Архитектура на едноскоростния редуктор за електрически превозни средства — Защо е необходима една степен на спираловидна предавка
Задвижващата система на електрическо превозно средство с батерии свързва електродвигателя директно със задвижващите колела чрез едностепенна система. спирална предавка редуктор и диференциал. За разлика от трансмисията на двигател с вътрешно горене с 6–10 предавателни числа за поддържане на двигателя в тесния му диапазон на мощност, електрическият двигател осигурява максималния си въртящ момент от нула обороти — не е необходимо превключване на предавките. Единичното предавателно число е избрано, за да балансира максималната скорост с сцеплението при ниска скорост:
Избор на предавателно число:
Максимална скорост на превозното средство v_max = 200 км/ч; радиус на търкаляне на гумите r = 0,33 м
Необходима скорост на колелото: n_коло = v_max / (2π × r × 60/1000) = 200 000 / (2π × 0,33 × 60) = 1 607 об/мин
Ако максималната скорост на двигателя n_motor = 18 000 об/мин:
Едностепенно предавателно число i = n_двигател / n_колело = 18 000 / 1 607 ≈ 11,2:1
Типични предавателни числа на редуктора за електрически двигатели: от 8:1 до 14:1 (едностепенно спирална предавка двойка)
Това едностепенно съотношение изисква спирална предавка зъбно колело с z₁, обикновено 16–22 зъба, и колело с z₂ = 150–250 зъба — колело с голям брой зъби, което е трудно за производство по DIN клас 4–5, тъй като точността на профила на зъбно колело с голям диаметър изисква по-дълго време за шлифоване и по-внимателно управление на температурата по време на шлифоване.
Предизвикателството на високата скорост — Защо KV при 18 000 оборота в минута управлява всичко
Динамичният коефициент K_V в ISO 6336 отчита допълнителната сила на зацепване на зъбните колела, генерирана от спирална предавка собствената грешка в предаването на двойката, възбуждаща системата на мрежова честота. K_V е силно зависима от скоростта — тя се повишава драстично над приблизително 5 m/s скорост на тангажа за по-ниски класове на точност по DIN:
| Скорост на линията на подаване | DIN клас 8 K_V | DIN клас 6 K_V | DIN клас 4–5 K_V | Последица за рейтинга на предавката |
|---|---|---|---|---|
| 5 м/с (промишлено) | 1.20–1.35 | 1.10–1.18 | 1.04–1.07 | Всички класове са приемливи |
| 15 м/с (бърза индустриална скорост) | 1,60–1,95 | 1,25–1,40 | 1.06–1.10 | DIN 8 неприемлив; Необходим е DIN 5+ |
| 35 м/с (EV: ~10 000 об/мин, M3, d=60 мм) | 2,5–3,5+ | 1,50–1,80 | 1.08–1.14 | DIN 8 неизползваем; DIN 6 краен; DIN 4–5 от съществено значение |
| 60 м/с (EV: ~18 000 об/мин, M3, d=60 мм) | >4.0 (неизползваем) | 2.0–2.5+ | 1.10–1.18 | Само DIN клас 4–5 осигурява приемлива KV стойност за винтова предавка на електрически превозни средства. |
При 18 000 об/мин с M3 и z₁ = 20 (d₁ = 64 мм), скоростта по делителната линия v = π × 0,064 × 18 000/60 = 60,3 м/с. При тази скорост, фрезован с DIN клас 8 спирална предавка генерира K_V > 4.0 — което означава, че динамичната сила на зацепване е 4× статично предаваната сила. Това не е 4× намаление на ефективността; това е 4× увеличение на силата на зъбите, използвана при изчисляването на якостта на зъбното колело — изискващо зъбното колело да бъде оразмерено така, сякаш предава 4× действителния въртящ момент. За разлика от това, DIN клас 4–5 с K_V ≈ 1.12 позволява зъбното колело да бъде оразмерено само за 12% над статичното натоварване — намаление с коефициент 3.5 на необходимия размер на зъбното колело в сравнение с DIN клас 8. Ето защо EV спирална предавка Прецизното шлифоване по DIN клас 4–5 не е по избор: това е единственият път към зъбно колело, което е едновременно достатъчно леко и достатъчно здраво.
