بنية مخفض السرعة أحادي السرعة للمركبات الكهربائية - لماذا مرحلة تروس حلزونية واحدة
يربط نظام نقل الحركة في المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية المحرك الكهربائي مباشرة بالعجلات الدافعة من خلال مرحلة واحدة تروس حلزونية مخفض السرعة والترس التفاضلي. على عكس ناقل الحركة في محركات الاحتراق الداخلي الذي يحتوي على 6-10 نسب تروس للحفاظ على المحرك ضمن نطاق طاقته الضيق، يُنتج محرك السيارة الكهربائية ذروة عزمه من الصفر دورة في الدقيقة - فلا حاجة لتغيير التروس. يتم اختيار نسبة التخفيض الواحدة لتحقيق التوازن بين القدرة على الوصول إلى السرعة القصوى والتماسك عند السرعات المنخفضة.
اختيار نسبة التروس:
السرعة القصوى للمركبة v_max = 200 كم/ساعة؛ نصف قطر دوران الإطار r = 0.33 متر
سرعة العجلة المطلوبة: n_wheel = v_max / (2π × r × 60/1000) = 200,000 / (2π × 0.33 × 60) = 1,607 دورة في الدقيقة
إذا كانت السرعة القصوى للمحرك n_motor = 18000 دورة في الدقيقة:
نسبة المرحلة الواحدة i = n_motor / n_wheel = 18000 / 1607 ≈ 11.2:1
نسب تخفيض السرعة النموذجية للمركبات الكهربائية: من 8:1 إلى 14:1 (مرحلة واحدة) تروس حلزونية زوج)
تتطلب هذه النسبة أحادية المرحلة ما يلي: تروس حلزونية ترس صغير ذو z₁ عادة ما يكون 16-22 سنًا وعجلة ذات z₂ = 150-250 سنًا - عجلة ذات عدد أسنان مرتفع يصعب إنتاجها وفقًا لفئة DIN 4-5 لأن دقة المظهر الجانبي على ترس ذي قطر كبير تتطلب وقت طحن أطول وإدارة حرارية أكثر دقة أثناء الطحن.
تحدي السرعة العالية - لماذا تتحكم قيمة KV عند 18000 دورة في الدقيقة في كل شيء
يُراعي العامل الديناميكي K_V في معيار ISO 6336 قوة تعشيق التروس الإضافية الناتجة عن تروس حلزونية يؤدي خطأ الإرسال الخاص بالزوج إلى إثارة النظام عند تردد الشبكة. يعتمد K_V بشدة على السرعة - حيث يرتفع بشكل كبير فوق سرعة خط التماس التي تبلغ حوالي 5 م/ث لفئات دقة DIN المنخفضة:
| سرعة خط الملعب | DIN Class 8 K_V | DIN Class 6 K_V | DIN الفئة 4-5 كيلو فولت | تأثير تصنيف التروس |
|---|---|---|---|---|
| 5 م/ث (صناعي) | 1.20–1.35 | 1.10–1.18 | 1.04–1.07 | جميع الصفوف مقبولة |
| 15 م/ث (سرعة صناعية عالية) | 1.60–1.95 | 1.25–1.40 | 1.06–1.10 | DIN 8 غير مقبول؛ مطلوب DIN 5+ |
| 35 م/ث (EV: ~10000 دورة في الدقيقة، M3، d=60 مم) | 2.5–3.5+ | 1.50–1.80 | 1.08–1.14 | DIN 8 غير صالح للاستخدام؛ DIN 6 هامشية؛ DIN 4-5 أساسي |
| 60 م/ث (EV: ~18000 دورة في الدقيقة، M3، d=60 مم) | >4.0 (غير قابل للاستخدام) | 2.0–2.5+ | 1.10–1.18 | توفر فئة DIN 4-5 فقط قيمة KV مقبولة لتصنيف التروس الحلزونية للمركبات الكهربائية |
عند سرعة دوران 18000 دورة في الدقيقة باستخدام M3 و z₁ = 20 (d₁ = 64 مم)، تكون سرعة خط التماس v = π × 0.064 × 18000/60 = 60.3 م/ث. عند هذه السرعة، يكون جهاز DIN من الفئة 8 المُشَكَّل تروس حلزونية ينتج عن ذلك قيمة K_V أكبر من 4.0، مما يعني أن قوة التعشيق الديناميكية تساوي أربعة أضعاف القوة الساكنة المنقولة. هذا لا يعني انخفاضًا في الكفاءة بمقدار أربعة أضعاف، بل يعني زيادة في قوة السن المستخدمة في حساب قوة الترس بمقدار أربعة أضعاف، مما يستلزم تحديد حجم الترس كما لو كان ينقل أربعة أضعاف عزم الدوران الفعلي. في المقابل، تسمح فئة DIN 4-5 بقيمة K_V ≈ 1.12 بتحديد حجم الترس لتحمل عزم دوران يزيد بمقدار 12% فقط عن الحمل الساكن، أي بانخفاض قدره 3.5 مرة في حجم الترس المطلوب مقارنةً بفئة DIN 8. لهذا السبب، فإن EV تروس حلزونية إن عملية الطحن الدقيق وفقًا لفئة DIN 4-5 ليست اختيارية: إنها الطريقة الوحيدة للحصول على ترس خفيف بما فيه الكفاية وقوي بما فيه الكفاية في نفس الوقت.
