Архитектура једнобрзинског редуктора за електрична возила — Зашто један степен спиралног зупчаника
Погонски склоп електричног возила на батерије повезује електромотор директно са погонским точковима путем једностепеног преноса спирални зупчаник редуктор и диференцијал. За разлику од мењача мотора са унутрашњим сагоревањем са преносним односима од 6 до 10 за одржавање мотора у уском опсегу снаге, електрични мотор испоручује свој максимални обртни момент од нуле обртаја — није потребно мењање брзина. Једноструки преносни однос је изабран да би се уравнотежила максимална брзина са вучом при малој брзини:
Избор преносног односа:
Максимална брзина возила v_max = 200 km/h; радијус котрљања гума r = 0,33 m
Потребна брзина точка: n_точак = v_max / (2π × r × 60/1000) = 200.000 / (2π × 0,33 × 60) = 1.607 обртаја у минути
Ако је максимална брзина мотора n_мотор = 18.000 обртаја у минути:
Једностепени преносни однос i = n_мотор / n_точак = 18.000 / 1.607 ≈ 11,2:1
Типични односи редуктора за електрична возила: 8:1 до 14:1 (једностепени спирални зупчаник пар)
Овај једностепени однос захтева спирални зупчаник зупчаник са z₁ обично 16–22 зубаца и точак са z₂ = 150–250 зубаца — точак са великим бројем зубаца који је изазовно произвести према DIN класи 4–5 јер тачност профила на зупчанику великог пречника захтева дуже време брушења и пажљивије управљање температуром током брушења.
Изазов велике брзине — Зашто KV на 18.000 обртаја у минути управља свиме
Динамички фактор K_V у ISO 6336 објашњава додатну силу зупчастог захвата генерисану од стране спирални зупчаник сопствена грешка преноса пара која побуђује систем на фреквенцији мреже. K_V снажно зависи од брзине — драматично расте изнад приближно 5 m/s брзине на линији тачке за ниже DIN класе тачности:
| Брзина линије таласа | DIN класа 8 K_V | DIN класа 6 K_V | DIN класа 4–5 K_V | Последица за оцену опреме |
|---|---|---|---|---|
| 5 м/с (индустријски) | 1,20–1,35 | 1,10–1,18 | 1,04–1,07 | Све класе су прихватљиве |
| 15 м/с (брза индустријска) | 1,60–1,95 | 1,25–1,40 | 1,06–1,10 | ДИН 8 неприхватљив; Потребан ДИН 5+ |
| 35 м/с (EV: ~10.000 обртаја у минути, M3, d=60 мм) | 2,5–3,5+ | 1,50–1,80 | 1,08–1,14 | ДИН 8 неупотребљив; ДИН 6 маргинални; ДИН 4–5 суштински |
| 60 м/с (EV: ~18.000 обртаја у минути, M3, d=60 мм) | >4.0 (неупотребљиво) | 2,0–2,5+ | 1,10–1,18 | Само DIN класа 4–5 обезбеђује прихватљиву KV вредност за спирални зупчаник електричних возила |
При 18.000 обртаја у минути са M3 и z₁ = 20 (d₁ = 64 mm), брзина на линији корака v = π × 0,064 × 18.000/60 = 60,3 m/s. При овој брзини, DIN класа 8 обрађена глодачем спирални зупчаник генерише K_V > 4,0 — што значи да је динамичка сила мреже 4× већа од статичке пренете силе. Ово није казна од 4× већа од ефикасности; то је повећање од 4× силе зубаца која се користи у прорачуну чврстоће зупчаника — што захтева да зупчаник буде димензионисан као да преноси 4× стварни обртни момент. Насупрот томе, DIN класа 4–5 са K_V ≈ 1,12 дозвољава да зупчаник буде димензионисан само за 12% изнад статичког оптерећења — смањење потребне величине зупчаника за фактор 3,5 у поређењу са DIN класом 8. Због тога је EV спирални зупчаник Прецизно брушење према DIN класи 4–5 није опционо: то је једини пут до зупчаника који је истовремено довољно лаган и довољно јак.
