CN103133673A - 用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，包括润滑油和油泵，润滑油设置在变速器壳体内，差速器位于润滑油中，油泵分别管路连接润滑油和主轴，主轴上径向设置有若干油孔。较佳地，油孔分为第一油孔和第二油孔，行星结构位于第一油孔和第二油孔之间。油泵设置在变速器壳体外并安设在变速器壳体上。油泵通过过滤器管路连接润滑油。溢流阀与连接油泵和主轴的管路并联设置。挡油筋和导油槽均安设在变速器壳体的内壁上，挡油筋通过导油槽流体连通需润滑部位。本发明的润滑系统设计巧妙，结构简洁，能够与电子无级变速器的结构相匹配，具有润滑效果良好、不影响传动效率、不增加变速器重量的特点，适合于大规模推广使用。

Description

用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统及其设计方法

技术领域

本发明涉及电动汽车传动系统技术领域，特别涉及电动汽车传动系统的润滑系统技术领域，具体是指一种用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统及其设计方法。

背景技术

电动汽车变速器一般都是采用浸油润滑和飞溅润滑。飞溅润滑即在变速器壳体中存储一定量的润滑油，变速器齿轮副高速旋转时将润滑油液卷起来飞溅到所需要润滑的齿轮、轴及轴承等相关零部件上，由于变速器的结构一般较为复杂，尤其在高速运转时，飞溅润滑往往无法满足润滑要求，由此直接导致油液润滑效率低下，严重影响变速器的传动效率。

现有的对变速器润滑系统进行设计的专利技术，大多是另外设置一个装置在变速器内，安装在壳体之上，虽然能够解决轴承润滑的问题，但是在一定程度上会增加变速器的重量，而且还会导致变速器内的空间减小，散热性能变差，影响变速器的整体效率。

对行星结构的润滑，现有的技术有两种：一种是浸油润滑，这种润滑的缺点很明显，由于行星结构的外面包有齿圈，油很难进入内部来润滑行星轮和太阳轮，如果油较多，行星结构的传动效率就会大打折扣；另一种是在壳体的外壁和行星结构待润滑部位打孔，用输油管伸进这些孔中，将油输运进去润滑待润滑部位，这种润滑方案虽然可取，但是适用性不强，因为行星结构是高速运转部件，壳体外壁的孔很难与待润滑部位正好对上，这样即使将油输进去也很难到达待润滑部位，润滑效果不好。

综上所述，电动汽车电子无级变速器的润滑需要考虑：(1)使行星结构和其它齿轮副、轴承等待润滑部位润滑良好；(2)不增加变速器的重量，不影响变速器的运转；(3)行星结构的传动效率较高。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统及其设计方法，该用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统设计巧妙，结构简洁，能够与电子无级变速器的结构相匹配，具有润滑效果良好、不影响传动效率、不增加变速器重量的特点，适合于大规模推广使用。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，所述电子无级变速器包括变速器壳体、行星结构、主轴、副轴和差速器，所述行星结构、所述主轴、所述副轴和所述差速器均位于所述变速器壳体内，所述差速器通过所述副轴连接所述主轴，所述行星结构安设在所述主轴上，其特点是，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统包括润滑油和油泵，所述润滑油设置在所述变速器壳体内，所述差速器位于所述润滑油中，所述油泵分别管路连接所述润滑油和所述主轴，所述主轴上径向设置有若干油孔。

较佳地，所述油孔分为第一油孔和第二油孔，所述行星结构位于所述第一油孔和所述第二油孔之间。

更佳地，所述第一油孔的直径为4mm，所述第二油孔的直径为2mm。

较佳地，所述油泵设置在所述变速器壳体外并安设在所述变速器壳体上。

较佳地，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括过滤器，所述油泵通过所述过滤器管路连接所述润滑油。

较佳地，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括溢流阀，所述溢流阀与连接所述油泵和所述主轴的管路并联设置。

较佳地，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括挡油筋和导油槽，所述挡油筋和所述导油槽均安设在所述变速器壳体的内壁上，所述挡油筋与所述导油槽流体连通，所述导油槽与所述电子无级变速器的需润滑部位流体连通。

