基于热网络法的电动车高速差减齿轮箱热平衡分析

发布时间：2020-05-11 11:48

【摘要】：本文所研究的电动车高速差减齿轮箱传动系统是电机将动力输出、通过减速器以及差速器组合的齿轮箱进行减速增扭,驱动汽车正常行驶。由于电动车差减齿轮箱体积小、集成度高,转速达12000r/min,且散热面积小、传热、导热条件恶劣,高速运转导致箱内部件温度升高较快,长时间运转极易使得箱内齿轮、轴承等核心部件发生胶合失效、以及油池内润滑油发生分解变质等一系列严重后果,因此对该款电动车高速差减齿轮箱传动系统进行热平衡分析就显得尤为必要,通过研究分析其传动系统内各个部件在不同工况下的温度场分布规律情况,对今后齿轮箱的热特性设计具有重要的指导意义与工程价值。论文的主要内容包括:(1)通过分析电动车差减齿轮箱传动系统的结构特点与传动原理,根据机械设计相关设计方法及理论知识,对电动车差减速齿轮箱的核心零部件如轴承、齿轮等进行了对应的受力分析与计算。(2)基于摩擦损失相关原理建立了电动车差减速齿轮箱传动系统主要产热源啮合齿轮、轴承摩擦功率损失计算模型与零部件之间的传热、对流换热热阻计算模型。对于齿轮啮合功率损失计算模型,从滑动摩擦功率损失、滚动摩擦功率损失、搅油功率损失以及风阻功率损失四中形式分别建立对应的数学计算模型;对于轴承摩擦功率损失模型,根据轴承类型的不同,研究了深沟球轴承、圆锥滚子轴承以及滚针轴承的摩擦力矩计算方法,从而建立对应的轴承摩擦功率损失模型。根据传热、导热学相关理论及热阻理论,研究得到齿轮、轴承、箱体等核心部件与润滑油及空气润滑剂接触的传热和对流换热系数,从而建立电动车差减齿轮箱传动系统各零部件的热阻计算分析模型。(3)研究分析电动车差减齿轮箱内热量传递路径,依据该款齿轮箱的结构特点,进行节点划分并建立齿轮箱的热网络模型。建立电动车差减速齿轮箱的热网络模型,列出对应温度节点的热平衡方程,通过MATLAB编程进行辅助求解,得到电动车高速差减齿轮箱传动系统在各个工况条件下的所有温度节点的稳态温度值及分布规律,当齿轮箱运转一定时间后,齿轮箱与外界的热交换达到平衡,各温度节点的温度值都分别达到稳定。(4)通过考虑不同浸油深度对齿轮箱热平衡的分析,浸油深度过高,将增加齿轮的搅油功率损失,热功率损失增加,浸油深度过低,齿轮副之间、轴承之间由于润滑不足,摩擦产生的热量不能得到及时的散热,导致电动车齿轮箱温度升高;分析不同运动粘度的润滑油对电动车差减齿轮箱热平衡温度及平衡时间的影响,分别计算获取齿轮、轴承等关键节点的稳态温度场,为电动车差减齿轮箱的热平衡设计提供理论指导。
【图文】：

碳排放量,世界各国,占比

可以说目前大气污染的主要来源之一就是交通运内生产总值与生产能力的提高，我国汽车保有量还在世界主要汽车消费国。随着我国汽车保有量的逐年增源消耗也在逐年增加，不可避免，汽车的尾气排放量油资源的消耗也逐年增大，如图 1-1，美国在 2012 年化碳排放量的数据统计中国成为了世界上二氧化碳排尾气排放对环境的污染，各个国家均采取一系列的减G20 汉堡峰会上在关于气候变化这一话题上，全球许实现《巴黎协定》而共同努力，部分国家已经率先宣国家政策施行时间如表 1-1 所示。面对能源危机与环境，新能源汽车以电力、燃料电池和太阳能等为动力替内燃机，大大缓解了石油资源短缺的问题[4][5][6]。另外、柴油为动力而采用电机拖动，在未来的行驶过程中，甚至做到零污染、零排放。

乘用车,新能源,产销量

图 1.2 近年来新能源汽车产销量Fig1.2 New energy vehicle production and sales in recent years2012年销量2013年销量2014年销量2015年销量2016年销量2017年销量2018E 2019E 202产量（万辆） 1.28 1.76 7.85 34.05 51.65 60.25 85 110 12销量（万辆） 1.26 1.75 7.48 33.11 50.66 59.35 85 110 12增速（百分比） 36% 39% 300% 326% 53% 18% 43% 29% 9%020406080100120140
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】