Изисквания за шум, вибрации и вибрации — Кабината на електрическия автомобил е тиха стая
Редуктор на електрическите двигатели спирална предавка — Прецизно шлифовано по DIN клас 4–5 с параболичен релеф на върха (C_α = 5–12 µm) и изотропно суперфинишно обработване (Ra ≤ 0,05 µm). Комбинираният резултат: грешка в предаването под 2 µm на делителната окръжност и принос на зъбното зацепване към шума в кабината под 30 dB(A), което отговаря на целите за NVH за превозно средство без маскиращ шум от двигателя на вътрешното пространство
Защо шумът от вибрации при електрическите автомобили е по-труден от шума от вибрации при автомобилните двигатели с вътрешно горене
Двигателят с вътрешно горене (ДВГ) създава широколентов шумов под от приблизително 55–70 dB(A) в кабината на превозното средство при скорост на магистрала, което маскира шума от зъбните колела от трансмисията. Честотата на зацепване (z × RPM / 60) се губи в шума на ДВГ. В електрически автомобил с батерии ДВГ отсъства: акустичният под в кабината при 100 км/ч пада до 40–50 dB(A). Редукторът на електрическите двигатели спирална предавка Честотата на зацепване — например, z₁ = 20, 3600 об/мин при 100 км/ч → честота на зацепване = 1200 Hz — вече се чува ясно като тонално виене с шум от 45–50 dB(A) без мерки за намаляване на шума, вибрациите и вибрациите (NVH). Целите за NVH на OEM електрическите автомобили за приноса на зацепването от зъбното колело обикновено са под 30–35 dB(A) при ухото на водача.
Изотропно суперфиниширане — отвъд стандартното шлифоване
Стандартното шлифоване с генератор HÖFLER постига Ra = 0,2–0,4 µm на спирална предавка странична част на зъба. Редукторите на електрически превозни средства използват допълнително изотропно суперфиниширане (ISF) - химически ускорен вибрационен процес на масово довършително обработване, който премахва равномерно пиковете на шлифоване от всички ориентации на повърхността, постигайки Ra = 0,02–0,08 µm без никакви насочени следи от шлифоване. Предимството на NVH: всяко намаление на Ra с 50% намалява шума от зъбното зацепване с приблизително 2–3 dB(A), тъй като по-фината повърхност увеличава съотношението на EHL филма λ и намалява възбуждането от контакт с неравности.
Стандартно заземено спирално зъбно колело за електрически превозни средства: Ra = 0,2–0,3 µm → принос на шума от мрежата ~42 dB(A) базова стойност
След изотропно суперфиниширане: Ra = 0,03–0,06 µm → принос на шума от мрежата ~35–38 dB(A) — типично подобрение от 5-7 dB(A)
Ефективност и обхват — всеки 0.1% е от значение
Редуктор на електрическите двигатели спирална предавка Ефективността влияе пряко върху пробега на превозното средство. При средна мощност на магистрала от 60 kW и ефективност на редуктора 98.5%, скоростната кутия консумира непрекъснато 0.9 kW. Ако ефективността се подобри до 99.0%, консумацията пада до 0.6 kW - спестяване от 0.3 kW, което при 120 km/h съответства на приблизително 1.5 допълнителни км пробег от батерия от 75 kWh. Тази чувствителност обяснява инвестицията на електромобилната индустрия в: синтетично масло PAO, специално формулирано с добавки EHL за ниско сцепление; изотропно суперфиниширане за минимизиране на триенето от неравности; и прецизно калибрирано количество масло (твърде много масло причинява загуба от разбиване; твърде малко причинява гладуване).
