新能源减速机呼吸系统研究

2018-05-31张广杰田联明

时代汽车 2018年4期

张广杰田联明

株洲齿轮有限责任公司湖南省株洲市 412000

1 引言

随着社会的进步，国家越来越重视生态环境，为了减少环境污染，国家政策大幅向新能源汽车倾斜，使得新能源车辆得到快速发展。新能源汽车主要靠电机驱动，而电机的转速相对传统发动机来说高得多，并且速度还在不断增加，现在国内常用的电机转速已经达到12000rpm。由于电机的高转速，给与其配套的减速机带来了许多前所未有的挑战，其中一个主要的问题就是减速机的呼吸系统，即通汽阀的设计。

2 漏油原因分析及后果

由于减速机一般要求结构简单和轻量化，内部空间非常紧凑，且通常不采取主动冷却和润滑，使得高转速时减速机内部温度快速增加，压力急速上升，润滑油非常容易起泡，并且雾化，在高压的作用下快速冲开通汽阀，润滑油和热蒸汽一起排出，造成润滑油泄露。润滑油的起泡和泄露都会对减速机的正常运行造成严重的不良后果。

减速机用润滑油规格通常为GL-4 75W/90或DEXRON VI，起泡温度一般在24℃，特殊处理的润滑油起泡温度可达90℃，如表1所示[1]。但高速减速机的温度很容易就达到100℃以上，尤其是夏季，温度更高。

润滑油起泡和泄露主要有以下危害[2-3]：①增大润滑油的体积，溢出箱体，造成油料流失或带来着火等不安全因索；②影响油膜的形成和有效油膜厚度，造成齿轮和轴承的润滑不良甚至烧死；③油中含有的大量空气影响到润滑油的冷却作用和对机械的散热效果；④增大润滑油与空气接触面积，加速油品的氧化变质。

3 案例及解决问题思路

以我司一款新能源减速机为例，该产品最大输入扭矩230Nm，最高转速12000rpm，利用creo建的三维模型，如图1所示。

该产品结构非常紧凑，内部空间狭小，有四升油量的空间，为满足润滑需要并考虑到传动效率，需保证至少两升有效油量。由于转速较高，油温迅速上升，气压增加，根据测试和计算，内部气压在达到50～100kpa。通气阀的压力[4]通常在5～10kpa，如果润滑油始终维持在液体状态，当内部压力达到通气阀压力时，通气阀会打开释放压力，维持内外压力平衡。现在，由于温度过高，润滑油产生大量气泡，并且处于油雾状，体积膨胀了3倍左右，所以，通过通气阀排出的不仅仅是热空气，里边还有润滑油。在此，我们借助于Preonlap流体分析软件进行了模拟，如图2所示。

图1 减速机外形图

图2 高速运转下的油雾情况

为了防止润滑油泄露，需外接两米长的软管，由于空间限制，从减速机排汽孔引出后，需在底盘的另一侧通过绑扎固定，安装非常困难，如图3所示。

图3 未优化之前装车效果

图4 油汽分离原理

要想排出的只是热空气，必须对油雾进行冷却。首先想到的措施是采用迷宫结构，然而，由于内部压力，温度基本一致，在内部设计迷宫并不能很有效地降低油温。在外部设计迷宫，路线太短，效果不明显，并且回油困难，如果路线太长，又会占用太大空间。

为此，考虑到减速机的整体结构，我们认为，可以利用轴承运转过程中滚动体的离心力[5]进行油气分离，结合内部迷宫，达到最终的目的，如图4所示。箱体内的高温润滑油雾在压力作用下，进入轴承，轴承的滚动体快速转动，在离心力的作用下，使得大部分油汽进行分离，剩下的油汽混合物通过内部的迷宫进一步分离后进入排汽管，在风冷的作用下冷却回流，最后，只有热空气冲开通汽阀排出箱体外。