NVH захтеви — Кабина електричног возила је тиха просторија
Редуктор електричних возила спирални зупчаник — Прецизно брушено по DIN класи 4–5 са параболичким рељефом врха (C_α = 5–12 µm) и изотропном суперфинишном обрадом (Ra ≤ 0,05 µm). Комбиновани резултат: грешка преноса испод 2 µm на кругу корака и допринос зупчаника буци у кабини испод 30 dB(A), што испуњава NVH циљеве возила без маскирајуће буке мотора са унутрашњим сагоревањем
Зашто је вибрације и вибрације код електричних возила теже него вибрације код аутомобилских мотора са сгорећеним мотором
Мотор са унутрашњим сагоревањем (МУС) производи широкопојасни ниво буке од приближно 55–70 dB(A) у кабини возила при брзини на аутопуту — што маскира зујање зупчаника из мењача. Фреквенција мреже (z × RPM / 60) се губи у буци МУС-а. У електричном возилу на батерије, МУС је одсутан: акустични ниво у кабини при брзини од 100 km/h пада на 40–50 dB(A). Редуктор електричног возила спирални зупчаник фреквенција мреже зупчаника — на пример, z₁ = 20, 3.600 обртаја у минути при 100 km/h → фреквенција мреже = 1.200 Hz — сада се јасно чује као тонално звиждање јачине 45–50 dB(A) без NVH контрамера. Циљеви NVH вредности произвођача електричних возила за допринос мреже зупчаника су обично испод 30–35 dB(A) на нивоу возачевог уха.
Изотропна суперфинишна обрада — више од стандардног брушења
Стандардно ХЕФЛЕР-ово генеришуће брушење постиже Ra = 0,2–0,4 µm на спирални зупчаник бочна страна зуба. Редукторски зупчаници EV додатно користе изотропну суперфинишинг (ISF) — хемијски убрзани вибрациони процес масовне завршне обраде који равномерно уклања врхове брушења са свих оријентација површине, постижући Ra = 0,02–0,08 µm без икаквих трагова брушења у правцу усмеравања. Предност NVH: свако смањење Ra од 50% смањује буку зупчаника за приближно 2–3 dB(A), јер финија површина повећава однос EHL филма λ и смањује побуђивање контакта са храпавостима.
Стандардни спирални зупчаник за електрична возила са уземљењем: Ra = 0,2–0,3 µm → допринос буци мреже ~42 dB(A) основна вредност
Након изотропне суперфинишне обраде: Ra = 0,03–0,06 µm → допринос шуму мреже ~35–38 dB(A) — типично побољшање од 5-7 dB(A)
Ефикасност и домет — сваких 0,1% је важно
Редуктор електричних возила спирални зупчаник Ефикасност директно утиче на домет возила. При просечној снази на аутопуту од 60 kW и ефикасности редуктора од 98,5%, мењач континуирано троши 0,9 kW. Ако се ефикасност побољша на 99,0%, потрошња пада на 0,6 kW — уштеда од 0,3 kW која при брзини од 120 km/h одговара приближно 1,5 додатних км домета са батеријом од 75 kWh. Ова осетљивост објашњава улагање индустрије електричних возила у: PAO синтетичко уље посебно формулисано са EHL адитивима за ниско приањање; изотропну суперфинишну обраду ради минимизирања трења храпавости; и прецизно калибрисану количину уља (превише уља узрокује губитак услед мешања; премало узрокује гладовање).
