纯电动汽车两挡自动变速器效率和热平衡仿真分析

摘要

随着纯电动汽车的不断发展，对于其爬坡性能、加速性能以及续驶里程的等汽车性能提出了必要的要求，装备两挡AMT的纯电动汽车目前成为了国内外研究的热点。两挡AMT（Automated Mechanical Transmission）在运行过程中存在能量损失，包括齿轮啮合损失、轴承损失以及搅油损失。由于其结构紧凑和高度集成的特点，随之导致变速器整体的散热条件变差。若变速器损耗能量不能及时散发，齿轮轮齿将会承受较高的热负荷。过高的油温不仅会引起系统温度升高，还会影响齿轮的润滑效果和传动性能。此外，齿面温度过高，也是引起胶合的主要因素之一。因此对纯电动汽车两挡AMT进行整体热分析，研究其传热规律及热特性具有很重要的学术意义及应用价值。
　　本课题结合校企项目选择某两挡AMT变速器为研究对象，以传热学为理论基础，对变速器温度分布进行了研究，结合热网络和有限元方法对不同工况下的变速器温升过程及热平衡状态进行了分析计算，最后通过试验验证计算结果的正确性。具体内容有：
　　①变速器功率损失模型的建立。从功平面、热平面及润滑油平面建立齿轮系统能量转换模型；对变速器的效率进行理论分析，计算了变速器齿轮啮合损失、轴承摩擦损失和搅油损失多种能量损失，建立了变速器的效率模型；同时分析了不同工况下的功率损失及不同的损失对功率损失的贡献度，为齿轮系统热平衡分析奠定了基础。
　　②变速器热平衡分析及其验证。忽略各个构件内部温度分布对传热性能的影响，将传动系统各个构件转化为节点，综合考虑各个构件间的耦合关系。在对热传递过程中，在研究对流换热热阻和导热热阻的基础上，基于热网络法建立了变速器的热平衡模型，并对变速器在不同工况下的热平衡过程进行了计算。
　　③有限元仿真分析。由于热网络法无法对变速器内部构件内温度分布状态进行精确描述，在热平衡分析基础上，采用有限元分析法对变速器关键零件进行了温度场分析。首先运用SolidWorks建立变速器三维实体模型，然后运用Ansys建立变速器有限元分析模型。基于热网络的分析结果建立边界条件和齿轮温度场热平衡方程。以有限元仿真分析和理论分析计算相结合的手段，进而系统地分析了变速器温度场分布情况。
　　④变速器传动效率及温升过程试验研究。通过对变速器的传动效率及温升过程进行测试，得到了其在不同工况下的传动效率及温升过程，并与理论计算结果对比，发现二者的趋势比较吻合，说明基于热网络法和有限元的变速器热分析方法具有可行性。

目录

1 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 两挡自动变速器热功率损失研究

2.1 引言

2.2 能量传递模型

2.3 两挡自动变速器功率损失研究

2.4 本章小结

3 两挡自动变速器热平衡分析

3.1 引言

3.2 变速器的热平衡估算

3.3 热网络法概述

3.4 构件热阻研究

3.5 基于热网络的热平衡分析

3.6 本章小结

4 两挡变速器稳态热特性分析

4.1 引言

4.2 温度场分析的有限元法原理简介

4.3 齿轮箱有限元分析模型

4.4 齿轮箱热载荷的加载和边界条件的设定

4.5 有限元求解与结果分析

4.6 本章小结

5 两挡自动变速器效率及温升试验研究

5.1 引言

5.2 试验台工作原理

5.3 仿真与试验的结果对比分析

5.5 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B．作者在攻读硕士学位期间参与的项目