候海貴，王曉鵬

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平的提高，越來越多的家庭擁有小轎車，而與之伴隨的是資源消耗增加，環(huán)境污染加劇、空氣污染越來越嚴(yán)重。近幾年國家大力推廣新能源汽車，其中專門定義了增程式混合動力汽車及補貼標(biāo)準(zhǔn)。增程式汽車作為混合動力汽車的一種，兼有純電動汽車一樣的驅(qū)動方式，即電機(jī)作為核心且唯一的的驅(qū)動方式，又解決了用戶的里程焦慮問題，不用擔(dān)心電量不夠用。

本文主要解決的問題是增程器中發(fā)動機(jī)與電機(jī)之間的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，采用了一種不改變原有的飛輪、齒圈，密封結(jié)構(gòu)，無需改動原有離合器安裝孔，又不增加成本，同時能緩沖動力突變時候發(fā)動機(jī)與電機(jī)的震動及抖動，是一種簡單可靠實用的結(jié)構(gòu)。

1 增程器的總體方案設(shè)計

根據(jù)項目總體需求，選取成熟的某型汽油發(fā)動機(jī)，開發(fā)某型的永磁同步發(fā)電機(jī)及控制器與之匹配，再開發(fā)增程器的系統(tǒng)控制器，同時匹配水冷式冷卻系統(tǒng)。

設(shè)計的難點為：1）發(fā)動機(jī)與電機(jī)之間機(jī)械聯(lián)接部分；2）增程器的控制策略設(shè)計。本文就發(fā)動機(jī)與電機(jī)之間的機(jī)械聯(lián)接部分設(shè)計予以說明。

1.1 發(fā)動機(jī)參數(shù)介紹

發(fā)動機(jī)為傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)，輸出端結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)車用變速箱一致，包含飛輪、齒圈等。

某型發(fā)動機(jī)參數(shù)如表1 所示。

表1 發(fā)動機(jī)參數(shù)

發(fā)動機(jī)飛輪、齒圈處（輸出端）截圖如圖1 所示。

圖1 發(fā)動機(jī)輸出端截圖

1.2 發(fā)電機(jī)參數(shù)介紹

發(fā)電機(jī)為新開發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子部分與常規(guī)車用永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)一致，外殼部分增加懸置安裝結(jié)構(gòu)。電機(jī)與發(fā)動機(jī)連接部分增加過度連接殼體，一是保證發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)剛性連接；二是保護(hù)發(fā)電機(jī)內(nèi)部傳動部件受到外部污染或者外力損傷。

表2 發(fā)電機(jī)參數(shù)

發(fā)電機(jī)輸入端截圖如圖2 所示。

圖2 發(fā)電機(jī)輸出端截圖

2 聯(lián)軸器的設(shè)計選擇

2.1 常用聯(lián)軸器的比較

聯(lián)軸器是指聯(lián)接兩軸與回轉(zhuǎn)件，在傳遞運動和動力過程中一同回轉(zhuǎn)，在正常情況下不脫開的一種裝置。

聯(lián)軸器可分為有剛性聯(lián)軸器、和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器是不能補償兩軸之間有相對位移的聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器是能適當(dāng)補償兩軸之間相對位移的聯(lián)軸器。

撓性聯(lián)軸器可分為無彈性元件和有彈性元件兩類。有彈性元件的又有金屬彈性元件和非金屬彈性元件兩類。金屬元件具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)緊湊使用壽命長等特點。非金屬彈性元件具有彈性模量范圍大、重量輕、內(nèi)摩擦大、阻尼性能好、單位體積儲存的變形能多、無機(jī)械摩擦、無需潤滑等優(yōu)點。

表3 常用聯(lián)軸器分類

經(jīng)過以上對比，結(jié)合本設(shè)計要求的最大角度偏差、尺寸、成本、重量以及飛輪與電機(jī)輸入花鍵結(jié)構(gòu)，選取梅花形彈性聯(lián)軸器系列。

2.2 聯(lián)軸器的扭矩計算

2.2.1 額定扭矩計算

額定扭矩是指除了啟動瞬間、偶爾的瞬間載荷沖擊之外，大部分時間保持正常扭矩。

式中：

T 為額定扭矩，單位：kW；

n 為聯(lián)軸器實際運行轉(zhuǎn)速，單位：rpm，即轉(zhuǎn)/分鐘；

P 為功率，單位：kW。

關(guān)于功率P，請注意以下幾點：

（1）上述公式中的P，是指傳動系統(tǒng)的實際的軸功率，請根據(jù)機(jī)器負(fù)荷加以確認(rèn)。

（2）如果實際軸功率無法確定，請參照驅(qū)動電機(jī)（如電機(jī)、發(fā)動機(jī)等）的功率。

2.2.2 最大扭矩的計算

最大扭矩：是指啟動瞬間、受負(fù)載沖擊等因素影響，在正常運行過程中產(chǎn)生的偶爾的峰值扭矩（此扭矩不是破壞扭矩，仍屬正常運行范圍）。

式中：

Tm 為最大扭矩，單位：Nm；

T 為額定扭矩，單位：Nm；

k 為安全系數(shù)，請通過以下表確認(rèn)：

表4 發(fā)動機(jī)參數(shù)

由以上計算可得，額定扭矩為110Nm，最大275Nm。

根據(jù)電機(jī)端花鍵尺寸、發(fā)動機(jī)端飛輪尺寸，增程器系統(tǒng)的功率及最大轉(zhuǎn)速，最終選取某型聯(lián)軸器，具體指標(biāo)如下：

?

聯(lián)軸器的三維設(shè)計截圖如圖3 中a、b 所示。

圖3 聯(lián)軸器三維設(shè)計截圖

增程器總成裝配后如圖4 所示。

3 臺架試驗驗證

此聯(lián)軸器經(jīng)過增程器總成樣機(jī)驗證，各種轉(zhuǎn)速，功率及扭矩下運行，均無異常抖動，噪音。在標(biāo)定及可靠驗證中，實現(xiàn)了連續(xù)運轉(zhuǎn)一千余小時不發(fā)生失效。試驗臺架照片如圖5 所示。

圖4 增程器裝配總成圖

圖5 增程器總成臺架試驗

4 結(jié)論

經(jīng)過以上設(shè)計及試驗驗證可得到以下結(jié)論：

（1）聯(lián)軸器的選擇需要綜合考慮發(fā)動機(jī)、電機(jī)端連接，盡量不要改動成熟部件的結(jié)構(gòu)。

（2）設(shè)計選型過程中要綜合對比各種聯(lián)軸器的優(yōu)缺點，選擇最合適的型號。

（3）經(jīng)過驗證，此種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝方便，適合各個功率段增程器使用。