某電驅減速器傳動效率分析

楊微　許剛

摘 要：隨著新能源汽車在國內汽車市場滲透率的不斷提升，驅動系統的效率也逐步提升。減速器作為車輛傳動系統的重要部件，在車輛運行過程中，復雜的驅動工況對減速器的理想工作區直接產生沖擊，從而直接影響減速器的傳動效率，直接影響車輛的工作效率和經濟效率。本文以某電驅減速器為研究對象，通過軟件建立系統模型，以此來研究內外因素，對減速器傳動效率的影響，在研發早期即完成各參數對效率的影響，從而使系統效率處于最優區間，同時對后續不同工況下減速器傳動效率的臺架測試進行相應的指導。

關鍵詞：傳動效率 減速器 內外因素

1 引言

隨著電動汽車技術的日益成熟，電動汽車的核心零部件-動力系統技術也進入了快速發展期，為了進一步提升電動汽車的市場競爭力，車輛的動力特性和能效特性的進一步提升是目前急需解決的重要問題，而減速器作為車輛傳動系統的關鍵零部件，減少減速器的能量損耗尤為重要，較少的能量損耗意味著較高的傳動效率，減速器的傳動效率是指減速器系統從輸入端到輸出端有效轉化的能量或扭矩的比例[1]。影響減速器的傳動效率因素很多，主要有齒輪嚙合傳動效率的損失、齒輪攪動潤滑油的損失及軸承摩擦損失及密封件的摩擦損失等，除此之外，不同的工況，對減速器的傳動效率也有影響，如減速器的輸入扭矩、轉速及油溫等。

2 傳動效率的影響因素

通常情況下，傳動效率的影響有內在因素和外在因素，內在因素主要由減速器內部的零件的結構、加工精度和裝配誤差引起[3]，體現在齒輪嚙合損失、齒輪的攪油損失、軸承和油封的摩擦損失，外在因素主要有減速器的輸入扭矩、轉速、減速器的油溫等影響因素。

傳動效率為總輸入功率與總損失功率的差值與總輸入功率的比值[2]，計算公式如下：

η-

P--總輸入功率，KW

Pg--齒輪的嚙合功率損失，KW

Pb--軸承的摩擦功率損失，KW

Pj--攪油損失，KW

Ps--油封摩擦功率損失，KW[3]

在相同的動力情況下，傳動效率越高，能耗損失越少，傳遞到車輛上的動力越高，其經濟性能也越高，傳動效率越低，能耗損失越高，不僅影響車輛的動力性能和經濟性能，能耗損失高，還會使得減速器潤滑油的溫度升高，從而影響減速器內部零件的工作壽命。

3 模型建立

本文以兩級傳動的減速器為研究對象，為了更加準確地分析減速器的傳動效率，用軟件建立系統模型，如圖1，此模型未考慮密封件，忽略油封的摩擦損失，分析在轉速或扭矩不變情況下，軸承、齒輪嚙合損失及攪油損失的能耗[4]，以及通過扭矩、轉速及油溫的變量，來研究扭矩、轉速、油溫對該減速器的傳動效率的影響。

4 內在因素的影響

油溫設置為80℃，油液高度離輸入中心22mm。常用扭矩200N.m分析轉速1000rpm至15000rpm下，軸承、齒輪嚙合損失及攪油損失的能耗的變化，如圖2所示。常用轉速6000rpm，分析扭矩40N.m至400N.m下，軸承、齒輪嚙合損失及攪油損失的能耗的變化，如圖3所示。

從圖2可知，隨著轉速的增加齒輪嚙合功率損耗快速增加，軸承和攪油功率損失增加較為緩慢，從圖3可知，隨著扭矩的增加齒輪嚙合功率損耗快速增加，軸承功率損失增加較為緩慢，攪油功率損耗與扭矩的大小無關，總體上攪油損耗影響最小。

5 外在因素的影響

5.1 轉速、油溫對傳動效率的影響

常用扭矩200N.m，油溫設置為80℃，油液高度離輸入中心22mm，分析轉速1000rpm至15000rpm下，不同的轉速變化對傳動效率的影響，如圖4所示。

由上可以看出，轉速5000rpm至13000rpm區間內，效率最高，在200N.m扭矩下，傳動效率隨著轉速的增加先增大，再保持穩定后，隨后略有下降，最大效率為97.9%。

