刘小松 晁雅琴

摘要：采用两级平行轴结构，设计了某纯电动汽车减速器，主要从齿轮参数设计、轴承选用、NVH等方面开展研究，设计出符合要求的纯电动汽车减速器，并通过试验验证其可靠性。

关键词：纯电动汽车；减速器；齿轮

中图分类号：U469  收稿日期：2023-02-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.009

1 前言

目前，全球的汽车行业都在大力发展电动化，以美国的特斯拉为例，2022年全球销量达131万辆，同比增长40%；国内的新能源汽车销量占比也在飞速提升，从2020年的5.4%提升到2022年的20%。可以预见，在未来几年内，纯电动汽车将会代替燃油车，成为人们日常出行的主要交通工具。

随着电动化的发展，汽车驱动电机转速已经突破了20 000 r/min，作为扭矩传递装置的减速器，需要满足高转速及高扭矩的要求；同时，纯电动汽车减速器还必须满足可靠性高和NVH性能好等要求。

為了提高汽车减速器的传动平稳性及NVH要求，常规的圆柱斜齿轮已无法满足纯电动汽车的要求，因此，本文将采用细高齿的设计方案，来提高齿轮的承载能力和重合度，实现高扭且平稳的传动。

本文通过对某款纯电动汽车两级减速器齿轮的设计研究，通过增大齿高、微观修形等方法，计算校核了减速器的性能，获得了满足要求的纯电动汽车减速器。

2 两级减速器设计方案

2.1 设计流程

纯电动汽车减速器设计流程如图1所示。

2.2 参数计算

该纯电动汽车驱动电机最高转速为16 000 r/min，峰值扭矩为320 N·m，齿轮转速高、承载大，要求减速器每级齿轮重合度＞4，TE＜0.25 μm。

齿轮重合度用ε表示，其计算公式为：

[ε=12π[z1（tanαα1?tanα）±z2（tanαα2?tanα）]]

式中，[αα1]、[αα2]为齿轮1、2的齿顶圆压力角；α为齿轮啮合角；[z1]、[z2]为齿轮1、2的齿数；“＋”号用于外啮合，“－”号用于内啮合[1]。

通过采用细高齿技术方案，优化齿轮齿廓参数，可以增加齿轮啮合重合度，从而提高齿轮承载能力和使用寿命，实现减振降噪、降低成本的目的[2]。齿轮材料选用渗碳钢20MnCr5，后期喷丸处理。图2是减速器传动结构图，输入轴为电机转轴，输出轴接车轮。

根据《齿轮设计手册》，确定齿轮宏观参数如表1所示。

从表1中可以看出，重合度都＞4，满足设计要求。

2.3 齿轮、轴承校核

本文将采用Romax软件对齿轮和轴承进行寿命分析及强度校核。在Romax中进行齿轴系统建模，添加载荷谱，计算可得表2的结果。

从表中可以看出，齿轮接触安全系数＞1.1，弯曲安全系数都＞1.2，满足寿命和强度要求。

2.4 齿轮微观修形

齿轮的啮合强度，除了受到齿轮本身模数、齿数、压力角以及配对安装距等宏观参数影响外，还受到微观几何参数的影响，其中齿轮修形就是一个重要的影响因素[3]。齿轮在制造过程中会产生误差，因此需要对加工好的齿轮进行微观修行来优化齿形。采用Romax对齿轮进行修形并比较修形前后齿轮载荷分布情况。

修形前后齿轮单位长度载荷分布情况如图3～图6所示。

对比可发现，修形可降低齿面最大载荷，从而提高齿轮接触及弯曲强度，增加齿轮寿命。

3 试验验证

3.1 试验项目

根据QC/T 1022-2015《纯电动乘用车用减速器总成技术条件》[4]进行试验验证。

试验项目包括静扭试验、超速性能试验、高速性能试验、NVH试验、效率试验、接触斑点试验和疲劳寿命试验。

3.2 试验方法

将减速器水平安装在试验台架上，半轴另一端接电机，设置好工况开始试验。试验过程如图7所示。

3.3 试验结果

所有试验完成后对减速器进行拆解检验，齿轮无断裂、无严重点蚀，轴承转动正常，试验合格。

NVH试验结果如图8所示，最大噪声出现在减速器左侧，声压级为80 dB（A）。根据要求，减速器加载噪声应不大于83 dB（A），试验结果满足标准。

4 结语

以上对电动汽车减速器进行了正向设计和验证，通过以上分析研究，可以得出以下结论：

a.采用细高齿方案，可以提高齿轮重合度，优化变速器的NVH性能。

b.增大齿轮副重合度，可以使传动更加平稳。

c.对齿轮进行有效的微观修形，可以提高齿轮的接触强度和弯曲强度，从而提高变速器的使用寿命。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]王树山，刘红国，杨宝才.基于细高齿的电动汽车减速器设计研究[J].Automobile Parts，2021（6）：78-80.

[3]隋景玉，刘均伟，王教友，等.基于Romax的圆柱齿轮微观修形分析研究[J].汽车工艺师，2021（3）：61-64.

[4]尹夕兵，杨海华，薛理梅，等.纯电动乘用车用减速器总成技术条件[M].北京：中华人民共和国工业和信息化部，2015.

作者简介：

刘小松，男，1994年生，工程师，研究方向为轻型商务车和乘用车辆动力总成。