新能源客车混动行星排系统总成轴承寿命的校核计算
2019-07-09卢威
卢威
摘 要：结合新能源客车的自身是特点及城市公交车的工况，在混动和纯电动工作模式下；对一款新设计的混动行星排系统总成的轴承进行受力分析，校核计算轴承的寿命，计算结果表明，所设计的混动行星排系统总成的轴承可以满足整车设计寿命要求。
关键词：电动汽车；城市公交车；混动行星系统轴承；工况；寿命
随着我国的环境的问题越来越严重，同时石油、煤炭等不可再生资源的过度使用导致能源危机，需要我们发展新能源汽车。为了满足市场需要设计开发了混动行星排系统总成。现介绍其轴承寿命校核计算。
1 行星排系统理论受力分析
此混动行星排系统总成可以实现双电多模式工作，纯电动驱动模式： 驱动电机工作通过第二排行星齿轮，齿圈固定，单减功能，減速增扭；第一排行星齿轮随动；发动机静止，发电机随动。混动驱动模式：发动机工作输入第一排行星齿轮，产生功率分流，一部分流入发电机发电工作，另一部分和驱动电机经第二排行星齿轮一起工作作用输出轴。纯电动制动再生模式：驱动电机制动并进行能量回收；第一排行星齿轮随动。静止充电模式：发动机转矩控制工作输入第一排行星齿轮，发电机转速控制工作充电；第二排行星齿轮不工作。此系统比较复杂，该总成架构如图1：
1.1 后排受力分析
如受力分析示意图2，根据一对作用力的平衡原理可知：
注意：分別为太阳轮A和齿圈B的节圆半径，由于缺乏变位系数参数，此处将节圆半径近似等于分度圆用于计算，即：
rA=m·zA
rB=m·zB
代入计算可得：
所以：
FtC1=FtC2（方向如1示意图所示）
则行星轮沿其轴线平面径向力互相抵消，不给行星架造成额外径向力，即后排行星架无径向载荷。
下面考虑行星轮轴向力（右旋），见图3：
根据斜齿轮轴向力公式：
FaC=Ftc·tanβ
FaC1=Ftc1·tanβ
FaC2=Ftc2·tanβ
根据受力分析示意图1-3可得，FaC1和FaC2大小相等，方向相反，所以行星轮轴向力互相抵消，即后排行星架无轴向载荷。
至此，TM驱动电机通过后排驱动车辆时，后排行星架无轴向载荷Fa和径向载荷Fr作用到输出轴，即不对输出主轴承6313产生载荷，仅考虑前排作用力效应。
1.2 前排受力分析
根据前排工作特性，当发动机工作输出扭矩，前排受力分析如图4所示。
已知前排、ISG电机和ICE发动机参数，见表1：
计算前排齿圈扭矩TB
随着我国的环境的问题越来越严重，同时石油、煤炭等不可再生资源的过度使用导致能源危机，需要我们发展新能源汽车。为了满足市场需要设计开发了混动行星排系统总成。现介绍其轴承寿命校核计算。
1 行星排系统理论受力分析
此混动行星排系统总成可以实现双电多模式工作，纯电动驱动模式： 驱动电机工作通过第二排行星齿轮，齿圈固定，单减功能，減速增扭；第一排行星齿轮随动；发动机静止，发电机随动。混动驱动模式：发动机工作输入第一排行星齿轮，产生功率分流，一部分流入发电机发电工作，另一部分和驱动电机经第二排行星齿轮一起工作作用输出轴。纯电动制动再生模式：驱动电机制动并进行能量回收；第一排行星齿轮随动。静止充电模式：发动机转矩控制工作输入第一排行星齿轮，发电机转速控制工作充电；第二排行星齿轮不工作。此系统比较复杂，该总成架构如图1：
1.1 后排受力分析
如受力分析示意图2，根据一对作用力的平衡原理可知：
注意：分别为太阳轮A和齿圈B的节圆半径，由于缺乏变位系数参数，此处将节圆半径近似等于分度圆用于计算，即：
rA=m·zA
rB=m·zB
代入计算可得：
所以：
FtC1=FtC2（方向如1示意图所示）
则行星轮沿其轴线平面径向力互相抵消，不给行星架造成额外径向力，即后排行星架无径向载荷。
下面考虑行星轮轴向力（右旋），见图3：
根据斜齿轮轴向力公式：
FaC=Ftc·tanβ
FaC1=Ftc1·tanβ
FaC2=Ftc2·tanβ
根据受力分析示意图1-3可得，FaC1和FaC2大小相等，方向相反，所以行星轮轴向力互相抵消，即后排行星架无轴向载荷。
至此，TM驱动电机通过后排驱动车辆时，后排行星架无轴向载荷Fa和径向载荷Fr作用到输出轴，即不对输出主轴承6313产生载荷，仅考虑前排作用力效应。
1.2 前排受力分析
根据前排工作特性，当发动机工作输出扭矩，前排受力分析如图4所示。
已知前排、ISG电机和ICE发动机参数，见表1：
计算前排齿圈扭矩TB
