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原文传递面向效率的高速电驱动系统传动装置润滑特性分析与优化

论文题名：	面向效率的高速电驱动系统传动装置润滑特性分析与优化
关键词：	新能源汽车;电驱动系统;传动装置;功率损失;润滑特性;传动效率
摘要：	新能源汽车是汽车未来发展的主要方向，电驱动系统是新能源汽车的关键部件，一体化与高速化电驱动系统为传动装置的NVH、效率和密封等问题带来新的挑战。高速运行的传动装置由于齿轮摩擦、齿轮搅油和轴承摩擦产生功率损失导致效率降低，传动装置的效率与润滑系统的设计息息相关。针对目前研究存在的功率损失计算模型单一、产生机理模糊、高转速下传动装置效率低等问题，依托于国家重点研发计划项目子项：高速减速器关键技术研究（2018YFB0104901），以高速电驱动系统减速器为研究对象，开展了面向效率的传动装置润滑特性分析和润滑系统优化的相关研究。　　为了兼顾计算速度与计算精度，同时阐述斜齿轮摩擦功率损失的产生机理，提出了基于切片法和线接触弹流润滑理论的斜齿轮摩擦功率损失计算方法。通过斜齿轮的轴向切片，将二维有限长线接触弹流润滑问题降维为若干一维线接触弹流润滑问题，在线接触弹流润滑理论阐述及数值求解的基础上，从油膜剪切和齿面摩擦机理出发，建立了斜齿轮摩擦功率损失计算模型，并针对减速器第一级和第二级斜齿轮，分析了摩擦功率损失的变化规律。研究表明：斜齿轮产生的滑动摩擦功率损失大于滚动摩擦功率损失，一个啮合周期内，单对齿的滑动摩擦功率损失在啮入段和啮出段存在极大值，滚动摩擦功率损失的极大值点出现于啮合中段，每级齿轮的摩擦功率损失呈周期性波动，第一级齿轮产生的摩擦功率损失大于第二级齿轮。　　提出一种全新的齿轮搅油功率损失解析预测模型，在该模型中，齿轮搅油功率损失被分解为齿轮端面阻力功率损失、切向流功率损失、齿槽润滑油加速功率损失和齿槽甩油功率损失。基于流体力学和能量传递理论，推导了搅油功率损失预测模型的解析表达式，通过试验数据验证了模型精度，分析了工况、齿轮结构参数和润滑油参数对搅油功率损失及各组成成分的影响规律。　　针对高速工况，改进了深沟球轴承分析模型，综合考虑了轴承游隙、球体自转和球体离心惯性力。提出了基于点接触混合弹流润滑的深沟球轴承摩擦功率损失计算方法，针对减速器输入轴轴承，分析了球体与内、外滚道接触的油膜形状和压力分布，amp;nbsp;计算了轴承各球体与滚道产生的摩擦功率损失，分析了减速器工况、表面粗糙度和润滑油参数对轴承摩擦功率损失的影响。结果表明：球体与外滚道产生的摩擦功率损失大于内滚道，减速器输入转速和输入转矩的增加均会增加轴承摩擦功率损失，轴承表面粗糙度会增加摩擦功率损失，润滑油粘度增加会使轴承摩擦功率损失增加。　　提出一种基于功率损失产生机理和润滑流场可视化的面向效率的飞溅润滑系统优化方法，基于MPS方法实现了减速器润滑流场可视化，分析了减速器关键部件的润滑状态，结合齿轮摩擦功率损失、齿轮搅油功率损失和轴承摩擦功率损失的产生机理，分析减速器低效的主要原因，针对一体化电驱动系统高速减速器，以增加齿轮轴承供油量提高传动效率为目标，对其飞溅润滑系统进行优化。　　以润滑流场仿真、润滑台架试验和效率台架试验为工具，对减速器润滑系统的优化效果进行验证。基于MPS方法对润滑系统优化后减速器的润滑流场进行仿真，并与润滑系统优化前的仿真结果进行对比，分析润滑系统优化对减速器内部润滑油分布和齿轮轴承润滑状态的影响。进行了润滑台架试验，对润滑系统优化后的减速器进行润滑试验，对比润滑试验结果与仿真结果，验证润滑系统优化后减速器润滑油流动状态同时验证基于MPS仿真方法的精度。对润滑系统优化前后的减速器进行效率台架试验，对比空载搅油工况、滑行工况、直行工况和低速爬坡工况下润滑系统优化前后减速器的传动效率，分析加油量、润滑油温度对减速器传动效率的影响，验证润滑系统优化对减速器传动效率的改善程度。
作者：	贾富淳
专业：	车辆工程
导师：	雷雨龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2021