| Параметър на дизайна | Стандартна индустриална спирална предавка | EV редукторна спирална предавка | Защо различно |
|---|---|---|---|
| Клас на точност на зъбите | DIN клас 6–8 | DIN клас 3–5 | K_V контрол при скорост по линията на тангажа 50–70 m/s |
| Повърхностна обработка Ra | 0,4–0,8 µm (земя) | 0,02–0,08 µm (ISF) | Цел за NVH + ефективност (качество на EHL филма) |
| Материал | 20CrMnTi, 42CrMo | 18CrNiMo7-6, 20CrMnTi | Високоциклична умора; студен климат, изискване за Шарпи |
| Релеф на върха C_α | 15–30 µm (общо) | 5–12 µm (прецизност) | NVH: прекомерното облекчение в точката на регенеративно спиране намалява TE |
| Смазка | Минерално трансмисионно масло ISO VG 220 | Нисковискозен PAO VG 75W-90, добавка за ниско сцепление, специфична за електрически автомобили | Ефективност + съвместимост с изолацията на електродвигателя |
| Материал на корпуса | Чугун | Алуминий, лят под високо налягане (ADC12) | Тегло: чугун ≈ 3× по-тежък на обем |
Регенеративно спиране — И двата зъбни края под товар
При регенеративно спиране, електрическият мотор работи като генератор — въртящият момент на колелата задвижва мотора назад, обръщайки въртящия момент през спирална предавка двойка. Това обръщане означава „бреговия“ фланг на спирална предавка (обикновено ненатоварен в режим на задвижване) вече носи пълния спирачен момент. И двата ръба трябва да бъдат специфицирани с един и същ клас на точност и спецификация за облекчаване на върха. Korea Ever-Power специфицира DIN 3967 клас дебелина на зъба gh (стегнат хлабинен ход) за редуктори на електрически превозни средства, като гарантира, че обръщането от задвижващ към инерционен ръб е плавен преход с минимално въздействие върху малкия хлабинен ход.
Korea Ever-Power — Възможност за спираловидна предавка на редуктор за електрически превозни средства
Редуктор за електрически автомобили Ever-Power от Корея спирална предавка производство — HÖFLER CNC шлайфане по DIN клас 4–5, последвано от изотропно суперфиниширане до Ra ≤ 0,06 µm. Анализаторът на зъбни колела проверява както точността на профила, така и дебелината на зъба преди изпращане, като TE кривата е включена в сертификата.
Корея Ever-Power произвежда спираловидни зъбни колела за едноскоростни и многоскоростни редуктори за електрически превозни средства от 18CrNiMo7-6 и 20CrMnTi, цементирани, DIN клас 3–5, Ra ≤ 0,2 µm от шлайфане с HÖFLER и Ra ≤ 0,06 µm след ISF. Параболичното облекчение на върха се изчислява за пълния диапазон на натоварване на електрическия превозен средство (задвижване + регенерация) с компромисната величина, която минимизира TE в най-често срещаната работна точка. Като директен... производител на спирални зъбни колела, Korea Ever-Power предоставя кривата на амплитудата на TE (измерена грешка в предаването спрямо ъгъла на търкаляне) в сертификата на анализатора на зъбни колела — което позволява на екипа за симулация на NVH на OEM да използва действителното TE възбуждане, а не приблизителна стойност по DIN клас. Разгледайте продуктова гама от спирални зъбни колела за електрически превозни средства и високоскоростни прецизни приложения.
Често задавани въпроси
Едностепенно съотношение от 10–14:1 е на границата за стандарт спирална предавка двойка без прекомерен риск от подкосяване на зъбното колело (обикновено се изисква z₁ ≥ 16) — но е постижимо и като едностепенно. Двустепенна конфигурация би постигнала по-висока ефективност на степен (две степени по 99.2% всяка = 98.4% комбинирано, в сравнение с едностепенна при 98.8%), но добавя тегло, обем на маслото и сложност на корпуса. Комплектацията на електрическите превозни средства е изключително стегната — електрическата ос (двигател + скоростна кутия + диференциал в един интегриран модул) има целево тегло от 50–90 кг общо за задвижване с мощност над 150 kW. Едностепенната конструкция спирална предавка Редукторът е за предпочитане, защото двустепенният добавя 5–15 кг и 50–100 мм аксиална дължина, което обикновено е неприемливо при ограниченото разположение на задния мост на пътнически електрически автомобил.