在本发明的第二方面，提供一种上述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统的设计方法，其特点是，所述设计方法结合所述行星传动部分的润滑要求，通过油泵的额定输出条件和输送润滑油的管路的尺寸，从而确定油孔的尺寸。

较佳地，所述设计方法还包含热平衡计算部分，所述热平衡计算部分通过计算出总产热量和散热量来计算净热流量，从而可以动态地确定平衡温度。

更佳地，所述总产热量与所述电子无级变速器总功率损失相等，所述散热量为通过变速器壳体向外界环境的散热量。

本发明的有益效果具体在于：

1、本发明的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统包括润滑油和油泵，所述润滑油设置在所述变速器壳体内，所述差速器位于所述润滑油中，所述油泵分别管路连接所述润滑油和所述主轴，所述主轴上径向设置有若干油孔，从而差速器通过浸渍润滑，通过齿轮搅油所搅动起来的润滑油飞溅润滑，通过布置油泵，利用油泵将润滑油送至主轴中，通过主轴的径向设置的油孔，利用主轴高速运转所形成的离心力将润滑油送至行星结构进行强制润滑，设计巧妙，结构简洁，能够与电子无级变速器的结构相匹配，具有润滑效果良好、不影响传动效率、不增加变速器重量的特点，适合于大规模推广使用。

2、本发明的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括挡油筋和导油槽，所述挡油筋和所述导油槽均安设在所述变速器壳体的内壁上，所述挡油筋与所述导油槽流体连通，所述导油槽与所述电子无级变速器的需润滑部位流体连通，从而所述挡油筋可以将飞溅起来的润滑油挡住，使之流向所述导油槽，然后，所挡住的润滑油可以通过所述导油槽流向待润滑的部件，设计巧妙，结构简洁，能够与电子无级变速器的结构相匹配，具有润滑效果良好、不影响传动效率、不增加变速器重量的特点，适合于大规模推广使用。

附图说明

图1是安装本发明的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统的一具体实施例的电子无级变速器的侧视局部剖视示意图。

图2是图1所示的电子无级变速器的局部放大示意图。

图3a是图1所示的电子无级变速器的行星结构的立体示意图。

图3b是图1所示的电子无级变速器的行星结构的主视图。

图3c是图1所示的电子无级变速器的行星结构的左视图。

图4是图1所示的具体实施例的输入油道流量分配的仿真模型。

图5是图1所示的具体实施例的第一油孔和第二油孔的流量分布曲线图，其中实线是第一油孔出口的质量流量，虚线是第二油孔出口的质量流量。

图6是图1所示的具体实施例的原理流程图。

图7是图1所示的具体实施例的变速器壳体的内部结构示意图。

图8是图1所示的具体实施例的热平衡计算流程图。

说明：1，变速器前壳体；2，变速器后壳体；3，双转子电机；4，电机输出轴；5，行星结构；6，主轴；7，副轴；8，差速器；9，溢流阀；10，油泵；11，过滤器；12，齿圈；13，行星轮；14，太阳轮；15，电机输出端与主轴连接处；16，第一油孔；17，第二油孔；18，后止推轴承；19，前止推轴承；20，滚针轴承；21，行星架，22，挡板，23，行星架径向油孔；24-齿圈径向油孔；25，导油槽；26，挡油筋，31，油泵与主轴之间的连接管道；32、33、34，主轴中被第一油孔和第二油孔分隔开的润滑油流通的管道，31和32之间的部件是突缩管接头，是连接两种不同管径的管子的转换接头。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。其中相同的部件采用相同的附图标记。

请参见图1-图8所示，所述电子无级变速器包括变速器壳体（由变速器前壳体1和变速器后壳体2连接而成）、行星结构5、主轴6、副轴7和差速器8，所述行星结构5、所述主轴6、所述副轴7和所述差速器8均位于所述变速器壳体内，所述差速器8通过所述副轴7连接所述主轴6，所述行星结构5安设在所述主轴6上，本发明的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统包括润滑油（未示出）和油泵10，所述润滑油设置在所述变速器壳体内，所述差速器8位于所述润滑油中，所述油泵10分别管路连接所述润滑油和所述主轴6，所述主轴6上径向设置有若干油孔。

