电驱系统减速器设计

减速器的设计输入/输出和主要工作内容

减速器在设计开发过程中与MT大同小异，差别是电机转速相对于发动机会高很多，这就对减速器轴的轴承支撑起到的更高的要求，整个设计开发要求以及相关的试验规范也有很多可以参考，载荷谱需要重新开发，具体细节请见下图1：

图1. 减速器开发过程要求

1.1设计输入

1)  驱动电机额定功率/Kw；

2)  驱动电机峰值功率/Kw；

3)  驱动电机额定扭矩/Nm；

4)  驱动电机峰值扭矩/Nm；

5)  驱动电机最高转速/rpm；

6)  整车整备质量/Kg；

7)  最高车速要求Km/h；

8)  整车参数设计输入（见下表1，整车参数列表）；

表1整车参数列表

1.2设计输出

1)  减速器设计方案；

2)  减速器挡位数；

3)  齿轮轴系布置方案；

4)  P挡设计方案；

5)  换挡系统设计方案；

6)  齿轮轴系设计计算及强度校核报告；

7)  壳体结构设计及强度校核报告；

8)  绘制总成图纸以及各零部件的图纸；

9)  差速器半轴齿轮花键参数输出用于半轴花键设计；

1.3技术参数模板展示Technicalproduct data

1.4主要工作内容

1)  边界分析和整车布置分析，确保周边预留足够的设计间隙；

2)  齿轮箱内部布置设计；

3)  齿轮轴/壳体/轴承/油封等零部件设计；

4)  CAE分析：齿轮/轴承强度寿命分析，壳体结构分析，油量/润滑分析，传递误差分析，接触斑分析，连接强度分析，模态分析等；

5)  减速器开发程序：具体开发程序如下图2所示，减速器开发过程中需要综合考虑开发难度，以及系统匹配开发的难度要求，同时需要做好技术资料的积累，为新项目提供技术基础；

图2. 减速器开发程序

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 关键细节设计

2.1 挡位数的选择及齿轮轴系的设计

目前市场上用一挡和二挡减速器的OEM比较多，但是二挡减速器的优势明显，主要体现在最高车速以及能效方面，当然开发难度较一挡存在较大的难度，另外就是换挡方式的选择（同步器换挡还是行星齿轮机构，液压驱动还是电力驱动，本文不再赘述），同时会伴随着传统燃油车的换挡质量的问题。下边就单挡减速器进行说明，主要介绍目前市场上主流的两个技术路线——同轴式结构以及三轴式的结构设计：

同轴式的结构设计即输入输出轴同轴，多采用行星齿轮结构，优点是有很大的空间优势，便于布置。缺点是设计方需要拥有行星齿轮机构即AT变速器的设计经验，这在国内是寥寥无几的供应商可以做的。

图3. 同轴结构设计

三轴式结构设计即采用平行轴结构设计，此设计的优点是能更大的利用手动变速器的设计经验以及供应链资源进行设计优化，缺点是布置空间相对要求更高。

图4. 三轴式结构设计

各主机厂或者供应商可以基于自己的设计经验以及设计经费，选择适合自己体系的方案进行，下方以单挡减速器为例进行详细设计说明。

2.2传动比的选择

传动比作为动力系统的重要参数，选设计一般有两个原则：

2.2.1电机的转速与速比匹配需要满足最高车速的要求，如下式所示：

传动比的上限应与电机的最高转速相匹配，如电机的最高转速为15000rpm，设计最高车速为180km/h,则可计算出动力系统的最大传动比。
2.2.2 由功率平衡决定的最高车速，车辆在平直路面上匀速行驶时的阻力功率为：

功率平衡方程式可简化为：

由以上公式计算结果可分析，若电机最大功率给定120KW的情况下，以此可以反推出动力系统的最大传动比。
综上，基于最大车速计算出的最大传动比和基于电机最大功率计算出的传动比，两者取最小值，即为满足系统设计要求的传动比。

2.3减速器油封设计注意事项

电驱动系统的密封零件需要选择能承受比燃油车更高的转速的油封，油封唇口处的油温相比于壳体内部的油温大概高出30-50℃，在选型设计过程中，除了考虑唇口结构的设计，唇口温度的影响，还需要考虑高转速做带来的影响。

2.4减速器支撑轴承的注意事项

高速轴承需采用高速润滑脂，这类润滑脂具有低粘度、适用温度范围广、发热量低等特点，可以有效避免在高速运转过程中因产生大量热量而造成过热的问题。轴承保持架采用耐高温，高速的树脂材料。钢球采用特殊热处理的钢球。

2.5齿轮润滑油的选择

选择润滑油时需要满足齿轮轴系以及轴承的润滑冷却要求。润滑时，只要保证在运动接触表面上有能够形成油膜的润滑剂并且达到润滑油达成理想的工作温度就可以了。

国内主机厂基本都是进行润滑油的选择，润滑油的选择主要考虑运行环境，工况，以及具体的机械结构来进行选择，具体的油品设计由润滑油供应商lead, 纯电动减速器润滑油可以借用燃油车变速器的润滑油，如果采用三合一设计的话就需要单独考虑下电机导热性以及电气安全特性要求，这是有别于燃油车的设计输入。汽车电气化的浪潮正在向我们涌来，润滑油和添加剂公司必须清醒地认识到该趋势对润滑油带来的全新技术挑战。