某电驱减速器传动效率分析

杨微　许刚

摘 要：随着新能源汽车在国内汽车市场渗透率的不断提升，驱动系统的效率也逐步提升。减速器作为车辆传动系统的重要部件，在车辆运行过程中，复杂的驱动工况对减速器的理想工作区直接产生冲击，从而直接影响减速器的传动效率，直接影响车辆的工作效率和经济效率。本文以某电驱减速器为研究对象，通过软件建立系统模型，以此来研究内外因素，对减速器传动效率的影响，在研发早期即完成各参数对效率的影响，从而使系统效率处于最优区间，同时对后续不同工况下减速器传动效率的台架测试进行相应的指导。

关键词：传动效率 减速器 内外因素

1 引言

随着电动汽车技术的日益成熟，电动汽车的核心零部件-动力系统技术也进入了快速发展期，为了进一步提升电动汽车的市场竞争力，车辆的动力特性和能效特性的进一步提升是目前急需解决的重要问题，而减速器作为车辆传动系统的关键零部件，减少减速器的能量损耗尤为重要，较少的能量损耗意味着较高的传动效率，减速器的传动效率是指减速器系统从输入端到输出端有效转化的能量或扭矩的比例[1]。影响减速器的传动效率因素很多，主要有齿轮啮合传动效率的损失、齿轮搅动润滑油的损失及轴承摩擦损失及密封件的摩擦损失等，除此之外，不同的工况，对减速器的传动效率也有影响，如减速器的输入扭矩、转速及油温等。

2 传动效率的影响因素

通常情况下，传动效率的影响有内在因素和外在因素，内在因素主要由减速器内部的零件的结构、加工精度和装配误差引起[3]，体现在齿轮啮合损失、齿轮的搅油损失、轴承和油封的摩擦损失，外在因素主要有减速器的输入扭矩、转速、减速器的油温等影响因素。

传动效率为总输入功率与总损失功率的差值与总输入功率的比值[2]，计算公式如下：

η-

P--总输入功率，KW

Pg--齿轮的啮合功率损失，KW

Pb--轴承的摩擦功率损失，KW

Pj--搅油损失，KW

Ps--油封摩擦功率损失，KW[3]

在相同的动力情况下，传动效率越高，能耗损失越少，传递到车辆上的动力越高，其经济性能也越高，传动效率越低，能耗损失越高，不仅影响车辆的动力性能和经济性能，能耗损失高，还会使得减速器润滑油的温度升高，从而影响减速器内部零件的工作寿命。

3 模型建立

本文以两级传动的减速器为研究对象，为了更加准确地分析减速器的传动效率，用软件建立系统模型，如图1，此模型未考虑密封件，忽略油封的摩擦损失，分析在转速或扭矩不变情况下，轴承、齿轮啮合损失及搅油损失的能耗[4]，以及通过扭矩、转速及油温的变量，来研究扭矩、转速、油温对该减速器的传动效率的影响。

4 内在因素的影响

油温设置为80℃，油液高度离输入中心22mm。常用扭矩200N.m分析转速1000rpm至15000rpm下，轴承、齿轮啮合损失及搅油损失的能耗的变化，如图2所示。常用转速6000rpm，分析扭矩40N.m至400N.m下，轴承、齿轮啮合损失及搅油损失的能耗的变化，如图3所示。

从图2可知，随着转速的增加齿轮啮合功率损耗快速增加，轴承和搅油功率损失增加较为缓慢，从图3可知，随着扭矩的增加齿轮啮合功率损耗快速增加，轴承功率损失增加较为缓慢，搅油功率损耗与扭矩的大小无关，总体上搅油损耗影响最小。

5 外在因素的影响

5.1 转速、油温对传动效率的影响

常用扭矩200N.m，油温设置为80℃，油液高度离输入中心22mm，分析转速1000rpm至15000rpm下，不同的转速变化对传动效率的影响，如图4所示。

由上可以看出，转速5000rpm至13000rpm区间内，效率最高，在200N.m扭矩下，传动效率随着转速的增加先增大，再保持稳定后，随后略有下降，最大效率为97.9%。

