滾珠絲杠在新能源減速器換擋系統的開發應用

梁學禮

摘要：新能源汽車未來發展方向為多擋化，因此換擋系統開發方案在新能源電驅動系統中至關重要。文中主要介紹了用換擋電機驅動滾珠絲杠來實現新能源減速器換擋的創新開發應用，滾珠絲杠換擋具有高效率、高精度、高承載、壽命長等優勢，大大提升產品競爭力。

關鍵詞：滾珠絲杠;換擋;高效率;高精度

中圖分類號：TH12

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）02-0053-02

0引言

目前新能源汽車發展迅速，為了兼顧整車的動力性和經濟性，兩擋或多擋化成為發展趨勢。而目前新能源減速器的換擋方案受限空間布置、性能目標和成本控制等影響，很難做到一個完美的換擋方案。

1現狀新能源換擋系統的難題，

現狀新能源減速器換擋系統參考傳統AMT和DCT換擋方案，電機驅動+同步器執行是最經濟可行的方案。但是中間的換擋執行方案如：渦輪蝸桿、梯形螺桿等，但是它們都有統一的弊端：傳動效率低，系統損失大，不利于換擋性能提升。

2滾珠絲杠在新能源換擋系統應用

滾珠絲杠成熟應用于工業機床、導軌、機器人等工業行業。它能將旋轉運動和直線運動巧妙的互逆轉化，恰好也是換擋系統所必須的。在換擋系統中，它將換擋電機的旋轉運動轉化成螺母的直線運動，將換.擋電機的扭矩轉換成螺母的軸向推力，帶動撥叉軸向運動，從而準確、快速完成換擋動作。

2.1滾珠絲杠的結構、材料和工藝

組成結構：滾珠絲杠副由螺母、回流器、螺桿、滾珠組成，如下圖所示：

螺紋結構：哥德式螺紋，這種結構具有尖形拱門、肋狀拱頂特點，法向截形是雙圓弧形，使鋼珠與溝槽能有最佳接觸以便輕易運轉。

（1）螺桿材料：42CrMoS4+高頻淬火或S55C+中頻淬火，硬度58-62HRC，層深1-2mm。

工藝：分軋制和磨削兩種，具體如下。

根據精度要求，換擋系統采用軋制絲杠滿足要求（2）螺母：材料：42CrMoS4+淬火（淬透）或SCM420H+中頻淬火，硬度58-62HRC，層深1-2mm。

工藝為機加工+磨削螺紋。

（3）回流器：粉末冶金燒結成型[3]。

2.2選型設計

（1）導程及旋向選擇：根據換擋電機的扭矩T和所需提供軸向力F，初算導程L=T*2π*η/F（mm），導程越小，驅動力后備系數越大，同時核算換擋時間是否滿足要求，兼顧耐久性，工藝性和成本，來綜合選擇一個最優的導程。

（2）直徑選擇：根據載荷譜用軟件校核不同直徑的強度，選擇適當直徑的絲杠。

（3）結構設計

①槽口設計：

a與電機軸徑向間隙盡可能小，減小換擋空行程;

b槽口底部加工圓角，避免應力集中;

c控制槽口配合硬度，防止頻繁沖擊變形。②與軸承、油封配合位設計

參考軸承及油封廠家精度要求設計;

油封位控制硬度≥20HRC[3];

③螺母匹配設計

a螺母根據強度要求設計滿足要求的回流器數量b回流器布置選擇內循環，減小布置空間

c螺母外緣根據撥叉接口做匹配聯接設計

2.3安裝使用注意事項

①使用環境要保證充足的潤滑;

②螺母應在有效行程內運動，必要時要在行程兩端配置限位，以免螺母越程而使滾珠脫落;

③滾珠絲杠副不能自鎖，避免在垂直方向傳動，如必須使用，考慮增加鎖止裝置;

④滾珠絲杠副主要承受軸向負荷，盡量減小徑向力或彎矩，否則會使滾珠絲杠副壽命迅速衰減。

2.4試驗及試后分析

（1）試驗方案：根據實車換擋載荷譜要求可以進行零件單體試驗或進行減速器總成試驗，零件單體試驗必須保證油品和油量潤滑與整箱效果相同;

（2）試后分析：

①確認滾珠絲杠副試后是否運轉靈活是否卡滯;②確認絲杠槽口是否產生斷裂、壓痕或磨損;

③確認螺紋副及鋼球是否異常磨損或點蝕;

④確認回流器是否完好無損;

⑤檢測絲杠試后的軸向間隙，是否超出上限值。

3結束語

滾珠絲杠在新能源換擋系統的應用解決了系統效率低的問題，并且大大提高了換擋系統的換擋性能和可靠性，相信在不久的將來，滾珠絲杠必然在新能源換擋系統大量應用，中國的新能源市場必定出現更多新的景象。

參考文獻

[1]孫桓.機械原理[D].北京：高等教育出版社，2013

[2]文九巴.機械工程材料[D].北京：機械工業出版社，2002

[3]范悅.工程材料與機械制造基礎[D].北京：航空工業初版社，1997