具有高重合度的細(xì)高齒設(shè)計(jì)提升電驅(qū)動(dòng)橋NVH性能

細(xì)高齒應(yīng)用

NVH（noise噪聲，vibration振動(dòng)，harshness聲振粗糙度）為汽車性能的 關(guān)鍵指標(biāo)之一。

電動(dòng)汽車與燃油汽車相比，動(dòng)力源電機(jī)的噪聲比發(fā)動(dòng)機(jī)有所降低，驅(qū)動(dòng)橋的 噪聲會(huì)更為突出，因此提高驅(qū)動(dòng)橋的NVH性能對(duì)電動(dòng)汽車的品質(zhì)具有重要意義。

通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋和變速箱NVH的研究表明，齒輪的傳遞誤差波動(dòng)是傳動(dòng)系統(tǒng)噪 聲的主要激勵(lì)，可以說(shuō)齒輪噪聲是驅(qū)動(dòng)橋NVH問(wèn)題的源頭之一，因此圓柱齒輪 的設(shè)計(jì)對(duì)電驅(qū)動(dòng)橋的品質(zhì)至關(guān)重要。

采用具有高重合度的細(xì)高齒設(shè)計(jì)成為提升電驅(qū)動(dòng)橋NVH性能的有效手段之一。

傳動(dòng)原理

齒輪傳動(dòng)是依靠各對(duì)齒輪的依次嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際嚙合線長(zhǎng)度與基圓齒距 的比值稱為重合度。

為了使齒輪能夠連續(xù)傳動(dòng)，應(yīng)該保證前一對(duì)齒輪脫離嚙合前，后一對(duì)齒輪已 經(jīng)進(jìn)入嚙合，即重合度必須大于1。作為衡量齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件，重合度越大 ，表明齒輪傳動(dòng)的連續(xù)性和平穩(wěn)性越好。

圖解說(shuō)明

理論分析

通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)齒輪的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了研究，表明重合度是影響圓 柱齒輪NVH的關(guān)鍵因素。齒輪設(shè)計(jì)的重合度越高，齒輪的嚙合線長(zhǎng)度越長(zhǎng)、嚙合 剛度越大且波動(dòng)越小，齒輪的動(dòng)態(tài)激勵(lì)越小，越有利于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)獲得低的振 動(dòng)和噪聲。

我們進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究，得到了軸向重合度、端面重合度與噪聲分貝值 的關(guān)系。如左圖所示，軸向重合度（?β）和端面重合度（?α）增大時(shí)噪聲呈下降 趨勢(shì)。右圖展示了齒頂高系數(shù)han與接觸剛度Cym、接觸線長(zhǎng)Lm之間的關(guān)系，更有利地支持了如上結(jié)論。

雖然采用細(xì)高齒來(lái)提高齒輪嚙合重合度可改善NVH性能，但如下因素也是影 響NVH主要因素之一，例如：周節(jié)累計(jì)誤差、齒形、齒向參數(shù)誤差（鼓形量Ca， 齒形傾斜偏差fHa，撓度Cb，螺旋傾斜偏差fHb）及齒面粗糙度等參數(shù)均會(huì)對(duì)齒輪 NVH產(chǎn)生影響。這些因素在本文中由于扁幅所限未做展開(kāi)討論。

優(yōu)劣勢(shì)比較

概述

根據(jù)以上研究，在齒輪設(shè)計(jì)中合理地提升重合度有利于獲得好的NVH性能。而齒輪作為電驅(qū)動(dòng)橋的核心部件，直接決定了驅(qū)動(dòng)橋的速比、中心距等主要參數(shù) ，且決定了整個(gè)主減的受力狀態(tài)，進(jìn)而決定了軸、軸承、殼體等主要零部件的強(qiáng) 度和剛度要求，間接影響了整個(gè)主減幾乎每個(gè)零部件的設(shè)計(jì)。

根據(jù)電驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品的性能要求，齒輪設(shè)計(jì)的原則是在滿足強(qiáng)度的前提下盡 可能提高NVH性能。

CAE齒輪強(qiáng)度仿真計(jì)算

對(duì)一級(jí)齒輪使用細(xì)高齒設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行齒輪強(qiáng)度校核。依照ISO 6336:2006標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算齒輪應(yīng)力。按疲勞條件和材料S-N曲線計(jì)算許用應(yīng)力。

如圖所示，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度均滿足要求。

試驗(yàn)驗(yàn)證

（周節(jié)累計(jì)誤差、齒形齒向等誤差相當(dāng)前提下）

一級(jí)細(xì)高齒、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)齒NVH測(cè)試及結(jié)論

搭載了一級(jí)細(xì)高齒、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的電驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品A，順利通過(guò)了齒輪疲勞試驗(yàn)和總 成靜扭試驗(yàn)，驗(yàn)證了齒輪和電驅(qū)動(dòng)橋總成強(qiáng)度設(shè)計(jì)的合理性。產(chǎn)品A安裝到整車進(jìn)行路試，NVH測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

結(jié)論：

1.二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)齒輪NVH最高階次噪聲59dB，存在突出峰值，峰值比整車噪聲僅低11dB，對(duì) 整車噪聲具有一定的貢獻(xiàn)度。

2.一級(jí)細(xì)高齒NVH最高階次噪聲44dB，且曲線非常平穩(wěn)不存在明顯峰值，基本上全程低于 整車噪聲20dB以上，對(duì)整車噪聲貢獻(xiàn)度很低。

3.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可見(jiàn)重合度較低的標(biāo)準(zhǔn)齒（非大螺旋角）NVH表現(xiàn)正常，而細(xì)高齒的 NVH表現(xiàn)優(yōu)秀，體現(xiàn)了高重合度齒輪的優(yōu)勢(shì)。

一、二級(jí)均為細(xì)高齒電驅(qū)橋NVH測(cè)試及結(jié)論

產(chǎn)品B兩級(jí)齒輪均采用了細(xì)高齒設(shè)計(jì)，保證了齒輪高重合度，并減小螺旋角， 減少齒輪軸向力。該產(chǎn)品搭載在兩款不同的車型上，均進(jìn)行了NVH試驗(yàn)驗(yàn)證。

如下頁(yè)圖示，裝在車型I和II上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果：

結(jié)論：

1.根據(jù)測(cè)試結(jié)果，電驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品B在兩種不同的車型上，各種工況下，兩級(jí)齒輪的階次噪 聲值都很低，且曲線平穩(wěn)無(wú)明顯峰值，基本上全程低于整車噪聲20dB以上，對(duì)整車噪 聲貢獻(xiàn)度很低，NVH表現(xiàn)優(yōu)秀。

2.通過(guò)顧客試駕反饋，相比其他競(jìng)品，該產(chǎn)品的噪聲表現(xiàn)很好。

3.無(wú)論客觀數(shù)據(jù)還是主觀評(píng)價(jià)，都證明了該產(chǎn)品優(yōu)秀的NVH性能。

一、二級(jí)均為細(xì)高齒電驅(qū)橋NVH測(cè)試及結(jié)果

審核編輯：郭婷