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通過改善電動汽車（E-mobility）中的齒輪表面提高能源效率

發布時間：2022-04-02

與傳統的內燃機相比，在電動汽車中使用的電動機的效率要高得多：高效的電動機通過變速箱將儲存在電池中能量的*多80％以動能的形式傳輸給車輪。在燃燒化石燃料時，轉化效率*為30％至40％，大約是電動機的一半。

盡管如此，人們仍在努力進一步提高電動汽車的能源效率，特別是在考慮到可以達到相應續航里程的前提下。此時，所用變速箱中齒面的表面特性也是一個調整要素。

通過磨削和隨后的精細磨削或拋光對齒輪進行硬精加工是齒輪加工鏈末端決定質量好壞的過程。在此過程中，對使用壽命、安靜運轉、功率傳輸和有效利用輸入能量的要求不斷提高。

由于精細磨削和拋光這兩個術語沒有官方定義，所以KAPP NILES創建了一個定義，這個定義涉及滾動磨削時可達到的表面質量（表1）。

表1：可實現的表面質量

引入了平均粗糙深度Rz和粗糙度的算術平均值Ra作為對比參數。很明顯，從某些表面質量開始，其他的參數，例如承重比率，比Rz和Ra更能描述表面質量的特征。

為了滿足日益增長的表面要求，不同加工方法也使用不同的刀具，如下所述。

-標準磨削-

在標準滾動磨削時，使用陶瓷結合的剛玉磨削蝸桿，它只有一種規格。

-精細磨削-

在精細磨削的多階段組合加工過程中，采用與精細磨削本身不同的其他磨削蝸桿規格進行預先磨削（標準滾動磨削）。這兩種規格都包含陶瓷結合，但可能有不同的剛玉類型和/或粒度。

-拋光-

在拋光的多階段組合加工過程中，預先磨削（標準滾動磨削）采用陶瓷結合的磨削蝸桿，而拋光采用聚氨酯或合成樹脂結合的磨削蝸桿。

在拋光的一步加工過程中（不與直接預先磨削結合），采用聚氨酯或合成樹脂結合的一體式刀具。

標準磨削

刀具有兩種不同的刀具規格。在用于精細磨削的區域中，在修整時降低進給速度（圖1）。由此可以影響工件可實現的表面質量。這種修整方法對齒輪的表面質量有影響，即使磨削蝸桿只有一個規格。

圖1：降低修整速度

下圖顯示了精細磨削前后的齒廓和齒面線測量。此時在嚙合測量的齒廓測量記錄（圖3）中已經可以看出這種修整技術可以**改善齒廓形狀偏差（ffα）。

圖2_3_4_5

正如預期的那樣，齒面線測量（圖5）沒有發生變化，因為根據*大的速度矢量，磨削凹槽處在齒寬方向中。

從粗糙度測量的圖形比較（圖3和7），可以看出表面已經被抹平。但是仍然可以看到粗糙度紋理。也就是說，可以將平均粗糙深度Rz和粗糙度的算術平均值Ra降低系數2或3。可以將**粗糙深度Rk和降低的**高度Rpk降低系數2（參見表2）。

圖3_7

表2：表面參數比較

噴丸嚙合的拋光

高度精細加工的齒面表面的另一個應用領域是用于電動驅動器和傳統驅動線路的卡車變速箱。電動卡車現在例如被用于廢物管理或在城市中運送消費品。一些食品折扣店甚至宣傳說，他們的貨物在大城市分店之間的運輸是通過電動卡車進行的。

下面介紹噴丸齒面的拋光。

工作順序如下所示：齒輪在硬化處理后像往常一樣用一體式磨削蝸桿進行滾動磨削。因此去除現有的加工余量（包括硬化變形）并生成*終的工件幾何形狀。然后對工件的齒面進行噴丸處理。噴丸的背后是齒面表面的加固，這里的齒面表面用于延長齒輪的使用壽命并且因此用于延長變速箱的使用壽命。在*后一個工作步驟中，在滾動磨床上通過一體式聚氨酯結合的刀具拋光齒面。

拋光可以去除噴丸產生的微凸起。不需要消除所有凹陷。

在圖8中對兩個齒輪進行比較。此圖左側顯示噴丸后的工件，右側顯示齒面拋光后的工件。