为了实现良好的润滑效果，较佳地，所述油孔均匀间隔分布。所述油孔邻近所述行星结构5设置。

所述油孔可以相同，也可以不同，请参见图1-图2所示，在本发明的具体实施例中，所述油孔分为第一油孔16和第二油孔17，所述行星结构5位于所述第一油孔16和所述第二油孔17之间。

第一油孔16和第二油孔17可以根据需要确定，在本发明的具体实施例中，所述第一油孔16的直径为4mm，所述第二油孔17的直径为2mm。

所述油泵10可以设置在任何合适的位置，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述油泵10设置在所述变速器壳体外并安设在所述变速器壳体上。

为了对润滑油进行过滤，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括过滤器11，所述油泵10通过所述过滤器11管路连接所述润滑油。

为了防止润滑油压力太高，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括溢流阀9，所述溢流阀9与连接所述油泵10和所述主轴6的管路并联设置。

为了使得飞溅润滑效果更好，请参见图7所示，在本发明的具体实施例中，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括挡油筋26和导油槽25，所述挡油筋26和所述导油槽25均安设在所述变速器壳体的内壁上，所述挡油筋26与所述导油槽25流体连通，所述导油槽25与所述电子无级变速器的需润滑部位流体连通。需润滑部位可以是轴承。

上述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统的设计方法，结合所述行星结构5的润滑要求，通过油泵10的额定输出条件和输送润滑油的管路的尺寸，从而确定油孔的尺寸。

较佳地，所述设计方法还包含热平衡计算部分，所述热平衡计算部分通过计算出总产热量和散热量来计算净热流量，从而可以动态地确定平衡温度。

更佳地，所述总产热量与所述电子无级变速器总功率损失相等，所述散热量为通过变速器壳体向外界环境的散热量。

请参见图6所示，本发明的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统包括浸渍润滑、飞溅润滑和强制润滑三部分。

请参见图1和图6所示，浸渍润滑主要是差速器8浸泡在润滑油中，通过齿轮啮合传动的方式来润滑与之相配合的轴承和齿轮。

请参见图1、图6和图7所示，飞溅润滑主要是利用齿轮搅油所搅动起来的润滑油飞溅到需要润滑的轴承和齿轮上，在此过程中，为了更好地实现润滑目的，在变速器壳体上布置导油槽25和挡油筋26，所述挡油筋26可以将飞溅起来的润滑油挡住，使之流向所述导油槽25，然后，所挡住的润滑油可以通过所述导油槽25流向待润滑的部件。

请参见图1、图2、图3、图6所示，强制润滑主要是在变速器壳体外布置油泵10，利用所述油泵10将润滑油送至主轴6中，通过所述主轴6的径向油孔，利用主轴6高速运转所形成的离心力将润滑油送至行星结构5。所述油泵10由内置电机驱动，从而将润滑油吸入和输出，实现润滑油的循环；所述油泵10与过滤器11相连，可以将吸入油泵10的润滑油进行过滤；所述油泵10通过油管与溢流阀11相连接，可以实现限压作用，使整个循环回路工作在安全压力之下；所述油泵10可固定在车架之上，可以防止运行过程中振动过大；所述油泵10通过油管和低压金属组件C10与主轴6连通；所述主轴6上布置有2对相互对称的径向油孔即第一油孔16和第二油孔17，用来将润滑油甩出润滑行星结构5；所述油孔的尺寸根据仿真分析的结果所确定，保证供油量足够润滑行星结构5；所述油泵10的额定供油量以满足行星结构5润滑所需要的最大油量为标准进行配置。整个强制润滑部分的特点是：利用油泵10将润滑油输送到待润滑部分，并形成循环来保证在运行过程中不断有润滑油供应。另外，为了不妨碍第一油孔16和第二油孔17喷射出的润滑油，在行星架21上设置行星架径向油孔23，朝向第一油孔16；为了对行星结构5进行更全面的润滑，在齿圈12上还设置齿圈径向油孔24。

