輪邊減速器
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-12-20
輪邊減速器的實例教程
中央雙級減速驅動橋
在國內目前的市場上，中央雙級驅動橋主要有2 種類型：一類載重汽車后橋設計，如伊頓系列產品，事先就在單級減速器中預留好空間，當要求增大牽引力與速比時，可裝入圓柱行星齒輪減速機構，將原中央單級改成中央雙級驅動橋，這種改制“三化”（即系列化，通用化，標準化）程度高，橋殼、主減速器等均可通用，錐齒輪直徑不變；另一類如洛克威爾系列產品，當要增大牽引力與速比時，需要改制第一級傘齒輪后，再裝入第二級圓柱直齒輪或斜齒輪，變成要求的中央雙級驅動橋，這時橋殼可通用，主減速器不通用，錐齒輪有2 個規(guī)格。由于上述中央雙級減速橋均是在中央單級橋的速比超出一定數值或牽引總質量較大時，作為系列產品而派生出來的一種型號，它們很難變型為前驅動橋，使用受到一定限制；因此，綜合來說，雙級減速橋一般均不作為一種基本型驅動橋來發(fā)展，而是作為某一特殊考慮而派生出來的驅動橋存在。
中央單級、輪邊減速驅動橋
輪邊減速驅動橋較為廣泛地用于油田、建筑工地、礦山等非公路車與軍用車上。當前輪邊減速橋可分為2類：一類為圓錐行星齒輪式輪邊減速橋；另一類為圓柱行星齒輪式輪邊減速驅動橋。圓錐行星齒輪式輪邊減速橋由圓錐行星齒輪式傳動構成的輪邊減速器，輪邊減速比為固定值2，它一般均與中央單級橋組成為一系列。在該系列中，中央單級橋仍具有獨立性，可單獨使用，需要增大橋的輸出轉矩，使牽引力增大或速比增大時，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級橋。這類橋與中央雙級減速橋的區(qū)別在于：降低半軸傳遞的轉矩，把增大的轉矩直接增加到兩軸端的輪邊減速器上，其“三化”程度較高。
但這類橋因輪邊減速比為固定值2，因此，中央主減速器的尺寸仍較大，一般用于公路、非公路軍用車。圓柱行星齒輪式輪邊減速橋，單排、齒圈固定式圓柱行星齒輪減速橋，一般減速比在3至4.2之間。
展開 1）轉向前橋：由輪轂總成、制動鼓、制動器總成、轉向節(jié)總成、前軸（工字梁）、主銷、止推軸承、橫拉桿總成、左右橫拉桿臂、直拉桿臂等；其功能是承載、制動、轉向組成。
圖1 常規(guī)車型前轉向橋外形
2）后驅動橋：處于動力傳動系的末端。有輪轂總成、制動鼓、橋殼總成、主減速器總成、輪邊減速器總成、半軸、制動器總成等組成。
圖2 常規(guī)車型后驅動橋外形
3）前橋與后橋功能上的區(qū)別
前橋有轉向功能沒有差速功能，后橋有差速、雙級減速器功能。（說明：不同用途汽車，其車橋結構原理和功能基本相同，但產品外形、內部零部件連接，往往是許多的不同方式。）
三、經典后驅動橋為什么要配雙級減速器和差速器？
基于1）、2）的面臨的問題，工程師們想出了“雙級減速器和差速器”措施來。
四、目前有三種以上電驅動車橋研發(fā)的路線之爭
2）全新電機驅動橋基本種類
①中央電機驅動橋（見圖3）。
圖3 中央電機驅動橋
②輪邊電機驅動橋，（見圖4）
圖4 輪邊雙電機驅動橋
③輪轂電機驅動橋（見圖5），輪轂電機由于設計難度較大，上面少見市場車型。
圖5 輪轂邊雙電機驅動橋
4)傳統(tǒng)后橋仍然是新能源商用車主流
①由中央電機通過傳動軸連接一個傳統(tǒng)的后橋，也有帶一個少檔變速箱；
②由中央電機帶一個少檔變速箱，通過傳動軸連接一個傳統(tǒng)的后橋。
五、電驅動橋開發(fā)難度分析
1）中央電機驅動橋開發(fā)難度分析
①主減速器和差速器功能
②輪邊電機驅動橋，其主減速器和差速器功能呢？
展開 半軸介紹
1 半軸的概念和分類