متطلبات الضوضاء والاهتزازات — مقصورة السيارة الكهربائية عبارة عن غرفة هادئة
مخفض جهد المركبات الكهربائية تروس حلزونية — تم صقلها بدقة عالية وفقًا لمعايير DIN من الفئة 4-5 مع تخفيف طرفي مكافئ (C_α = 5-12 ميكرومتر) وتشطيب فائق متساوي الخواص (Ra ≤ 0.05 ميكرومتر). والنتيجة الإجمالية: خطأ نقل أقل من 2 ميكرومتر عند دائرة الخطوة ومساهمة تعشيق التروس في ضوضاء المقصورة أقل من 30 ديسيبل (A)، ما يفي بأهداف NVH لمركبة بدون ضوضاء حجب من محرك الاحتراق الداخلي.
لماذا يُعدّ مستوى الضوضاء والاهتزازات في السيارات الكهربائية أعلى منه في سيارات الاحتراق الداخلي؟
يُصدر محرك الاحتراق الداخلي ضوضاءً واسعة النطاق تتراوح بين 55 و70 ديسيبل (A) داخل مقصورة السيارة عند سرعات الطرق السريعة، مما يُخفي صوت تعشيق التروس في ناقل الحركة. ويختفي تردد التعشيق (z × RPM / 60) وسط ضوضاء محرك الاحتراق الداخلي. أما في السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية، فلا وجود لمحرك الاحتراق الداخلي، حيث تنخفض الضوضاء داخل المقصورة عند سرعة 100 كم/ساعة إلى ما بين 40 و50 ديسيبل (A). تروس حلزونية تردد تعشيق التروس - على سبيل المثال، z₁ = 20، 3600 دورة في الدقيقة عند سرعة 100 كم/ساعة ← تردد التعشيق = 1200 هرتز - أصبح الآن مسموعًا بوضوح كصوت أزيز نغمي بمستوى 45-50 ديسيبل (A) بدون إجراءات مضادة للضوضاء والاهتزازات. عادةً ما تكون أهداف مصنعي السيارات الكهربائية لمستوى الضوضاء والاهتزازات الناتج عن تعشيق التروس أقل من 30-35 ديسيبل (A) عند أذن السائق.
التشطيب الفائق المتساوي الخواص - ما وراء الطحن القياسي
تحقق عملية الطحن التوليدي القياسية من هوفلر خشونة سطحية (Ra) تتراوح بين 0.2 و 0.4 ميكرومتر. تروس حلزونية جانب السن. تستخدم تروس مخفضات السرعة الكهربائية أيضًا عملية التشطيب الفائق المتساوي الخواص (ISF) - وهي عملية تشطيب اهتزازي جماعي مُسرّع كيميائيًا تزيل نتوءات الطحن بشكل موحد من جميع اتجاهات السطح، مما يحقق خشونة سطحية (Ra) تتراوح بين 0.02 و0.08 ميكرومتر دون أي علامات طحن اتجاهية. فائدة الضوضاء والاهتزاز والخشونة: كل انخفاض في خشونة السطح (Ra) في تروس 50% يقلل من ضوضاء تعشيق التروس بحوالي 2-3 ديسيبل (A)، لأن السطح الأكثر دقة يزيد من نسبة طبقة التشحيم الهيدروديناميكي المرن (EHL) λ ويقلل من إثارة تلامس النتوءات.