Стандартните зъбни колела на трансмисиите с двигател с вътрешно горене работят при скорости на стъпаловидна линия от 5–25 m/s и обикновено постигат DIN клас 6–7, което е адекватно за контрол на K_V при тези скорости. Редуктор на електрически двигатели спираловидни зъбни колела трябва да работи при скорост на линията на тангажа 40–70 m/s, където K_V за DIN клас 6–7 се повишава до 1,5–2,0 — приемливо за трансмисия с двигател с вътрешно горене, която превключва само под товар за 10 секунди при пикова скорост, но не и за редуктор за електрически превозни средства, който работи непрекъснато с максимална скорост по време на шофиране по магистрала. Стандартните зъбни колела на трансмисията с двигател с вътрешно горене, използвани повторно в електрически превозни средства, също се провалят по отношение на шума, вибрациите и вибрациите (NVH): по-строгата цел за шум в кабината на електрическите превозни средства (30–35 dB(A)) не може да бъде постигната с точност по DIN 6–7 и стандартно шлифовано покритие на повърхността.
Смазочните материали за редуктори на електрически превозни средства трябва едновременно да отговарят на четири ограничения, които си противоречат: (1) нисък вискозитет (VG 75W-90 или по-нисък) за намаляване на загубите от разбиване при 18 000 об/мин; (2) адекватна дебелина на филма EHL при висока скорост (базово масло PAO за нисък коефициент на сцепление); (3) електрическа изолация (без йонни или метални добавки, които биха увеличили проводимостта - важно, защото интегрираният двигател на електрическата ос може да пропуска ток на ниско ниво през маслото към повърхността на зъбното колело, ако е проводима); (4) съвместимост с медни сплави в диференциала. Стандартните трансмисионни масла GL-5 не отговарят на изискването (3); стандартната ATF не отговаря на изискването (2). Производителите на електрически превозни средства (OEM) посочват специални течности за електрически превозни средства, отговарящи на стандартите JASO M369 или патентовани стандарти на OEM, които отговарят на всичките четири ограничения. Редуктор за електрически превозни средства на Korea Ever-Power спираловидни зъбни колела са проектирани да работят с тези специализирани течности за електрически оси с нисък вискозитет и ниско сцепление.
При 100 км/ч, редуктор на електрически превозни средства с i = 11,2:1 и z₁ = 20 има скорост на зъбното колело от 3600 об/мин и честота на зацепване от 1200 Hz — натрупвайки 1200 × 3600/мин × 100 000 км/160 км/ч = приблизително 4,5 × 10⁹ контактни цикъла за 200 000 км живот на превозното средство. Това е режим на много висока циклична умора (VHCF, отвъд референтния брой цикли по ISO 6336 от 3 × 10⁶). Електромобилът спирална предавка трябва да бъде проектиран за границата на издръжливост на VHCF (по същество плоската част на SN кривата над ~10⁸ цикъла), а не само за референтната стойност 3 × 10⁶ цикъла. За карбуризирани зъбни колела 18CrNiMo7-6, σ_H lim при 10⁹ цикъла е приблизително 5–10% под референтната стойност 3 × 10⁶ - умерено намаление, което е обхванато от стандартния коефициент на живот Y_N по ISO 6336. Korea Ever-Power прилага корекцията Y_N за общия брой цикли на приложение за електрически превозни средства в изчислението по ISO 6336.
Спецификация на спиралната предавка на EV редуктора
Предоставете максималните обороти на двигателя, предавателното число, изходния въртящ момент, целевия NVH (шум, вибрации и вибратори) и обхвата на опаковката. Korea Ever-Power посочва модул, брой зъби, DIN клас, облекчение на върха и ISF изискване — с TE крива в сертификата на анализатора на зъбни колела за входните данни за NVH симулация.
DIN клас 3–5 · ISF Ra ≤ 0,06 µm · TE крива · Регенерирани странични части на зъбите · 18CrNiMo7-6 · VHCF рейтинг · MOQ 1 брой
Редактор: Cxm