| Параметар дизајна | Стандардни индустријски спирални зупчаник | Спирални зупчаник редуктора за електрична возила | Зашто другачије |
|---|---|---|---|
| Класа тачности зуба | DIN класа 6–8 | DIN класа 3–5 | K_V контрола при брзини на линији таласа од 50–70 m/s |
| Површинска завршна обрада Ra | 0,4–0,8 µm (тло) | 0,02–0,08 µm (ISF) | Циљ NVH + ефикасност (квалитет EHL филма) |
| Материјал | 20CrMnTi, 42CrMo | 18CrNiMo7-6, 20CrMnTi | Високоциклични замор; хладна клима Шарпијев захтев |
| Рељеф врха C_α | 15–30 µm (генерално) | 5–12 µm (прецизност) | NVH: прекомерно растерећење на тачки регенеративног кочења смањује TE |
| Мазиво | Минерално уље за мењаче ISO VG 220 | PAO VG 75W-90 ниског вискозитета, адитив за ниско приањање специфичан за електрична возила | Ефикасност + компатибилност са изолацијом електромотора |
| Материјал кућишта | Ливено гвожђе | Ливени алуминијум под високим притиском (ADC12) | Тежина: ливено гвожђе ≈ 3× теже по запремини |
Регенеративно кочење — оба бока зубаца под оптерећењем
При регенеративном кочењу, мотор електричног возила ради као генератор — обртни момент точка покреће мотор уназад, преокрећући обртни момент кроз спирални зупчаник пар. Овај обрт значи „обални“ бок спирални зупчаник (нормално неоптерећен у режиму погона) сада носи пуни кочиони момент. Оба бока морају бити специфицирана за исту класу тачности и спецификацију за растерећење врха. Korea Ever-Power специфицира DIN 3967 класу дебљине зуба gh (узак зазор) за редукторе електричних возила, осигуравајући да је преокрет са погонског на бочни зазор глатки прелаз са минималним утицајем на мали зазор.
Кореја Евер-Пауер — Могућност спиралног зупчаника за електрична возила
Корејски Ever-Power електрични редуктор спирални зупчаник производња — HÖFLER CNC брушење по DIN класи 4–5, након чега следи изотропна суперфинишна обрада до Ra ≤ 0,06 µm. Анализатор зупчаника проверава и тачност профила и дебљину зуба пре испоруке, а TE крива је укључена у сертификат
Кореја Евер-Пауер производи спирално сечени зупчаници за једнобрзинске и вишебрзинске редукторе за електрична возила од челика 18CrNiMo7-6 и 20CrMnTi, цементираних, DIN класе 3–5, Ra ≤ 0,2 µm добијених брушењем HÖFLER и Ra ≤ 0,06 µm након ISF-а. Параболично растерећење врха је израчунато за пун опсег оптерећења електричног возила (погон + регенерација) са компромисном величином која минимизира TE у најчешћој радној тачки. Као директан произвођач спиралних зупчаникаКореа Евер-Пауер пружа криву амплитуде ТЕ побуђивања (измерена грешка преноса у односу на угао котрљања) на сертификату анализатора зупчаника — омогућавајући тиму произвођача оригиналне опреме за симулацију NVH да користи стварно ТЕ побуђивање уместо процењене вредности DIN класе. Прегледајте асортиман производа са спиралним зупчаницима за електрична возила и прецизне примене велике брзине.
Често постављана питања
Једностепени однос од 10–14:1 је на граници за стандард спирални зупчаник пар без прекомерног ризика од подрезања зупчаника (типично је потребно z₁ ≥ 16) — али је то могуће постићи као једностепени. Двостепени аранжман би постигао већу ефикасност по степену (два степена са по 99,2% = 98,4% комбиновано, у односу на једностепени са 98,8%), али додаје тежину, запремину уља и сложеност кућишта. Паковање електричног возила је изузетно чврсто — електрична осовина (мотор + мењач + диференцијал у једној интегрисаној јединици) има циљану тежину од 50–90 кг укупно за погонски склоп од 150 kW+. Једностепени спирални зупчаник Редуктор је пожељнији јер двостепени додаје 5–15 кг и 50–100 мм аксијалне дужине, што је обично неприхватљиво код ограниченог простора на задњој осовини путничког електричног возила.
