汽车传动系统齿轮啮合频率设计规范

长城汽车股份有限公司
发 布
Q/CC SJ0746—2014
标准文件更改状态记录
序号 1 文件更改通知单编号 GG15-JS(BZ)-065 更改人 王荣 更改标识
a ○
更改处数 3
日 30
期
I
Q/CC SJ0746—2014
目
次
前言 ................................................................................ II 1 范围 .............................................................................. 1 2 术语和定义 ........................................................................ 1 3 变速器整体简介及构架图 ............................................................ 1 4 轴齿设计计算 ...................................................................... 3 5 计算数据及折线图 .................................................................. 9 6 结果分析与评价 ................................................................... 11
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。 2.1 PHEV plug hybrid electric vehicle 插电式混合动力。 2.2 ISG电机 integrated starter generator 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。
整车性能目标
CH051X PHEV ＞160 ≥30 ＜9 ＞100 30≤&≤50 ＞24 ＜6.5 0.301 CH061X PHEV ＞160 ≥30 ＜9 ＞100 30≤&≤50 ＞24 ＜6.5
4.3 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：
n
式中：
v 1000 ...................................... (1) 2R 60
Q/CC
长 城 汽 车 股 份 有 限 公 司 企 业 标 准
Q/CC SJ0746—2014
汽车传动系统齿轮啮合频率设计规范
Specifications for drive line system gearmesh frequency design
2014 - 10 - 31 发布
2014 - 12 - 01 实施
f 21
式中：
n z z11 z1 60 1000
a ○
............................... (5)
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：
4.2 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 排量（L） 缸体数 功率（kW/（r/min）） 扭矩（Nm/（r/min）） 最高转速（r/min） 3G10A 1.0 3 80/5 500 150/1 600～4 000 6 000
f 22 2 f 21 ....................................... (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：
f 23 3 f 21 ....................................... (7)
1
Q/CC SJ0746—2014
①三缸发动机 ④发动机低速挡齿轮副
7 主驱动电机 ○
②ISG电机 ⑤发动机高速挡齿轮副
8 主驱动电机齿轮副 ○
③双离合器模块 ⑥差速器及驱动轮轴
9 高压电池包 ○
图1 PHEV 变速器整体构架图
图2 PHEV 变速器轴齿剖切图
图3 PHEV 变速器轴齿三维模型
2
Q/CC SJ0746—2014 4 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ຫໍສະໝຸດ Baidu 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；
II
Q/CC SJ0746—2014
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。
III
Q/CC SJ0746—2014
汽车传动系统齿轮啮合频率设计规范
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1 PHEV 变速器速比预估值
电机速比 一级减速 2.55 低速 发动机 高速 一级减速 2.70 一级减速 1.26 电机主减 3.84 主减 2.71 主减 2.71 总速比 9.79 总速比 7.32 总速比 3.43
表2 PHEV 变速器各个齿轮齿数选定
挡位 电机输入 主动 齿数 齿轮 20 从动 齿轮 50 发动机一挡 主动 齿轮 20 从动 齿轮 54 发动机二挡 主动 齿轮 34 从动 齿轮 43 电机端 19 差速器 差圈 73 发动 机端 27
f 41
式中：
n z z31 z2 60 1000
a .............................. (11) ○
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：
5
Q/CC SJ0746—2014 f31——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：
f 32 2 f 31 ........................................ (9)
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：
6
Q/CC SJ0746—2014 电机输入轴振动频率一阶：
f 51
式中：
n z z11 a ................................ (14) z1 z12 60 1000
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：
f11
式中：
n z ..................................... (2) 60 1000
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。
4
Q/CC SJ0746—2014 差速器轴齿轮啮合频率二阶：
f 12 2 f 11
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：
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：
f 31
式中：
n z z21 z2 60 1000
a ○
............................ (8)
f 42 2 f 41 ...................................... (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：
f 43 3 f 41 ....................................... (13)
3
Q/CC SJ0746—2014 表4 主驱动电机参数
峰值功率（kW） 额定功率（kW） 峰值转矩（Nm） 额定转矩（Nm） 最高转速（r/min） 最高运行转速（r/min） 转子极数 电机型式 45 25 220 110 12 000 9 100 8 永磁同步电机
表5
驱动模式 最高车速（km/h） 混动模式 最大爬坡度（%） 0～100 km/h 加速时间（s） 纯电动最高车速（km/h） 纯电动模式 纯电动续驶里程（km） 纯电动爬坡度（%） 0～50 km/h 加速时间（s） 轮胎半径（m） 性能指标
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：
f 33 3 f 31 ....................................... (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：
....................................... (3)
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：
f13 3 f11 ........................................ (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：
f 52 2 f 51 ....................................... (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：