汽车传动系统齿轮啮合频率设计规范

Q/CC长城汽车股份有限公司企业标准Q/CCSJ0746—2014汽车传动系统齿轮啮合频率设计规范Specificationsfordrivelinesystemgearmeshfrequencydesign2014-10-31发布2014-12-01实施长城汽车股份有限公司发布Q/CCSJ0746—2014I标准文件更改状态记录序号文件更改通知单编号更改人更改标识更改处数日期1GG15-JS(BZ)-065王荣○a330Q/CCSJ0746—2014II目次前言................................................................................II1范围..............................................................................12术语和定义........................................................................13变速器整体简介及构架图............................................................14轴齿设计计算......................................................................35计算数据及折线图..................................................................96结果分析与评价...................................................................11Q/CCSJ0746—2014III前言本标准由长城汽车股份有限公司传动研究院提出。本标准由长城汽车股份有限公司技术中心标准化部归口。本标准由长城汽车股份有限公司传动研究院自动变速器项目组负责起草。本标准主要起草人：王荣、赵东华、佐山正幸。Q/CCSJ0746—20141汽车传动系统齿轮啮合频率设计规范1范围本标准规定了汽车传动系统齿轮设计过程中变速器整体简介及构架图、轴齿设计计算、计算数据及折线图、结果分析及评价。本标准适用于本公司生产、研发的所有汽车传动系统的齿轮速比、齿数、啮合频率的设计。2术语和定义下列术语和定义适用于本标准。2.1PHEVplughybridelectricvehicle插电式混合动力。2.2ISG电机integratedstartergenerator综合启动电机。3变速器整体简介及构架图3.1变速器整体简介以下主要是以PHEV变速器的齿轮啮合频率计算过程为例进行详细解释。PHEV变速器是一款双电机增程式混合动力变速器，可以实现纯电驱动、混合驱动、发动机增程驱动等工作模式。采用平行轴布置方式，双离合器连接嵌套式的两根输入轴，主驱动电机通过两级减速机构和差速器相连，通过双离合器和两输入轴的连接实现发动机驱动时的高低挡互换。3.2变速器构架图PHEV变速器整体架构如图1所示，轴齿剖切结构如图2所示，轴齿三维模型如图3所示。Q/CCSJ0746—20142①三缸发动机②ISG电机③双离合器模块④发动机低速挡齿轮副⑤发动机高速挡齿轮副⑥差速器及驱动轮轴○7主驱动电机○8主驱动电机齿轮副○9高压电池包图1PHEV变速器整体构架图图2PHEV变速器轴齿剖切图图3PHEV变速器轴齿三维模型Q/CCSJ0746—201434轴齿设计计算4.1整车速比输入要求整车速比输入要求如下：a)根据整车相关仿真分析得出：电机端速比要求9.6以上；b)由于变速器发动机端只有两个挡位，对比各个手动变速器的各挡位速比递减、挡位对应车速等，初步速比分配如表1所示；注：经我部多名专家评审后得出结论为：将PHEV变速器一挡速比按照6MT变速器的一挡或者二挡速比来设计，将PHEV变速器二挡速比按照6MT变速器的四挡或者五挡速比来设计。这样既可以满足车辆在低速时的动力性，又能保证车辆高速运行。c)根据整车相关仿真分析得出表1的初步速比要求，并按表1对各对齿轮的啮合情况计算出初步齿数，如表2所示。表1PHEV变速器速比预估值电机速比一级减速电机主减总速比2.553.849.79发动机低速一级减速主减总速比2.702.717.32高速一级减速主减总速比1.262.713.43表2PHEV变速器各个齿轮齿数选定挡位电机输入发动机一挡发动机二挡差速器齿数主动齿轮从动齿轮主动齿轮从动齿轮主动齿轮从动齿轮电机端差圈发动机端2050205434431973274.2整车动力模块输入PHEV变速器搭载发动机为三缸发动机，相关详细参数见表3，电机端匹配永磁同步电机，相关详细参数见表4，该整车性能目标见表5。表3发动机参数发动机型号3G10A排量（L）1.0缸体数3功率（kW/（r/min））80/5500扭矩（Nm/（r/min））150/1600～4000最高转速（r/min）6000Q/CCSJ0746—20144表4主驱动电机参数峰值功率（kW）45额定功率（kW）25峰值转矩（Nm）220额定转矩（Nm）110最高转速（r/min）12000最高运行转速（r/min）9100转子极数8电机型式永磁同步电机表5整车性能目标驱动模式性能指标CH051XPHEVCH061XPHEV混动模式最高车速（km/h）＞160＞160最大爬坡度（%）≥30≥300～100km/h加速时间（s）＜9＜9纯电动模式纯电动最高车速（km/h）＞100＞100纯电动续驶里程（km）30≤&≤5030≤&≤50纯电动爬坡度（%）＞24＞240～50km/h加速时间（s）＜6.5＜6.5轮胎半径（m）0.3014.3各个齿轮啮合频率计算由整车性能目标及公式（1）可计算出差速器转速：6021000Rvn......................................(1)式中：v——车辆的最高车速，单位为千米每小时（km/h）；n——差速器转速，单位为转每分钟（r/min）；R——车轮半径，单位为米（m）。根据差速器最高转速n，依据动力流反向计算各个齿轮副的啮合频率，然后根据计算出的数据建立折线图。