溫度和扭矩對(duì)新能源減速器傳遞效率的影響

文/孟慶振（安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司）

傳遞效率是減速器最重要的性能指標(biāo)，對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞效率有著重大影響，且最終表現(xiàn)到整車的續(xù)航和能耗上。科技人員通過(guò)齒輪精度、軸承阻力、潤(rùn)滑油黏度等各方面對(duì)傳遞效率指標(biāo)進(jìn)行不斷的優(yōu)化和提升。本文在基于物理硬件不變的情況下，僅從溫度和扭矩的變化，研究傳遞效率最大化的工況，從而為整車高效發(fā)揮電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能提供思路。

一、目的

探究潤(rùn)滑油溫度和加載扭矩對(duì)某新能源減速器傳遞效率的影響，以便指導(dǎo)整車為延長(zhǎng)續(xù)航里程，匹配最佳電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工況。

二、方法

參照《純電動(dòng)乘用車用減速器總成技術(shù)條件》（QC/T 1022—2015）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)。試驗(yàn)樣品為從產(chǎn)品中隨機(jī)抽取的1 臺(tái)減速器，并加注黏度等級(jí)為75W/85的齒輪油，采用全面試驗(yàn)的方法，做傳遞效率對(duì)比分析，得到溫度和扭矩對(duì)傳遞系統(tǒng)效率的影響。傳遞效率試驗(yàn)具體如下：

1.試驗(yàn)工況

（1）試驗(yàn)轉(zhuǎn)速：設(shè)置500 rpm、6000 rpm、12000 rpm三種轉(zhuǎn)速。

（2）試驗(yàn)扭矩：按額定功率50 kW 計(jì)算，且低于減速器最大允許值350 N·m 設(shè)置。

（3）試驗(yàn)油溫：25℃±2℃、55℃±2℃、85℃±2℃。

（4）試驗(yàn)僅測(cè)量正轉(zhuǎn)方向，結(jié)合轉(zhuǎn)速、扭矩、油溫組合的要求依次測(cè)定，結(jié)果記錄在表1 中。

2.試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用

（1）按所測(cè)得的結(jié)果繪制出正轉(zhuǎn)在各試驗(yàn)溫度下的傳遞效率- 轉(zhuǎn)速/扭矩曲線圖。

（2）減速器綜合傳遞效率取所有檢測(cè)的傳遞效率的平均值，按式（1）計(jì)算評(píng)定。

式中：η為3 種試驗(yàn)轉(zhuǎn)速在3 種扭矩下所測(cè)得的傳遞效率的平均值，即減速器綜合傳遞效率。

三、結(jié)果與討論

1.傳遞效率試驗(yàn)結(jié)果

按照上述試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)安排，實(shí)施6 次試驗(yàn)。結(jié)果如表2 和圖1 所示。因?yàn)閃1下的溫度難以控制，所以此溫度下的傳動(dòng)效率僅供參考，不再做過(guò)多分析。

表2 傳遞效率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.討論

本討論僅對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)于其他差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響暫不做討論。

（1）轉(zhuǎn)速500 rpm，扭矩350 N·m 工況下的傳遞效率分析，結(jié)果顯示：試驗(yàn)溫度為38.8～85.9 ℃時(shí)，傳遞效率整體介于95.40%～96.11%，且各工況下傳遞效率隨著溫度上升而逐步下降。

（2）轉(zhuǎn)速6000 rpm，扭矩79.6 N·m 工況下的傳遞效率分析，結(jié)果顯示：試驗(yàn)溫度在44.4～85.1 ℃，傳遞效率整體介于95.31%～96.05%，且各工況下傳遞效率隨著溫度的上升呈上升趨勢(shì)。

（3）轉(zhuǎn)速12000 rpm，扭矩39.8 N·m 工況下的傳遞效率分析，結(jié)果顯示：試驗(yàn)溫度在50.1～87℃時(shí)，傳遞效率整體介于88.47%～89.19%，傳遞效率隨溫度上升出現(xiàn)波動(dòng)，先小幅度降低，再大幅度上升。但相比W1、W2工況，此工況下傳遞效率較差，效率差距較為明顯。

（4）在38.8～52.9 ℃溫度工況下的傳遞效率，隨著轉(zhuǎn)速升高，效率下降。

（5）在55 ℃中溫工況下的傳遞效率，在轉(zhuǎn)速升高及扭矩下降的情況下出現(xiàn)下降，尤其是在6000 轉(zhuǎn)以后，下降尤為明顯。

（6）在85℃高溫工況下的傳遞效率，在轉(zhuǎn)速升高及扭矩下降的情況下出現(xiàn)整體下降趨勢(shì)。

在齒輪傳遞系統(tǒng)中，隨著傳遞扭矩的增大，齒輪和軸承的負(fù)載功率的損失增加，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱異常，加劇設(shè)備的功率損失。傳遞系統(tǒng)的工作溫度較高，會(huì)引起油品添加劑的氧化失效，導(dǎo)致零件運(yùn)動(dòng)接觸表面間的油膜厚度過(guò)低；若溫度進(jìn)一步升高，零件間的油膜破裂，傳遞系統(tǒng)就會(huì)受到破壞。因此，若油品能夠在較惡劣的條件下不發(fā)生氧化失效，確保零部件的正常工作，則能夠減小扭矩的損失，使系統(tǒng)的工作溫度保持正常。因此，減少摩擦和磨損是維持設(shè)備正常工作溫度和提高效率的主要方式。

四、結(jié)論

（1）提出采用不同溫度下進(jìn)行傳遞效率對(duì)比的試驗(yàn)方法，最終得出：當(dāng)溫度為85 ℃，轉(zhuǎn)速為6000 rpm，扭矩為79.6 N·m 時(shí)，傳遞效率最高，為96.05%；當(dāng)溫度為55 ℃左右，轉(zhuǎn)速為500 rpm，扭矩為350 N·m 時(shí)，傳遞效率最低，為88.47%。

（2）減速器傳遞效率在85℃高溫情況下能夠保持較高水平。因此，建議整車將減速器運(yùn)行得最多的工況下的溫度，控制在85℃左右。

以上研究成果對(duì)控制減速器油溫、提升減速器的效率具有重要參考意義。