一種車用增程器的聯軸器設計

候海貴，王曉鵬

（陜西汽車集團有限責任公司技術中心，陜西 西安 710200）

前言

隨著社會經濟快速發展，人民生活水平的提高，越來越多的家庭擁有小轎車，而與之伴隨的是資源消耗增加，環境污染加劇、空氣污染越來越嚴重。近幾年國家大力推廣新能源汽車，其中專門定義了增程式混合動力汽車及補貼標準。增程式汽車作為混合動力汽車的一種，兼有純電動汽車一樣的驅動方式，即電機作為核心且唯一的的驅動方式，又解決了用戶的里程焦慮問題，不用擔心電量不夠用。

本文主要解決的問題是增程器中發動機與電機之間的聯接結構，采用了一種不改變原有的飛輪、齒圈，密封結構，無需改動原有離合器安裝孔，又不增加成本，同時能緩沖動力突變時候發動機與電機的震動及抖動，是一種簡單可靠實用的結構。

1 增程器的總體方案設計

根據項目總體需求，選取成熟的某型汽油發動機，開發某型的永磁同步發電機及控制器與之匹配，再開發增程器的系統控制器，同時匹配水冷式冷卻系統。

設計的難點為：1）發動機與電機之間機械聯接部分；2）增程器的控制策略設計。本文就發動機與電機之間的機械聯接部分設計予以說明。

1.1 發動機參數介紹

發動機為傳統汽油發動機，輸出端結構與傳統車用變速箱一致，包含飛輪、齒圈等。

某型發動機參數如表1 所示。

表1 發動機參數

發動機飛輪、齒圈處（輸出端）截圖如圖1 所示。

圖1 發動機輸出端截圖

1.2 發電機參數介紹

發電機為新開發電機。發電機的定子與轉子部分與常規車用永磁同步電機結構一致，外殼部分增加懸置安裝結構。電機與發動機連接部分增加過度連接殼體，一是保證發動機與發電機剛性連接；二是保護發電機內部傳動部件受到外部污染或者外力損傷。

表2 發電機參數

發電機輸入端截圖如圖2 所示。

圖2 發電機輸出端截圖

2 聯軸器的設計選擇

2.1 常用聯軸器的比較

聯軸器是指聯接兩軸與回轉件，在傳遞運動和動力過程中一同回轉，在正常情況下不脫開的一種裝置。

聯軸器可分為有剛性聯軸器、和撓性聯軸器。剛性聯軸器是不能補償兩軸之間有相對位移的聯軸器。撓性聯軸器是能適當補償兩軸之間相對位移的聯軸器。

撓性聯軸器可分為無彈性元件和有彈性元件兩類。有彈性元件的又有金屬彈性元件和非金屬彈性元件兩類。金屬元件具有強度高、結構緊湊使用壽命長等特點。非金屬彈性元件具有彈性模量范圍大、重量輕、內摩擦大、阻尼性能好、單位體積儲存的變形能多、無機械摩擦、無需潤滑等優點。

表3 常用聯軸器分類

經過以上對比，結合本設計要求的最大角度偏差、尺寸、成本、重量以及飛輪與電機輸入花鍵結構，選取梅花形彈性聯軸器系列。

2.2 聯軸器的扭矩計算

2.2.1 額定扭矩計算

額定扭矩是指除了啟動瞬間、偶爾的瞬間載荷沖擊之外，大部分時間保持正常扭矩。

式中：

T 為額定扭矩，單位：kW；

n 為聯軸器實際運行轉速，單位：rpm，即轉/分鐘；

P 為功率，單位：kW。

關于功率P，請注意以下幾點：

（1）上述公式中的P，是指傳動系統的實際的軸功率，請根據機器負荷加以確認。

（2）如果實際軸功率無法確定，請參照驅動電機（如電機、發動機等）的功率。

2.2.2 最大扭矩的計算

最大扭矩：是指啟動瞬間、受負載沖擊等因素影響，在正常運行過程中產生的偶爾的峰值扭矩（此扭矩不是破壞扭矩，仍屬正常運行范圍）。

式中：

Tm 為最大扭矩，單位：Nm；

T 為額定扭矩，單位：Nm；

k 為安全系數，請通過以下表確認：

表4 發動機參數

由以上計算可得，額定扭矩為110Nm，最大275Nm。

根據電機端花鍵尺寸、發動機端飛輪尺寸，增程器系統的功率及最大轉速，最終選取某型聯軸器，具體指標如下：

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聯軸器的三維設計截圖如圖3 中a、b 所示。

圖3 聯軸器三維設計截圖

增程器總成裝配后如圖4 所示。

3 臺架試驗驗證

此聯軸器經過增程器總成樣機驗證，各種轉速，功率及扭矩下運行，均無異常抖動，噪音。在標定及可靠驗證中，實現了連續運轉一千余小時不發生失效。試驗臺架照片如圖5 所示。

圖4 增程器裝配總成圖

圖5 增程器總成臺架試驗

4 結論

經過以上設計及試驗驗證可得到以下結論：

（1）聯軸器的選擇需要綜合考慮發動機、電機端連接，盡量不要改動成熟部件的結構。

（2）設計選型過程中要綜合對比各種聯軸器的優缺點，選擇最合適的型號。

（3）經過驗證，此種聯軸器結構簡單可靠，安裝方便，適合各個功率段增程器使用。