请参见图4和图5所示，利用计算机仿真技术将强制润滑部分通过油孔甩出去的油量进行计算，所述仿真技术涉及到液压仿真软件AMEsim和CFD软件。所述液压仿真就是用选定的与油泵10的额定输出参数作为初始条件，结合机械设计部分的参数，在AMEsim软件中选择合适的模块搭建从油泵到润滑油出口（径向油孔）这段油道流动模型，输入初始条件的参数，计算在不同工况下（初始条件不同）出每个径向油孔的出油量，通过改变所述径向油孔的尺寸，再次计算不同工况下径向油孔的出油量，从而可以得出需要重点润滑的部位的径向油孔的尺寸，对径向油孔的设计提出理论根据。所述CFD仿真就是在CFD前处理软件中建立从主轴6入口到油孔出口这一段的三维模型，并对模型进行网格划分和边界条件的设定，然后输出网格文件，再将网格文件导入到CFD软件中，设定初始条件和参差监控，计算从所述油孔中甩出的润滑油油量，改变输入条件和计算工况，再次进行计算，将得出的计算结果（最优的径向油孔尺寸）与液压仿真得出的计算结果进行对比，如果计算结果误差较小，那么可以认为理论上设计合理，能够满足润滑条件。所述仿真技术，其特点是通过建立仿真模型，计算仿真结果，将计算结果与设计参数相对照找出一种较优的设计方案。

最后，需要对所述电子无级变速器的润滑系统进行热平衡和效率计算，首先，计算出变速器内各齿轴件的功率损失，其中：

齿轮功率损失计算式：

$\mathrm{\η}=1-\left[\mathrm{\Σ}0.133(\frac{1}{z_1}+\frac{1}{z_2})\right][1+0.5{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_{\max }}\right)}^{0.7}\frac{T_{\max }}{T}]...\left(1\right),$

止推轴承功率损失计算式：

T＝T_P+T_l+T_s   ……（2），

T_P＝0.5f_pFD_P   ……（3），

$T_l={10}^{-7}{f}_l{\left(\mathrm{vn}\right)}^{\frac{2}{3}}{D}_P^3...\left(4\right),$

T_s＝0   ……（5），

其中：η是效率，z₁和z₂是主动齿轮和从动齿轮的齿数，ω是齿轮旋转角速度，ω_max是最大角速度，T是输入主轴6的转矩，T_max是输入的最大转矩，f_P和f_l是摩擦系数，v是润滑油的运动粘度，n是轴承的转速，D_p是轴承中心圆直径，F是轴承轴向所承受的压力，Tp是摩擦力矩；Tl是零部件之间润滑油粘滞力矩；Ts是密封件的滑动摩擦力矩。

滚针轴承功率损失计算式：

$P=\frac{\mathrm{\π\μ}{D}^{2}L{\mathrm{\ω}}^2}{2\mathrm{\λ}}\·\·\·\left(6\right),$

其中：μ是润滑油的动力粘度，D是滚针轴承的直径，L是滚针轴承的长度，ω是滚针轴承旋转角速度，λ是间隙比。

在不同输入工况下，待各齿轴件的功率损失全部计算出来后，将各部分功率损失相加就可以得到总的功率损失，从而就可以得到变速器的效率η。

功率损失在系统中最终将会以热的形式进行传递，由于润滑油的粘度与温度有关，想要保证润滑效果，在润滑系统中就需要考虑变速器内的热平衡，可以通过搭建热平衡循环的模块来计算变速器内的平衡温度，如果计算结果在设计范围内就可以认为理论上润滑系统方案可取。在计算热平衡温度时，首先需要输入的是外界环境温度t₁和变速器内的初始温度t₂，可以认为t₁基本保持不变，而t₂在运行过程中温度不断变化，那么变速器内产生的热量会向外界环境中散失，这样在计算热平衡时，t₂就是一个循环变化的量，直至最终达到平衡，计算流程参见图8。

为了实现重点部位要重点润滑的目的，在不改变轴向尺寸的前提下，利用仿真技术来设计径向油孔的尺寸，通过计算，第一油孔16的直径为4mm，第二油孔17的直径为2mm，这样通过仿真（在额定工况下，仿真模型如图4）得出的流量分布如图5，第一油孔16的流量为0.25kg/s，第二油孔17的流量均为0.08kg/s，可以满足需要。

本发明的上述挡油筋26有两方面的作用，一是可以挡住飞溅过来的润滑油，二是可以起到加强筋的作用；导油槽25一般是在待润滑的轴承与变速器壳体相接触的部位开槽，以此将所述挡油筋26挡住的润滑油导向待润滑部位，从而实现轴承的润滑。所述挡油筋26和导油槽25可均匀布置在变速器壳体上，其特点是不能够与齿轴件形成干涉，并能够满足强度校核要求。