半軸也叫驅動軸，是用于驅動橋主減速器與輪轂或輪邊減速器之間傳遞扭矩（半浮式半軸還承受彎矩）的非斷開式的軸，從差速器傳遞來的扭矩經過半軸、輪轂等，最終傳遞給車輪，因此半軸是傳遞系中傳遞扭矩的一個非常重要的零件。半軸按支撐形式不同可分全浮式半軸（圖1）和半浮式半軸兩種。全浮式半軸是只傳遞扭矩的半軸，而半浮式半軸是既傳遞扭矩又承受彎矩的半軸。
2 半軸的原材料及加熱溫度要求
半軸材料一般采用40Cr、42CrMo、42CrMoH、40MnBH，其加熱溫度要求為：40Cr加熱范圍1000～1200℃，42CrMo、42CrMoH和40MnBH加熱范圍1000～1150℃。
加熱控制方式
半軸鍛造加熱采用感應電加熱，坯料放入感應圈中，在交變電流的感應電動勢的作用下，坯料表面形成強大的渦流，使坯料內部的電能直接轉變?yōu)闊崮堋ｅ懺旒訜釡囟冗^高會出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，材料如果過燒會導致原料報廢，造成資源的極大浪費。鍛造加熱是關鍵工序，防止半軸過燒，必須控制加熱溫度。
展開 表4 動力電池系統(tǒng)性能參數
1.2.3 電動輪系統(tǒng)參數設計和整車動力性能校核
重載電動輪需要滿足大載荷、大功率、大轉矩和高效率的需求［23］。通過構型比較，采用中速電機+一級減速的電動輪構型方案。該構型可兼顧高轉矩與高功率，適合多數載荷較大的場景。通過電機設計優(yōu)化，達到了較高的最高效率和較寬的高效區(qū)分布；通過電機與減速器的匹配優(yōu)化，電動輪可以更多地工作在高效區(qū)，實現(xiàn)較高的經濟性。
基于表3選定的構型方案與動力系統(tǒng)峰值功率和轉矩需求，初步明確電動輪的設計性能參數如表5所示。
表5 電動輪系統(tǒng)性能參數
基于上述電動輪參數設計，按照取ηm = 96.0%的電動輪平均減速器效率，電動輪的峰值轉矩達到了16 700 N·m，短時峰值轉矩可達18 350 N·m。
基于整車基本參數和設計的電動輪系統(tǒng)參數，可以進行35 t 級載貨車和49 t 級牽引車兩型燃料電池重型商用車的動力性能指標校核計算。
根據運動學關系，兩型燃料電池重型商用車的最大車速可達100 km/h 以上，符合一般重型商用車的高速巡航需求，即
式中：nmax為驅動電機最大轉速；i為電動輪減速器速比；R為電動輪輪胎有效半徑。
式（3）所示的汽車縱向動力學功率平衡方程中，將電驅動系統(tǒng)效率η 替換為電動輪平均減速器效率ηm，計算平直路面下，滿載車輛以峰值最高車速100 km/h行駛時，電動輪驅動電機總輸出功率需求：
35 t級載貨車，驅動電機總輸出功率為
49 t級牽引車，驅動電機總輸出功率為根據設計驅動電機的額定功率60 kW，4臺驅動電機總額定功率可達240 kW，符合一般重型商用車高速巡航需求車速100 km/h的持續(xù)驅動功率需求。
展開 集中式驅動系統(tǒng)又可分為兩種，一種是將傳統(tǒng)汽車動力系統(tǒng)更換為純電動力系統(tǒng)， 這種構型包括電機直驅、電機+減速器、電機+變速器等型式，如圖1（a）所示，這是中重型純電動商用車的主流構型，宇通客車、德國SIEMENS 公司的集中式驅動系統(tǒng)，已有規(guī)模化應用；另一種是將動力系統(tǒng)集成在驅動橋上， 包括電機直驅、 電機+減速器等型式，如圖1（b）所示，是中輕型純電動商用車的主流型式。
分布式驅動主要有輪邊電機+減速器、 輪轂電機+減速器、輪轂電機等型式，如圖1（c）所示，德國ZF、比亞迪的輪邊驅動橋在城市客車領域已有推廣， 在運輸與作業(yè)類商用車領域應用較少，英國Protean、荷蘭e-Traction 等公司的輪轂電機驅動系統(tǒng)，目前仍處于應用驗證階段，未有規(guī)模化應用。
圖1 純電動商用車主流驅動系統(tǒng)構型