معدات حلزونية قياسية أرضية للمركبات الكهربائية: Ra = 0.2–0.3 ميكرومتر ← مساهمة ضوضاء الشبكة ~42 ديسيبل (A) خط الأساس
بعد التشطيب الفائق المتساوي الخواص: Ra = 0.03–0.06 ميكرومتر ← مساهمة ضوضاء الشبكة ~35–38 ديسيبل (A) — تحسن نموذجي بمقدار 5-7 ديسيبل (A)
الكفاءة والمدى - كل 0.1% مهم
مخفض جهد المركبات الكهربائية تروس حلزونية تؤثر الكفاءة بشكل مباشر على مدى السيارة. عند متوسط قدرة 60 كيلوواط على الطرق السريعة وكفاءة مُخفِّض السرعة 98.5%، يستهلك ناقل الحركة 0.9 كيلوواط بشكل مستمر. إذا تحسنت الكفاءة إلى 99.0%، ينخفض الاستهلاك إلى 0.6 كيلوواط، أي توفير 0.3 كيلوواط، وهو ما يعادل عند سرعة 120 كم/ساعة حوالي 1.5 كم إضافية من المدى باستخدام بطارية سعتها 75 كيلوواط ساعة. هذه الحساسية تُفسِّر استثمار صناعة السيارات الكهربائية في: زيت PAO الاصطناعي المُصمَّم خصيصًا بمضافات EHL منخفضة الاحتكاك؛ والتشطيب الفائق المتساوي الخواص لتقليل احتكاك النتوءات؛ وكمية الزيت المُعايرة بدقة (زيادة الزيت تُسبِّب فقدانًا في التدفق، ونقصه يُسبِّب نقصًا في التزييت).
| معلمات التصميم | تروس حلزونية صناعية قياسية | ترس حلزوني مخفض لسيارات الدفع الرباعي | لماذا مختلف؟ |
|---|---|---|---|
| فئة دقة الأسنان | الفئة DIN 6-8 | الفئة DIN 3-5 | التحكم في K_V عند سرعة خط التماس 50-70 م/ث |
| تشطيب السطح Ra | 0.4–0.8 ميكرومتر (أرضي) | 0.02–0.08 ميكرومتر (ISF) | هدف NVH + الكفاءة (جودة فيلم EHL) |
| مادة | 20CrMnTi، 42CrMo | 18CrNiMo7-6، 20CrMnTi | إجهاد الدورة العالية؛ متطلبات شاربي في المناخ البارد |
| إغاثة البقشيش C_α | 15-30 ميكرومتر (عام) | 5-12 ميكرومتر (دقة) | الضوضاء والاهتزازات: يؤدي الإفراط في تخفيف الضغط عند نقطة الكبح المتجدد إلى تقليل زمن الاستجابة. |
| مادة تشحيم | زيت تروس معدني ISO VG 220 | زيت PAO VG منخفض اللزوجة 75W-90، مادة مضافة منخفضة الاحتكاك خاصة بالمركبات الكهربائية | الكفاءة + التوافق مع عزل المحرك الكهربائي |
| مواد بناء المنازل | حديد الزهر | الألمنيوم المصبوب بالضغط العالي (ADC12) | الوزن: الحديد الزهر أثقل بثلاث مرات تقريبًا لكل وحدة حجم |
الكبح التجديدي - كلا جانبي السن تحت الحمل
في عملية الكبح المتجدد، يعمل محرك السيارة الكهربائية كمولد - حيث يدفع عزم دوران العجلات المحرك للخلف، مما يعكس عزم الدوران عبر تروس حلزونية زوج. هذا الانعكاس يعني جانب "الساحل" من تروس حلزونية (عادةً ما يكون غير مُحمّل في وضع القيادة) يتحمل الآن عزم الكبح الكامل. يجب تحديد كلا الجانبين بنفس فئة الدقة ومواصفات تخفيف طرف السن. تُحدد شركة إيفر-باور الكورية فئة سُمك السن DIN 3967 gh (خلوص ضيق) لتروس مُخفّضات السرعة الكهربائية، مما يضمن أن يكون الانتقال من جانب القيادة إلى جانب التباطؤ سلسًا مع أقل تأثير ممكن عند فجوة الخلوص الصغيرة.
