新能源減速機(jī)呼吸系統(tǒng)研究

張廣杰 田聯(lián)明

株洲齒輪有限責(zé)任公司 湖南省株洲市 412000

1 引言

隨著社會的進(jìn)步，國家越來越重視生態(tài)環(huán)境，為了減少環(huán)境污染，國家政策大幅向新能源汽車傾斜，使得新能源車輛得到快速發(fā)展。新能源汽車主要靠電機(jī)驅(qū)動，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)來說高得多，并且速度還在不斷增加，現(xiàn)在國內(nèi)常用的電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到12000rpm。由于電機(jī)的高轉(zhuǎn)速，給與其配套的減速機(jī)帶來了許多前所未有的挑戰(zhàn)，其中一個(gè)主要的問題就是減速機(jī)的呼吸系統(tǒng)，即通汽閥的設(shè)計(jì)。

2 漏油原因分析及后果

由于減速機(jī)一般要求結(jié)構(gòu)簡單和輕量化，內(nèi)部空間非常緊湊，且通常不采取主動冷卻和潤滑，使得高轉(zhuǎn)速時(shí)減速機(jī)內(nèi)部溫度快速增加，壓力急速上升，潤滑油非常容易起泡，并且霧化，在高壓的作用下快速沖開通汽閥，潤滑油和熱蒸汽一起排出，造成潤滑油泄露。潤滑油的起泡和泄露都會對減速機(jī)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的不良后果。

減速機(jī)用潤滑油規(guī)格通常為GL-4 75W/90或DEXRON VI，起泡溫度一般在24℃，特殊處理的潤滑油起泡溫度可達(dá)90℃，如表1所示[1]。但高速減速機(jī)的溫度很容易就達(dá)到100℃以上，尤其是夏季，溫度更高。

潤滑油起泡和泄露主要有以下危害[2-3]：①增大潤滑油的體積，溢出箱體，造成油料流失或帶來著火等不安全因索；②影響油膜的形成和有效油膜厚度，造成齒輪和軸承的潤滑不良甚至燒死；③油中含有的大量空氣影響到潤滑油的冷卻作用和對機(jī)械的散熱效果；④增大潤滑油與空氣接觸面積，加速油品的氧化變質(zhì)。

3 案例及解決問題思路

以我司一款新能源減速機(jī)為例，該產(chǎn)品最大輸入扭矩230Nm，最高轉(zhuǎn)速12000rpm，利用creo建的三維模型，如圖1所示。

該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)非常緊湊，內(nèi)部空間狹小，有四升油量的空間，為滿足潤滑需要并考慮到傳動效率，需保證至少兩升有效油量。由于轉(zhuǎn)速較高，油溫迅速上升，氣壓增加，根據(jù)測試和計(jì)算，內(nèi)部氣壓在達(dá)到50～100kpa。通氣閥的壓力[4]通常在5～10kpa，如果潤滑油始終維持在液體狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到通氣閥壓力時(shí)，通氣閥會打開釋放壓力，維持內(nèi)外壓力平衡。現(xiàn)在，由于溫度過高，潤滑油產(chǎn)生大量氣泡，并且處于油霧狀，體積膨脹了3倍左右，所以，通過通氣閥排出的不僅僅是熱空氣，里邊還有潤滑油。在此，我們借助于Preonlap流體分析軟件進(jìn)行了模擬，如圖2所示。

圖1 減速機(jī)外形圖

圖2 高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的油霧情況

為了防止?jié)櫥托孤叮柰饨觾擅组L的軟管，由于空間限制，從減速機(jī)排汽孔引出后，需在底盤的另一側(cè)通過綁扎固定，安裝非常困難，如圖3所示。

圖3 未優(yōu)化之前裝車效果

圖4 油汽分離原理

要想排出的只是熱空氣，必須對油霧進(jìn)行冷卻。首先想到的措施是采用迷宮結(jié)構(gòu)，然而，由于內(nèi)部壓力，溫度基本一致，在內(nèi)部設(shè)計(jì)迷宮并不能很有效地降低油溫。在外部設(shè)計(jì)迷宮，路線太短，效果不明顯，并且回油困難，如果路線太長，又會占用太大空間。

為此，考慮到減速機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為，可以利用軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾動體的離心力[5]進(jìn)行油氣分離，結(jié)合內(nèi)部迷宮，達(dá)到最終的目的，如圖4所示。箱體內(nèi)的高溫潤滑油霧在壓力作用下，進(jìn)入軸承，軸承的滾動體快速轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下，使得大部分油汽進(jìn)行分離，剩下的油汽混合物通過內(nèi)部的迷宮進(jìn)一步分離后進(jìn)入排汽管，在風(fēng)冷的作用下冷卻回流，最后，只有熱空氣沖開通汽閥排出箱體外。

4 實(shí)驗(yàn)

根據(jù)該設(shè)計(jì)，我們進(jìn)行了臺架實(shí)驗(yàn)和整車試驗(yàn)，同樣的油量，同樣的工況，不外接軟管的情況下也不再噴油，有效遏制了漏油現(xiàn)象。樣機(jī)臺架實(shí)驗(yàn)，如圖5所示。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明，采用該方法可以有效遏制高速新能源減速機(jī)通汽閥漏油問題。

圖5 優(yōu)化后的樣機(jī)