通过本发明，可以在一定程度上解决电子无级变速器中轴承和行星结构5难以润滑的问题，同时还提供了研究润滑效果的仿真计算方法，为该领域内的科学研究提供了一种方向。本发明的优点简述如下：

1、本发明的电子无级变速器前后壳体上布置有导油槽25和挡油筋26，所述导油槽25和挡油筋26就是为了润滑飞溅润滑难以润滑到的轴承，所述挡油筋26是将飞溅起来的润滑油挡住导向所述导油槽25，润滑油就会流向所述导油槽25，而所述导油槽25与待润滑的轴承相连，这样就可以减少轴承处的磨损，理论上比现有技术中仅仅布置导油槽更加有效，可以推广应用。

2、本发明的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统的强制润滑部分就是通过油泵10对行星结构5进行重点润滑，所述油泵10外置于变速器，通过油管与所述电子无级变速器的主轴6相连，经过高速旋转的过程，将主轴6里的润滑油甩出，就可以润滑行星结构5，这样的设计巧妙地利用了传动系统高转速所产生的离心力的作用，使润滑油能够进入到靠飞溅润滑难以润滑的行星结构5，一定程度上提高了传动效率。

3、本发明的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统的仿真方法可以将流向行星结构5的润滑油的流量计算出来，所述仿真方法就是利用流体在管道内流动的原理通过AMEsim软件进行一维仿真，在不同工况下所得到的仿真结果可以有效地指导设计人员对主轴6的径向油孔尺寸进行设计，这样就能够在需要重点润滑的部位分配更多的润滑油，从而使行星结构5得到更好的润滑。

4、本发明对热平衡的仿真方法是通过建立仿真流程图，然后在Simulink中建立相应的仿真模块，对每个模块进行编程，最终得出平衡状态时的温度。通过该仿真可以计算出从开始运行到平衡过程中的变速箱效率，也能够验证仿真所计算出来的平衡温度是否满足设计需要。

综上，本发明的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统设计巧妙，结构简洁，能够与电子无级变速器的结构相匹配，具有润滑效果良好、不影响传动效率、不增加变速器重量的特点，适合于大规模推广使用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，所述电子无级变速器包括变速器壳体、行星结构、主轴、副轴和差速器，所述行星结构、所述主轴、所述副轴和所述差速器均位于所述变速器壳体内，所述差速器通过所述副轴连接所述主轴，所述行星结构安设在所述主轴上，其特征在于，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统包括润滑油和油泵，所述润滑油设置在所述变速器壳体内，所述差速器位于所述润滑油中，所述油泵分别管路连接所述润滑油和所述主轴，所述主轴上径向设置有若干油孔。

2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，其特征在于，所述油孔分为第一油孔和第二油孔，所述行星结构位于所述第一油孔和所述第二油孔之间。

3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，其特征在于，所述第一油孔的直径为4mm，所述第二油孔的直径为2mm。

4.根据权利要求1所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，其特征在于，所述油泵设置在所述变速器壳体外并安设在所述变速器壳体上。

5.根据权利要求1所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，其特征在于，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括过滤器，所述油泵通过所述过滤器管路连接所述润滑油。

6.根据权利要求1所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，其特征在于，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括溢流阀，所述溢流阀与连接所述油泵和所述主轴的管路并联设置。

7.根据权利要求1所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统，其特征在于，所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统还包括挡油筋和导油槽，所述挡油筋和所述导油槽均安设在所述变速器壳体的内壁上，所述挡油筋与所述导油槽流体连通，所述导油槽与所述电子无级变速器的需润滑部位流体连通。

8.一种根据权利要求1所述的用于电动汽车的电子无级变速器的润滑系统的设计方法，其特征在于，所述设计方法结合所述行星传动部分的润滑要求，通过油泵的额定输出条件和输送润滑油的管路的尺寸，从而确定油孔的尺寸。

9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包含热平衡计算部分，所述热平衡计算部分通过计算出总产热量和散热量来计算净热流量，从而可以动态地确定平衡温度。

10.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于，所述总产热量与所述电子无级变速器总功率损失相等，所述散热量为通过变速器壳体向外界环境的散热量。

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