新能源汽車(chē)自動(dòng)變速器殼體壓鑄成型技術(shù)

本文綜述了新能源汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀。針對(duì)新的傳動(dòng)原理，論述了新能源汽車(chē)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(wèn)題。針對(duì)目前存在的主要問(wèn)題，提出了可能的解決方案，主要為壓鑄工藝優(yōu)化計(jì)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(duì)合金成分進(jìn)行優(yōu)化以解決傳統(tǒng)鋁合金硬度較低的問(wèn)題; 采用微弧氧化方法對(duì)內(nèi)齒輪進(jìn)行局部強(qiáng)化以進(jìn)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(chē)是指采用非常規(guī)的車(chē)用燃料作為動(dòng)力來(lái)源( 或使用常規(guī)的車(chē)用燃料、采用新型車(chē)載動(dòng)力裝置) ，綜合車(chē)輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車(chē)。主要包括: 混合動(dòng)力汽車(chē)( HEV) 、純電動(dòng)汽車(chē)( BEV，包括太陽(yáng)能汽車(chē)) 、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)( FCEV) 、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)、其他新能源( 如高效儲(chǔ)能器、二甲醚) 汽車(chē)等各類(lèi)別產(chǎn)品。

目前，在能源和環(huán)保的雙重壓力下，新能源汽車(chē)無(wú)疑將成為整個(gè)世界未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展方向。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，“十二五”期間，我國(guó)新能源汽車(chē)將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段: 2011 －2015 年開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，在全社會(huì)推廣新能源城市客車(chē)、混合動(dòng)力轎車(chē)、小型電動(dòng)車(chē)。“十三五”期間即2016 －2020 年，我國(guó)將進(jìn)一步普及新能源汽車(chē)、多能源混合動(dòng)力車(chē)，插電式電動(dòng)轎車(chē)、氫燃料電池轎車(chē)將逐步進(jìn)入普通家庭。所以，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，新能源汽車(chē)必將成為汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的主流。

中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)始于21 世紀(jì)初。2001 年，新能源汽車(chē)研究項(xiàng)目被列入國(guó)家“十五”期間的“863”重大科技課題，并規(guī)劃了以汽油車(chē)為起點(diǎn)，向氫動(dòng)力車(chē)目標(biāo)挺進(jìn)的戰(zhàn)略。“十一五”以來(lái)，我國(guó)提出“節(jié)能和新能源汽車(chē)” 戰(zhàn)略，政府高度關(guān)注新能源汽車(chē)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2008 年，新能源汽車(chē)在國(guó)內(nèi)已呈全面出擊之勢(shì)。2008 年成為我國(guó)“新能源汽車(chē)元年”。2008 年1 －12 月新能源汽車(chē)的銷(xiāo)量增長(zhǎng)主要是乘用車(chē)的增長(zhǎng)，1 － 12 月新能源乘用車(chē)銷(xiāo)售899 臺(tái)，同比增長(zhǎng)117% ，而商用車(chē)的新能源車(chē)共銷(xiāo)售1 536臺(tái)，1 － 12 月同比下滑 17% 。2009 年，在密集的扶持政策出臺(tái)背景下，我國(guó)新能源汽車(chē)駛?cè)肟焖侔l(fā)展軌道。雖然新能源汽車(chē)在中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的比重依然微乎其微，但它在中國(guó)商用車(chē)市場(chǎng)上的增長(zhǎng)潛力已開(kāi)始釋放。2009 年1 － 11月，新能源乘用車(chē)銷(xiāo)量同比下降 61． 96% ，至 310 輛。

2009 年 1--11 月，新能源商用車(chē)———主要是液化石油氣客車(chē)、液化天然氣客車(chē)、混合動(dòng)力客車(chē)等———銷(xiāo)量同比增長(zhǎng) 178． 98% ，至 4 034 輛。相比在乘用車(chē)市場(chǎng)的冷遇，“新能源汽車(chē)”在中國(guó)商用車(chē)市場(chǎng)已開(kāi)始迅猛增長(zhǎng)。2010 年，我國(guó)正加大對(duì)新能源汽車(chē)的扶持力度，2010 年 6 月 1 日起，國(guó)家在上海、長(zhǎng)春、深圳、杭州、合肥等5 個(gè)城市啟動(dòng)私人購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē)補(bǔ)貼試點(diǎn)工作。2010 年7 月，國(guó)家將十城千輛節(jié)能與新能源汽車(chē)示范推廣試點(diǎn)城市由20 個(gè)增至25 個(gè)。新能源汽車(chē)正進(jìn)入全面政策扶持階段。

1、新能源汽車(chē)自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)形式
變速器是傳統(tǒng)汽車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件。變速器的性能對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和 舒適性等有著重要的影響。由于新能源汽車(chē)直接或主要采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件—變速器結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)將發(fā)生重大的變化。由于電動(dòng)機(jī)的低速扭矩大、工作轉(zhuǎn)速范圍寬的特點(diǎn)，原本在普通汽車(chē)上需要5 擋、6 擋的變速器，在電動(dòng)車(chē)上只需要2 擋、1 擋，甚至倒車(chē)都不需要?jiǎng)跓┳兯倨鲙兔?，只需電?dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)即可。功能上的簡(jiǎn)化常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。新能源汽車(chē)中，用于實(shí)現(xiàn)能量分流和綜合的動(dòng)力分配裝置是一套行 星齒輪機(jī)構(gòu)，其中行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸相連，齒圈與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，同時(shí)也與輸出齒輪相連，而太陽(yáng)齒輪軸發(fā)出的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，中間與離合器相連，動(dòng)力切換時(shí)會(huì)將太陽(yáng)輪鎖死，使行星齒輪機(jī)構(gòu)以一定的傳動(dòng)比工作。新能源汽車(chē)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(shì)來(lái)看，新能源用汽車(chē)變速器呈現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單是指變速器已經(jīng)簡(jiǎn)化為一個(gè)傳動(dòng)器或在動(dòng)力總成中存在齒輪傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。若實(shí)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(wèn)題必須加以解決。就其制造技術(shù)而言，目前在三個(gè)方面存在問(wèn)題。

1) 齒輪結(jié)構(gòu)作為汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)的核心機(jī)構(gòu)，對(duì)其精度要求極高，這樣才能滿(mǎn)足汽車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行及平穩(wěn)加速。齒輪在運(yùn)行過(guò)程中要承受高強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力，頻率往往高達(dá)幾千 r / min，當(dāng)齒輪內(nèi)部存在氣孔、縮孔、微裂紋等常見(jiàn)缺陷時(shí)，會(huì)造成齒輪因疲勞斷裂而失效，使得動(dòng)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(gè)首要的難題。

2) 齒輪結(jié)構(gòu)在動(dòng)力傳動(dòng)過(guò)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(mǎn)足耐磨性方面的要求。所以必須解決壓鑄材料的問(wèn)題。