失，對(duì)提高減速器的效率效果明顯。

（3）減速器潤(rùn)滑油的油品粘度對(duì)減速器的效率也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。實(shí)驗(yàn)過程中，在加油量和油品牌號(hào)相同的情況下，測(cè)試了兩種不同粘度的油品，實(shí)驗(yàn)表明，粘度較低油品對(duì)減速器的效率提升效果優(yōu)于粘度較高的油品。

（4）本文在原設(shè)計(jì)的減速器箱體上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，更換了進(jìn)口軸承，減速器的潤(rùn)滑油油量減少了0.6升，采用低粘度油品，并對(duì)其進(jìn)行了臺(tái)架效率測(cè)試，從測(cè)試結(jié)果可以看出，減速器的效率提明顯，提升到了 95.8%，超過了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。