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电驱系统温控杂谈(二)

1年前浏览4835

目录

一、为什么要做温升

    1.背景

二、重点考核对象

    1.重点考核对象

    2.重点考核对象-驱动电机转子温升/驱动电机定子温升

    3.重点考核对象-IGBT等功率器件温升

    4.重点考核对象-高压线束温升

    5.重点考核对象-减速器油封唇口温升

    6.重点考核对象-减速器支撑轴承温升

三、对电驱传动系统的要求

  1.电驱系统设计要求

  2.传动系统设计注意事项

四、电驱传动系统设计中的温升考虑

  1.温升考虑

    2.电驱传动系统-箱体的仿形设计

    3.电驱传动系统-箱体储油池设计

五、电驱传动系统的温升控制

    1.传动系统热平衡机理

    2.运用环境-工况分析

    3.合理的温控策略

    4.齿轮-优化齿轮结构参数

    5.齿轮-精确齿轮修形技术

    6.轴承-优选型号-结构参数

    7.轴承-安装配合设计

    8.轴承-承载分析、发热量计算

    9.箱体结构-拓扑优化箱体结构

    10.箱体结构-油量存储空间控制

    11.箱体结构-散热区域结构优化

    12.箱体结构-散热区域结构优化

    13.润滑油路:进-回油油路设计

    14.润滑油:产品的选用原则

    15.润滑油:油量精确控制

    16.温控验证措施

六、电驱传动系统验证

     1.型式试验-试验验证体系

     2.型式试验-试验验证方案

七、电驱传动系统试后确认

     1.服役完成后的拆解检查


接上文......


四、电驱传动系统设计中的温升考虑
1.温升考虑
  1. 箱体的仿形设计-------降低飞溅润滑油的功率损失
  2. 润滑油储油池设计-------保证润滑的前提下控制搅油发热
  3. 齿轮副的优化设计-------优化齿形参数、齿宽等,降低搅油损失
  4. 轴承副的优化选型-------结合载荷、计算,综合评估发热和承载
2.电驱传动系统-箱体的仿形设计
传动系统采用仿圆弧设计,降低搅油损失

传动系统采用仿圆弧设计,降低搅油损失


 
 
                                 




3.电驱传动系统-箱体储油池设计
结合箱体结构,布置不同的控制参与润滑油油量的结构,将润滑油油池分割为搅油池和辅助储油池。


 
 
                                 





 
 
                                 




五、电驱系统的温升控制
运用环境、工况分析
  • 分析所运用的环境、工况条件及部分特殊要求。
温控验证措施
  • 覆盖全工况的台架试验测试在线运用的跟踪、监控。
传动系统热平衡机理
  • 深入掌握传动系统运用过程中的发热、散热机理,研究与传动系统温升相关的影响因素。
达到有效温控目标
  • 运用监控体制内,稳定控制温升变化。
合理温控措施的制定
  • 基于理论分析计算、优化设计传动系统结构、合理选择关键零件,衡量传动系统综合性能、制定合理的传动系统温控方案。
1.传动系统热平衡机理
  • 齿轮啮合摩擦
  • 轴承(滑动/滚动摩擦)
  • 箱体热传导、热辐射
  • 外界流动空气对散热性
  • 搅油/风阻


 
 
                                 




  • 润滑油热对流


 
 
                                 





 
 
                                 




齿轮传动摩擦损失



 
 
                                 




滚动摩擦功率损失

2.运用环境-工况分析


 
 
                                 




温度难题:润滑与冷却矛盾下的温控


 
 
                                 





 
 
                                 




3.合理的温控策略

如何控制传动系统温升

高温情况下如何抑制温升

低温环境下如何保证润滑

掌握热平衡机理

研究传动系统发热源

分析传动系统散热方式

摸清温升影响因素与规律

制定温升控制策略

设计源头入手、控制发热、散热,配合不同技术方案,形成最优温控策略


齿轮
优化齿轮结构参数
控制齿轮加工工艺
精确齿轮修形能力
箱体结构
拓扑优化箱体结构
油量存储空间控制
散热区域结构优化
润滑油路
集油位置-油路结构设计
进油-回油润滑导向
润滑油
粘度等级匹配
油量精确控制
轴承
承载分析、发热量计算-安装配合设计
优选型号、结构参数
4.齿轮-优化齿轮结构参数
  • 齿轮正向设计思路,几何参数智能配对
       基于温控目标-------齿轮轮廓设计(渐开线段+齿根曲线)-------刀具设计-------齿轮滚切成型。
  •   通过渐开线齿形-齿向及齿距偏差等检测,根据结果智能选择配对齿轮副。

  • 多目标优化齿轮结构设计
       多目标优化、增大温控目标权重系数,优化轮缘、轮毂、腹板结构。
  • 大模数、小齿宽控制搅油发热
        啮合发热、搅油发热仿真模拟计算。


 
 
                                 




5.齿轮-精确齿轮修形技术
  • 齿轮拓扑修形
       通过精确齿轮啮合修形设计,减小啮合冲击,降低啮合时齿面接触温度
  • 大齿向修形齿轮参数补偿的设计。
       修形后两齿轮在啮合过程中滑动系数接近,相对磨损较小,减少啮合发热。


 
 
                                 





 
 