Fig.1 The driving system of electric commercial vehicle
市場上現(xiàn)有的N2/N3 類中重型純電動商用車， 特別是作業(yè)車輛， 其動力系統(tǒng)延續(xù)傳統(tǒng)作業(yè)車輛技術路線，依然采用主副電機分別驅動行駛和作業(yè)機構， 由于主副電機工作工況不同、 兩套電機不能協(xié)同工作， 特別是對于行駛時不作業(yè)、 作業(yè)時不行駛的專用車型， 存在較大的功率冗余，也導致成本較高。
2 多模動力系統(tǒng)構型方案與優(yōu)化
新型動力系統(tǒng)開發(fā)， 考慮作業(yè)類車輛的工作特點，以作業(yè)電機輔助驅動行駛、降低功率冗余為目標，利用行星排的功率耦合與分流的特性， 將雙電機通過行星排耦合集成，設計一系列構型，并從中優(yōu)選最佳方案。
2.1 動力系統(tǒng)構型方案設計與優(yōu)化
構型設計遵循以下原則， 驅動電機需通過平行軸式變速箱輸出動力驅動行駛， 作業(yè)電機通過離合器連接作業(yè)裝置，并通過行星排與AMT 耦合后連接到傳動軸輸出動力。
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到多域高度集成階段，輪轂電機、輪邊電機將簡化減速器和底盤，減輕了電驅重量，提高續(xù)航里程。控制器方面，動力域、底盤域等跨域融合，形成中央控制器，隨著DSP算力和資源提升，中央控制器成唯一ECU，成本進一步降低。
目前巨一動力的多合一電驅總成已邁過第一階段，走向第二階段的終極方向。
圖2 對比了兩種典型動力系統(tǒng)的傳動效率，集中驅動與傳統(tǒng)動力系統(tǒng)構型相似，通過變速器、主減速器和輪邊減速器等傳動機構，將一臺大功率電機的驅動轉矩傳遞至各個輪胎，其技術方案可參考傳統(tǒng)動力系統(tǒng)，相對較為成熟，但由于傳動鏈較長，沒有充分發(fā)揮電傳動的高效優(yōu)勢，部分低載荷區(qū)的效率甚至會降低到60%左右［16］。
分布式驅動主要有輪邊電機+減速器、 輪轂電機+減速器、輪轂電機等型式，如圖1（c）所示，德國ZF、比亞迪的輪邊驅動橋在城市客車領域已有推廣， 在運輸與作業(yè)類商用車領域應用較少，英國Protean、荷蘭e-Traction 等公司的輪轂電機驅動系統(tǒng)，目前仍處于應用驗證階段，未有規(guī)模化應用。
有輪轂總成、制動鼓、橋殼總成、主減速器總成、輪邊減速器總成、半軸、制動器總成等組成。
圖2 常規(guī)車型后驅動橋外形
3）前橋與后橋功能上的區(qū)別
前橋有轉向功能沒有差速功能，后橋有差速、雙級減速器功能。（說明：不同用途汽車，其車橋結構原理和功能基本相同，但產品外形、內部零部件連接，往往是許多的不同方式。）
分布式驅動主要有輪邊電機+減速器、 輪轂電機+減速器、輪轂電機等型式，如圖1（c）所示，德國ZF、比亞迪的輪邊驅動橋在城市客車領域已有推廣， 在運輸與作業(yè)類商用車領域應用較少，英國Protean、荷蘭e-Traction 等公司的輪轂電機驅動系統(tǒng)，目前仍處于應用驗證階段，未有規(guī)模化應用。
圓錐行星齒輪式輪邊減速橋由圓錐行星齒輪式傳動構成的輪邊減速器，輪邊減速比為固定值2，它一般均與中央單級橋組成為一系列。在該系列中，中央單級橋仍具有獨立性，可單獨使用，需要增大橋的輸出轉矩，使牽引力增大或速比增大時，可不改變中央主減速器而在兩軸端加上圓錐行星齒輪式減速器即可變成雙級橋。
半軸介紹
1 半軸的概念和分類
半軸也叫驅動軸，是用于驅動橋主減速器與輪轂或輪邊減速器之間傳遞扭矩（半浮式半軸還承受彎矩）的非斷開式的軸，從差速器傳遞來的扭矩經過半軸、輪轂等，最終傳遞給車輪，因此半軸是傳遞系中傳遞扭矩的一個非常重要的零件