运用公式（2）、（3）、（4）计算差速器轴上齿轮三阶以内的啮合频率：差速器轴齿轮啮合频率一阶：10006011znf.....................................(2)式中：f11——差速器一阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）；z——差速器齿圈齿数。Q/CCSJ0746—20145差速器轴齿轮啮合频率二阶：11122ff.......................................(3)式中：f12——差速器二阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）。差速器轴齿轮啮合频率三阶：11133ff........................................(4)式中：f13——差速器三阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）。运用公式（5）、（6）、（7）计算电机中间轴上齿轮三阶以内啮合频率：电机中间轴齿轮啮合频率一阶：10006011121zzznf○a...............................(5)式中：f21——电机中间轴一阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）；z1——与差速器齿圈啮合的电机端齿轮齿数；z11——电机中间轴上一级减速从动齿轮。电机中间轴齿轮啮合频率二阶：21222ff.......................................(6)式中：f22——电机中间轴二阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）。电机中间轴齿轮啮合频率三阶：21233ff.......................................(7)式中：f23——电机中间轴三阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）。运用公式（8）、（9）、（10）计算发动机中间轴上高速齿轮三阶以内啮合频率：发动机中间轴高速挡齿轮啮合频率一阶：10006022131zzznf○a............................(8)式中：Q/CCSJ0746—20146f31——发动机中间轴高速挡一阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）；z2——与差速器齿圈啮合的发动机端齿轮齿数；z21——发动机中间轴上高速挡一级减速从动齿轮。发动机中间轴高速挡齿轮啮合频率二阶：31322ff........................................(9)式中：f32——发动机中间轴高速挡二阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）。发动机中间轴高速齿轮啮合频率三阶：31333ff.......................................(10)式中：f33——发动机中间轴高速挡三阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）。运用公式（11）、（12）、（13）计算发动机中间轴上低速齿轮三阶以内啮合频率：发动机中间轴低速齿轮啮合频率一阶：10006023141zzznf○a..............................(11)式中：f41——发动机中间轴低速挡一阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）；z31——发动机中间轴上低速挡一级减速被动齿轮。发动机中间轴低速齿轮啮合频率二阶：41422ff......................................(12)式中：f42——发动机中间轴低速挡二阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）。发动机中间轴低速齿轮啮合频率三阶：41433ff.......................................(13)式中：f43——发动机中间轴低速挡二阶啮合频率，单位为千赫兹（kHz）。电机、ISG及发动机计算其输入轴振动频率的过程中需加入极数进行计算，该车型中各极数为：主驱动电机a=16，ISG电机b=16；动力研究院提供的发动机为三缸机，三缸机的极数为：c=6。运用公式（14）、（15）、（16）计算电机输入轴三阶以内振动频率：Q/CCSJ0746—20147电机输入轴振动频率一阶：1000601211151zzazznf................................(14)式中：f51——电机输入轴一阶振动频率，单位为千赫兹（kHz）；z12——电机输入轴齿轮齿数。电机输入轴振动频率二阶：51522ff.......................................(15)式中：f52——电机输入轴一阶振动频率，单位为千赫兹（kHz）。电机输入轴振动频率三阶：51533ff.......................................(16)式中：f53——电机输入轴一阶振动频率，单位为千赫兹（kHz）。运用公式（17）、（18）、（19）计算ISG电机高速时输入轴三阶以内振动频率：ISG电机高速时输入轴振动频率一阶：1000602222161zzbzznf................................(17)式中：f61——ISG电机高速挡时输入轴一阶振动频率，单位为千赫兹（kHz）；z22——高速挡输入轴齿轮齿数。ISG电机高速挡时输入轴振动频率二阶：61622ff.......................................(18)式中：f62——ISG电机高速挡时输入轴一阶振动频率，单位为千赫兹（kHz）。ISG电机高速挡时输入轴振动频率三阶：61633ff.......................................(19)式中：f63——ISG电机高速挡时输入轴一阶振动频率，单位为千赫