شركة كوريا إيفر باور - قدرة التروس الحلزونية المخفضة للمركبات الكهربائية
مخفض سرعة المركبات الكهربائية من شركة إيفر باور الكورية تروس حلزونية الإنتاج - يتم استخدام نظام HÖFLER CNC لتوليد وطحن الأسنان وفقًا لمعايير DIN من الفئة 4-5، يليه تشطيب فائق متساوي الخواص بدقة Ra ≤ 0.06 ميكرومتر. يتحقق محلل التروس من دقة كل من شكل السن وسماكته قبل الشحن، مع تضمين منحنى TE في الشهادة.
شركة كوريا إيفر باور تنتج تروس قطع حلزونية بالنسبة لمخفضات السرعة أحادية ومتعددة السرعات للمركبات الكهربائية المصنوعة من سبائك 18CrNiMo7-6 و20CrMnTi المكربنة، من الفئة DIN 3-5، بسماكة سطحية Ra ≤ 0.2 ميكرومتر من عملية الطحن HÖFLER وRa ≤ 0.06 ميكرومتر بعد عملية ISF. يتم حساب تخفيف طرف القطع المكافئ لنطاق حمل المركبة الكهربائية بالكامل (القيادة + التجديد) مع مراعاة القيمة المثلى التي تقلل من الانحراف الكلي عند نقطة التشغيل الأكثر شيوعًا. مصنع التروس الحلزونيةتُقدّم شركة إيفر-باور الكورية منحنى سعة الانحراف الحراري (خطأ النقل المقاس مقابل زاوية الدوران) في شهادة محلل التروس، مما يُمكّن فريق محاكاة الضوضاء والاهتزازات التابع للشركة المصنعة الأصلية من استخدام الإثارة الحرارية الفعلية بدلاً من القيمة التقديرية وفقًا لفئة DIN. تصفح مجموعة منتجات التروس الحلزونية لتطبيقات السيارات الكهربائية والتطبيقات الدقيقة عالية السرعة.
الأسئلة الشائعة
نسبة المرحلة الواحدة التي تتراوح بين 10 و14:1 هي الحد الأقصى للمعيار تروس حلزونية زوج بدون خطر تآكل مفرط للترس المخروطي (عادةً ما يكون z₁ ≥ 16 مطلوبًا) - ولكن يمكن تحقيقه كمرحلة واحدة. سيحقق الترتيب ثنائي المراحل كفاءة أعلى لكل مرحلة (مرحلتان عند 99.2% لكل منهما = 98.4% مجتمعة، مقابل مرحلة واحدة عند 98.8%) ولكنه يزيد الوزن وحجم الزيت وتعقيد الهيكل. تصميم المركبات الكهربائية ضيق للغاية - يبلغ الوزن المستهدف للمحور الكهربائي (المحرك + علبة التروس + الترس التفاضلي في وحدة متكاملة واحدة) 50-90 كجم إجمالاً لنظام نقل حركة بقدرة 150 كيلوواط أو أكثر. المرحلة الواحدة تروس حلزونية يفضل استخدام المخفض لأن المخفض ذو المرحلتين يضيف 5-15 كجم و50-100 مم في الطول المحوري وهو أمر غير مقبول عادة في تصميم المحور الخلفي المقيد لسيارة الركاب الكهربائية.
تعمل تروس نقل الحركة القياسية لمحركات الاحتراق الداخلي بسرعات خط التماس من 5 إلى 25 مترًا في الثانية، وتحقق عادةً تصنيف DIN من الفئة 6 إلى 7، وهو تصنيف كافٍ للتحكم في K_V عند هذه السرعات. مخفض سرعة EV تروس حلزونية يجب أن تعمل التروس بسرعة خطية تتراوح بين 40 و70 مترًا في الثانية، حيث ترتفع قيمة K_V لفئة DIN 6-7 إلى 1.5-2.0، وهو أمر مقبول لناقل حركة محرك الاحتراق الداخلي الذي يُغيّر التروس تحت الحمل لمدة 10 ثوانٍ فقط عند ذروة السرعة، ولكنه غير مقبول لمخفض سرعة السيارة الكهربائية الذي يعمل باستمرار عند أقصى سرعة أثناء القيادة على الطرق السريعة. كما أن تروس ناقل الحركة القياسية لمحركات الاحتراق الداخلي المُعاد استخدامها في السيارات الكهربائية لا تُحقق معايير الضوضاء والاهتزاز والخشونة (NVH): إذ لا يُمكن تلبية هدف ضوضاء مقصورة السيارة الكهربائية الأكثر دقة (30-35 ديسيبل (A)) بدقة DIN 6-7 وتشطيب سطح الطحن القياسي.
