新能源汽車自動變速器殼體壓鑄成型技術(shù)

本文綜述了新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀。針對新的傳動原理，論述了新能源汽車所需的變速器的結(jié)構(gòu)形式，并提出了亟待解決的三大主要問題。針對目前存在的主要問題，提出了可能的解決方案，主要為壓鑄工藝優(yōu)化計算以減少變形和常規(guī)缺陷; 以高硅鋁合金為基本體系并對合金成分進行優(yōu)化以解決傳統(tǒng)鋁合金硬度較低的問題; 采用微弧氧化方法對內(nèi)齒輪進行局部強化以進一步提高硬度及耐磨性，最終提高齒輪的坯料壽命。

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源( 或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置) ，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。主要包括: 混合動力汽車( HEV) 、純電動汽車( BEV，包括太陽能汽車) 、燃料電池電動汽車( FCEV) 、氫發(fā)動機汽車、其他新能源( 如高效儲能器、二甲醚) 汽車等各類別產(chǎn)品。

目前，在能源和環(huán)保的雙重壓力下，新能源汽車無疑將成為整個世界未來汽車的發(fā)展方向。對于我國來說，“十二五”期間，我國新能源汽車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段: 2011 －2015 年開始進入產(chǎn)業(yè)化階段，在全社會推廣新能源城市客車、混合動力轎車、小型電動車。“十三五”期間即2016 －2020 年，我國將進一步普及新能源汽車、多能源混合動力車，插電式電動轎車、氫燃料電池轎車將逐步進入普通家庭。所以，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，新能源汽車必將成為汽車行業(yè)發(fā)展的主流。

中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21 世紀(jì)初。2001 年，新能源汽車研究項目被列入國家“十五”期間的“863”重大科技課題，并規(guī)劃了以汽油車為起點，向氫動力車目標(biāo)挺進的戰(zhàn)略。“十一五”以來，我國提出“節(jié)能和新能源汽車” 戰(zhàn)略，政府高度關(guān)注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2008 年，新能源汽車在國內(nèi)已呈全面出擊之勢。2008 年成為我國“新能源汽車元年”。2008 年1 －12 月新能源汽車的銷量增長主要是乘用車的增長，1 － 12 月新能源乘用車銷售899 臺，同比增長117% ，而商用車的新能源車共銷售1 536臺，1 － 12 月同比下滑 17% 。2009 年，在密集的扶持政策出臺背景下，我國新能源汽車駛?cè)肟焖侔l(fā)展軌道。雖然新能源汽車在中國汽車市場的比重依然微乎其微，但它在中國商用車市場上的增長潛力已開始釋放。2009 年1 － 11月，新能源乘用車銷量同比下降 61． 96% ，至 310 輛。

2009 年 1--11 月，新能源商用車———主要是液化石油氣客車、液化天然氣客車、混合動力客車等———銷量同比增長 178． 98% ，至 4 034 輛。相比在乘用車市場的冷遇，“新能源汽車”在中國商用車市場已開始迅猛增長。2010 年，我國正加大對新能源汽車的扶持力度，2010 年 6 月 1 日起，國家在上海、長春、深圳、杭州、合肥等5 個城市啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作。2010 年7 月，國家將十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點城市由20 個增至25 個。新能源汽車正進入全面政策扶持階段。

1、新能源汽車自動變速器結(jié)構(gòu)形式
變速器是傳統(tǒng)汽車和混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)的重要部件。變速器的性能對整車的動力性、經(jīng)濟性和 舒適性等有著重要的影響。由于新能源汽車直接或主要采用電動機驅(qū)動，其動力傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件—變速器結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機汽車將發(fā)生重大的變化。由于電動機的低速扭矩大、工作轉(zhuǎn)速范圍寬的特點，原本在普通汽車上需要5 擋、6 擋的變速器，在電動車上只需要2 擋、1 擋，甚至倒車都不需要勞煩變速器幫忙，只需電動機反轉(zhuǎn)即可。功能上的簡化常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。新能源汽車中，用于實現(xiàn)能量分流和綜合的動力分配裝置是一套行 星齒輪機構(gòu)，其中行星架與發(fā)動機的輸出軸相連，齒圈與電動機的轉(zhuǎn)軸相連，同時也與輸出齒輪相連，而太陽齒輪軸發(fā)出的動力驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，中間與離合器相連，動力切換時會將太陽輪鎖死，使行星齒輪機構(gòu)以一定的傳動比工作。新能源汽車的變速器行星齒輪結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 行星齒輪結(jié)構(gòu)示意圖

就發(fā)展趨勢來看，新能源用汽車變速器呈現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)簡單，局部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征。整體結(jié)構(gòu)簡單是指變速器已經(jīng)簡化為一個傳動器或在動力總成中存在齒輪傳動部分。局部結(jié)構(gòu)復(fù)雜則是離合器殼體中須布置行星結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)無級變速。若實現(xiàn)這種局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)，則帶有內(nèi)齒輪的變速器殼體整體成型問題必須加以解決。就其制造技術(shù)而言，目前在三個方面存在問題。

1) 齒輪結(jié)構(gòu)作為汽車動力傳動的核心機構(gòu)，對其精度要求極高，這樣才能滿足汽車平穩(wěn)運行及平穩(wěn)加速。齒輪在運行過程中要承受高強度的循環(huán)應(yīng)力，頻率往往高達幾千 r / min，當(dāng)齒輪內(nèi)部存在氣孔、縮孔、微裂紋等常見缺陷時，會造成齒輪因疲勞斷裂而失效，使得動力傳輸不平穩(wěn)，甚至發(fā)生安全事故。但如何提高精度、避免變形以及減少壓鑄缺陷是一個首要的難題。

2) 齒輪結(jié)構(gòu)在動力傳動過程中齒與齒嚙合需要承受很大的力、這就要求齒輪的表面要有很好的耐磨性，耐磨性又取決于硬度的高低。材料硬度的高低則主要是由合金成分決定的。但眾所周知，常規(guī)壓鑄用的ADC12 及Al-Si9Cu3 遠(yuǎn)不能滿足耐磨性方面的要求。所以必須解決壓鑄材料的問題。