下面我们来分析不同的油温下，转速变化，传动效率的变化趋势。油温分别为20℃、60℃、80℃、120℃时，传动效率的变化如下图5所示。

由图５可以看出，不同的油温对转速的影响不同，油温20℃时，随着转速的上升效率呈下降趋势，油温60℃和80℃溫度下，传动效率先增加，趋于稳定后呈下降趋势，在油温80℃下，传动效率稳定的转速区域范围较大，在油温120℃时，随着转速上升，传动效率呈上升趋势，随后在7000rpm以上，传动效率趋于稳定后无下降趋势，在该工况下，油温对传动效率的影响是正向的，不同油温下，低转速时，传动效率均为该油温下最低效率。

5.2 扭矩、油温对传动效率的影响

常用转速6000rpm，油温设置为80℃，油液高度离输入中心22mm，分析扭矩40N.m至400N.m下，不同的扭矩变化对传动效率的影响，如图6所示。

由图6可以看出，扭矩90N.m至240N.m区间内，效率最高，在6000rpm下，正驱动时，传动效率随着扭矩的的增加先增大，保持稳定后，随后略有下降的趋势，最大效率为97.9%。

下面我们来分析不同的油温下，扭矩变化，传动效率的变化趋势。油温分别为20℃、60℃、80℃、120℃时，传动效率的变化如下图7所示。

由上可以看出，不同的油温对扭矩的影响趋势基本一致，随着扭矩的增加，传动效率先上升，后基本趋于稳定，但在油温20℃，传动效率普遍较低，不同油温下，在低扭矩时，传动效率均为该油温下最低效率。

5.3 转速、扭矩对传动效率的影响

油温设置为80℃，油液高度离输入中心22mm，分析扭矩40N.m至400N.m，转速1000rpm至15000rpm，最大功率300KW下，不同的扭矩、转速变化对传动效率的影响，摘选部分扭矩和转速处的传动效率，如表1所示。

由表１可看出，低传动效率在低扭矩高转速区间，低转速和高扭矩区间的传动效率也较低，从表中的数据可以看出，低扭矩的转速区间，传动效率在扭矩40N.m，转速15000rpm时效率最低，为95.9%，高传动效率区基本分布在扭矩160N.m至400N.m，转速5000rpm至11000rpm区间范围内。

6 结论

由以上分析可知，传动效率在内因一定的情况下，也受外在因素的影响，在常用扭矩下，传动效率随转速的上升，先增大，再保持稳定，随后略有下降，此时较低的油温对传动效率呈负面影响，油温在60℃至120℃间，传动效率的变化趋势基本一致，油温80℃到120℃间，传动效率较为理想；而在常用转速下，传动效率随着扭矩的增加先增大，再保持稳定，随后略有下降，较低的油温对传动效率同样呈负面影响，油温在60℃至120℃间，传动效率的变化趋势基本一致，油温80℃到120℃间，传动效率较为理想。同时在理想油温80℃下，得到了高传动效率区基本分布的转速和扭矩区间。

利用软件进行建模仿真分析，研究转速、扭矩、油温对传动效率的影响，能够大大缩短研发时间，为减速器的传动效率提供数据支持，同时可对台架试验一定的指导参考。

参考文献：

[1]王宇航.变速器传动效率影响因素分析及优化[J]，装备制造技术.2023（7）：220-223.

[2]李庚.某微型汽车机械式变速器传动效率分析与研究[D].武汉：武汉理工大学，2017.

[3]回春.机械式变速器传动效率分析与测试研究[D].武汉：武汉理工大学，2016.

[4]电动汽车用减速器传动效率分析与实验研究[J]，高技术通讯.2023 （33）：221-230.