Стандардни зупчаници мењача са моторима са унутрашњим сопственим горивом раде при брзинама на линији корака од 5–25 m/s и обично постижу DIN класу 6–7, што је адекватно за K_V контролу при тим брзинама. Редуктор електричних возила спиралних зупчаника мора да ради при брзини на линији тангажа од 40–70 m/s где K_V за DIN класу 6–7 расте на 1,5–2,0 — прихватљиво за мењач са мотором са унутрашњим сагоревањем који мења брзине само под оптерећењем током 10 секунди при максималној брзини, али не и за редуктор електричног возила који континуирано ради при максималној брзини током вожње аутопутем. Стандардни зупчаници мењача са унутрашњим сагоревањем који се поново користе у електричном возилу такође не успевају у погледу шумског и вибрационог ефекта (NVH): строжији циљ буке у кабини електричног возила (30–35 dB(A)) не може се испунити са тачношћу DIN 6–7 и стандардном завршном обрадом површине брушења.
Мазива за редукторе електричних возила морају истовремено да задовоље четири ограничења која су међусобно у супротности: (1) ниска вискозност (VG 75W-90 или нижа) за смањење губитака мешања при 18.000 о/мин; (2) одговарајућа дебљина EHL филма при великој брзини (PAO базно уље за низак коефицијент вуче); (3) електрична изолација (без јонских или металних адитива који би повећали проводљивост - важно јер интегрисани мотор електричне осовине може да пропушта струју ниског нивоа кроз уље до површине зупчаника ако је проводљива); (4) компатибилност са легурама бакра у диференцијалу. Стандардна GL-5 уља за зупчанике не испуњавају захтев (3); стандардни ATF не испуњава захтев (2). Произвођачи оригиналне опреме за електрична возила специфицирају наменске течности за електричне осовине које испуњавају JASO M369 или стандарде произвођача оригиналне опреме који задовољавају сва четири ограничења. Редуктор електричних возила компаније Korea Ever-Power спиралних зупчаника су дизајнирани да раде са овим наменским течностима за електричне осовине ниског вискозитета и ниског приањања.
При брзини од 100 км/х, редуктор електричног возила са i = 11,2:1 и z₁ = 20 има брзину вратила зупчаника од 3.600 обртаја у минути и фреквенцију мреже од 1.200 Hz — акумулирајући 1.200 × 3.600/мин × 100.000 км/160 км/х = приближно 4,5 × 10⁹ контактних циклуса током животног века возила од 200.000 км. Ово је режим веома високог циклусног замора (VHCF, изнад референтног броја циклуса од 3 × 10⁶ по ISO 6336). Електромобил спирални зупчаник мора бити пројектован за границу издржљивости VHCF (у суштини равни део SN криве изнад ~10⁸ циклуса), а не само за референтних 3 × 10⁶ циклуса. За карбуризоване зупчанике од 18CrNiMo7-6, σ_H lim на 10⁹ циклуса је приближно 5–10% испод референтне вредности 3 × 10⁶ — скромно смањење које је покривено стандардним фактором животног века Y_N према ISO 6336. Korea Ever-Power примењује корекцију Y_N за укупан број циклуса примене електричних возила у прорачуну према ISO 6336.
Спецификација спиралног зупчаника редуктора EV
Наведите максимални број обртаја вашег мотора, преносни однос, излазни обртни момент, циљани NVH и оквир паковања. Korea Ever-Power наводи модул, број зубаца, DIN класу, рељеф врха и ISF захтев — са TE кривом на сертификату анализатора зупчаника за ваш NVH симулациони улаз.
DIN класа 3–5 · ISF Ra ≤ 0,06 µm · TE крива · Регенерисани бочни делови зуба · 18CrNiMo7-6 · VHCF оцена · MOQ 1 комад
Уредник: Cxm