下面我們來分析不同的油溫下，轉速變化，傳動效率的變化趨勢。油溫分別為20℃、60℃、80℃、120℃時，傳動效率的變化如下圖5所示。

由圖５可以看出，不同的油溫對轉速的影響不同，油溫20℃時，隨著轉速的上升效率呈下降趨勢，油溫60℃和80℃溫度下，傳動效率先增加，趨于穩定后呈下降趨勢，在油溫80℃下，傳動效率穩定的轉速區域范圍較大，在油溫120℃時，隨著轉速上升，傳動效率呈上升趨勢，隨后在7000rpm以上，傳動效率趨于穩定后無下降趨勢，在該工況下，油溫對傳動效率的影響是正向的，不同油溫下，低轉速時，傳動效率均為該油溫下最低效率。

5.2 扭矩、油溫對傳動效率的影響

常用轉速6000rpm，油溫設置為80℃，油液高度離輸入中心22mm，分析扭矩40N.m至400N.m下，不同的扭矩變化對傳動效率的影響，如圖6所示。

由圖6可以看出，扭矩90N.m至240N.m區間內，效率最高，在6000rpm下，正驅動時，傳動效率隨著扭矩的的增加先增大，保持穩定后，隨后略有下降的趨勢，最大效率為97.9%。

下面我們來分析不同的油溫下，扭矩變化，傳動效率的變化趨勢。油溫分別為20℃、60℃、80℃、120℃時，傳動效率的變化如下圖7所示。

由上可以看出，不同的油溫對扭矩的影響趨勢基本一致，隨著扭矩的增加，傳動效率先上升，后基本趨于穩定，但在油溫20℃，傳動效率普遍較低，不同油溫下，在低扭矩時，傳動效率均為該油溫下最低效率。

5.3 轉速、扭矩對傳動效率的影響

油溫設置為80℃，油液高度離輸入中心22mm，分析扭矩40N.m至400N.m，轉速1000rpm至15000rpm，最大功率300KW下，不同的扭矩、轉速變化對傳動效率的影響，摘選部分扭矩和轉速處的傳動效率，如表1所示。

由表１可看出，低傳動效率在低扭矩高轉速區間，低轉速和高扭矩區間的傳動效率也較低，從表中的數據可以看出，低扭矩的轉速區間，傳動效率在扭矩40N.m，轉速15000rpm時效率最低，為95.9%，高傳動效率區基本分布在扭矩160N.m至400N.m，轉速5000rpm至11000rpm區間范圍內。

6 結論

由以上分析可知，傳動效率在內因一定的情況下，也受外在因素的影響，在常用扭矩下，傳動效率隨轉速的上升，先增大，再保持穩定，隨后略有下降，此時較低的油溫對傳動效率呈負面影響，油溫在60℃至120℃間，傳動效率的變化趨勢基本一致，油溫80℃到120℃間，傳動效率較為理想；而在常用轉速下，傳動效率隨著扭矩的增加先增大，再保持穩定，隨后略有下降，較低的油溫對傳動效率同樣呈負面影響，油溫在60℃至120℃間，傳動效率的變化趨勢基本一致，油溫80℃到120℃間，傳動效率較為理想。同時在理想油溫80℃下，得到了高傳動效率區基本分布的轉速和扭矩區間。

利用軟件進行建模仿真分析，研究轉速、扭矩、油溫對傳動效率的影響，能夠大大縮短研發時間，為減速器的傳動效率提供數據支持，同時可對臺架試驗一定的指導參考。

參考文獻：

[1]王宇航.變速器傳動效率影響因素分析及優化[J]，裝備制造技術.2023（7）：220-223.

[2]李庚.某微型汽車機械式變速器傳動效率分析與研究[D].武漢：武漢理工大學，2017.

[3]回春.機械式變速器傳動效率分析與測試研究[D].武漢：武漢理工大學，2016.

[4]電動汽車用減速器傳動效率分析與實驗研究[J]，高技術通訊.2023 （33）：221-230.