يجب أن تستوفي زيوت تزييت مخفضات تروس المركبات الكهربائية أربعة شروط متضاربة في آن واحد: (1) لزوجة منخفضة (VG 75W-90 أو أقل) لتقليل فقدان الزيت الناتج عن الدوران عند 18000 دورة في الدقيقة؛ (2) سماكة طبقة EHL مناسبة عند السرعات العالية (زيت أساس PAO لمعامل احتكاك منخفض)؛ (3) عزل كهربائي (خالٍ من الإضافات الأيونية أو المعدنية التي تزيد من التوصيلية - وهذا مهم لأن محرك المحور الكهربائي المدمج قد يُسرّب تيارًا منخفضًا عبر الزيت إلى سطح الترس إذا كان موصلًا)؛ (4) التوافق مع سبائك النحاس في الترس التفاضلي. زيوت التروس القياسية GL-5 لا تستوفي الشرط (3)؛ وزيت ناقل الحركة الأوتوماتيكي القياسي لا يستوفي الشرط (2). يحدد مصنّعو المركبات الكهربائية سوائل مخصصة للمحور الكهربائي تفي بمعيار JASO M369 أو معايير خاصة بهم، وتستوفي جميع الشروط الأربعة. مخفض تروس المركبات الكهربائية من شركة Ever-Power الكورية تروس حلزونية تم تصميمها للعمل مع هذه السوائل المخصصة للمحاور الإلكترونية ذات اللزوجة المنخفضة والاحتكاك المنخفض.
عند سرعة 100 كم/ساعة، يمتلك مخفض سرعة المركبة الكهربائية ذو نسبة i = 11.2:1 و z₁ = 20 سرعة دوران لعمود الترس تبلغ 3600 دورة في الدقيقة وتردد تعشيق يبلغ 1200 هرتز، مما يؤدي إلى تراكم 1200 × 3600 دورة/دقيقة × 100000 كم/160 كم/ساعة = ما يقارب 4.5 × 10⁹ دورة تلامس على مدار عمر المركبة البالغ 200000 كم. هذا هو نظام الإجهاد عالي الدورة للغاية (VHCF، الذي يتجاوز عدد الدورات المرجعي لمعيار ISO 6336 البالغ 3 × 10⁶). تروس حلزونية يجب تصميمها وفقًا لحدود تحمل دورات التحميل العالية جدًا (أي الجزء المسطح من منحنى رقم-عدد الدورات فوق 10⁸ دورة تقريبًا)، وليس فقط القيمة المرجعية 3 × 10⁶ دورة. بالنسبة للتروس المصنوعة من سبيكة 18CrNiMo7-6 المعالجة بالكربنة، فإن حد σ_H عند 10⁹ دورة يقل بمقدار 5-10% تقريبًا عن القيمة المرجعية 3 × 10⁶، وهو انخفاض طفيف يغطيه عامل العمر الافتراضي Y_N وفقًا لمعيار ISO 6336. تطبق شركة Korea Ever-Power تصحيح Y_N على إجمالي عدد دورات التحميل لتطبيقات المركبات الكهربائية في حساب ISO 6336.
مواصفات تروس حلزونية مخفضة السرعة للمركبات الكهربائية
قدّم بيانات محركك، بما في ذلك أقصى سرعة دوران، ونسبة التروس، وعزم الدوران الناتج، ومستوى الضوضاء والاهتزازات المستهدف، وحجم التغليف. تحدد شركة إيفر-باور الكورية نوع المحرك، وعدد الأسنان، وفئة DIN، ومسافة تخفيف الضغط عند طرف السن، ومتطلبات ISF، مع توفير منحنى TE في شهادة محلل التروس لإدخال بيانات محاكاة الضوضاء والاهتزازات.
فئة DIN 3-5 · خشونة السطح الداخلية ≤ 0.06 ميكرومتر · منحنى TE · جوانب أسنان قابلة للتجديد · 18CrNiMo7-6 · تصنيف VHCF · الحد الأدنى للطلب قطعة واحدة
المحرر: Cxm