                                 




6.轴承-优选型号-结构参数

  • 轴承选型

       在有限的结构空间内,选择适用于告诉、重载、轻量化轴承。选用特制轴承,保持架优化设计,滚道、滚子特殊修形及热稳定处理,减小滑动摩擦降低高速旋转时的发热量。


 
 
                                 




7.轴承-安装配合设计
  • 轴承布置形式
       优化设计输入端柱-球轴承配合型式及安装位置,合理控制输出端锥轴承有效跨距,均匀承载,避免两端产生较大温差。
  • 轴承安装设计
       正确的安装和配合、恰当的游隙设计,反复试验验证,选取最佳游隙范围。(过大或过小的游隙均造成轴承异常温升)。


 
 
                                 




8.轴承-承载分析、发热量计算
  • 正确的承载分析
       贴合传动系统实际运用工况,准确分析轴承受载情况,摸清轴承转速、当量动载荷与轴承功率损失的关系
  • 发热量仿真分析计算
       结合轴承内部结构,仿真计算轴承滚子-滚道接触处的弹性动态流体损失,模拟轴承运转过程中的热量生成与散失。


 
 
                                 





 
 
                                 




9.箱体结构-拓扑优化箱体结构
  • 拓扑优化箱体结构
       在满足箱体强度、轻量化及模态振动特性的要求下,基于多工况模拟箱体内腔润滑油分布状态,对传动系统结构进行拓扑优化,提升热交换率。
  • 内腔仿形设计
       根据润滑油在高速状态下的搅动形态与飞溅轨迹,内腔采用仿圆弧光滑过渡设计,减少润滑油的阻力,降低温升。


 
 
                                 




10.箱体结构-油量存储空间控制
  • 油池结构的合理设计
       合理设计箱体内油池结构和空间大小,在保证润滑的同时,控制润滑总油量,减少搅油量。
  • 精准的搅油空间控制
       箱体油池内增加隔腔设计,相对独立分隔润滑油搅动区域和散热区域,加速润滑油,冷却循环。


 
 
                                 




 
 
                                 




11.箱体结构-散热区域结构优化
  • 增加箱体散热面积
       在满足箱体轻量化的要求下,增大箱体外部散热面积,优化设计散热筋板,提高导热率。


 
 
                                 




12.箱体结构-散热区域结构优化
  • 结合润滑油流动状态设计集油结构
       根据箱体内润滑流动状态,在箱体上部合理设计集油槽结构与位置,收集飞溅润滑油,辅助轴承润滑,减少发热量。
       在箱体下部轴承安装位置,设置挡油板结构,收集并储存一定油量,用于启动工况下轴承的瞬时润滑,避免因润滑不良造成的轴承温升过快而烧损。


 
 
                                 




13.润滑油路:进-回油油路设计
  • 油量分配、润滑导向
       箱体内设计有辅助轴承润滑的进油油路,将飞溅的润滑油导向轴承,经过热交换后通过回油油路流回底部油池,人为设置润滑油润滑冷却循环过程,提高散热率,达到控制轴承温升的目的。


 
 
                                 




14.润滑油:产品的选用原则
  • 润滑油性能参数匹配
       结合传动系统运用工况、工作温度、润滑周期等因素,选择合适粘度等级及性能的润滑油,减少摩擦损失。
  • 优异的粘温特性
  • 剪切稳定性
  • 抗极压性能
  • 抗磨性能
  • 氧化稳定性
  • 长效润滑


 
 
                                 




 
 
                                 




15.润滑油:油量精确控制
  • 油位-浸润深度的选取
      依据成熟的运用经验、结合润滑理论计算,设置初始油位与齿轮浸润深度,结果台架试验反复验证,选取最佳实际油位,减少发热量,提高传动效率。
  • 参与润滑油量的控制与分配
       通过基于记忆合集流量调节的温控技术、低温提供足够油量保证轴承齿轮润滑,高温降低油量减小搅油损失。
16.温控验证措施
  • 型式试验
       模拟极端环境覆盖全工况
  • 运用状态监控
        实时温升监控长期分析评估
  • 服役结束后拆解检查
       反馈-指导设计提升温控策略
六、电驱传动系统验证
1.型式试验-试验验证体系
  • 试验验证体系
       通过该系统可实现温度、振动、转速、压力、油品等综合多参数的在线监测与数据传输、评价;
       覆盖高温 +50℃、高寒 -50℃、风沙、雨水等极端环境模拟试验台,全面验证传动系统温升变化规律。


 
 
                                 




2.型式试验-试验验证方案
  • 试验验证体系
       结合国内/外相关产品实际运营情况及多年来的传动系统研发、制造、试验的经验,确定产品试验验证方案。


 
 
                                 




  • 密切关注运用使用状态

定期入库检查,确保传动系统正常

远程温度监控,掌握实时动态

  • 实时监控-跟踪

  • 收集相关数据分析计算

收集相关温升数据,分析评价传动系统寿命判断、预估故障风险
七、电驱传动系统试后确认
服役完成后的拆解检查
  1. 分解前检查,外观状态检查;
  2. 分解过程,零部件状态确认;
  3. 拆解结论,客户-专家评审认证。


全文完~

来源:电动新视界
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首次发布时间:2023-06-13
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