新能源汽車平行軸減速器靜扭試驗(yàn)分析

姚永盼 馮升 羅鑫

摘要：減速器是新能源汽車中傳動(dòng)部件的重要組成部分，能將電機(jī)的輸出扭矩通過(guò)減速器增扭，傳送到輸出軸，從而帶動(dòng)汽車輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)。減速器的傳動(dòng)性能直接影響到了汽車的效率、平穩(wěn)性及驅(qū)動(dòng)動(dòng)力等方面。減速器的最大傳動(dòng)扭矩直接受其機(jī)體材料、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、齒輪性能等方面的影響。通過(guò)試驗(yàn)分析減速器的最大靜扭扭矩，確保減速器在運(yùn)行中可靠工作。

關(guān)鍵詞：減速器;靜扭;失效分析

引言

近年來(lái)隨著新能源汽車的快速發(fā)展，特別是純電動(dòng)汽車的市場(chǎng)保有量及占有率逐年提升，純電動(dòng)汽車在中國(guó)市場(chǎng)備受青睞，其重要性也日益凸顯。純電動(dòng)汽車后橋主減速器是組成后橋的關(guān)鍵零部件，主要有兩個(gè)作用，一是可以為各個(gè)擋位提供一個(gè)相同的傳動(dòng)比，二是改變動(dòng)力傳輸?shù)姆较?。主減速器中軸承的承載軸及齒輪的載荷，支撐部件的轉(zhuǎn)動(dòng)，保證軸上部件轉(zhuǎn)動(dòng)精度，軸承性能的優(yōu)劣直接影響后橋運(yùn)行的狀態(tài)。針對(duì)售后反饋某批次后橋在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)異響的情況，經(jīng)拆解后發(fā)現(xiàn)Ⅱ軸軸承出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)卡滯及散架現(xiàn)象，針對(duì)該問題，開展后橋軸承失效機(jī)理分析。

1減速器的介紹

試驗(yàn)的對(duì)象是一個(gè)新能源乘用車二級(jí)傳動(dòng)的平行軸減速器，如圖1所示。輸入端為花鍵軸配合輸入，輸出端為差速器連接兩半軸進(jìn)行輸出，支撐軸承均為球軸承。該減速器設(shè)計(jì)額定扭矩、額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)，如表1所示。在設(shè)計(jì)之初，對(duì)各零部件進(jìn)行了強(qiáng)度和壽命校核，均在設(shè)計(jì)的范圍之內(nèi)，其中各關(guān)鍵零部件能承受的靜扭強(qiáng)度均在2.5倍最大輸入扭矩以上，部分零部件達(dá)到3倍以上。

2純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)用油選擇

電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力從傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)，將不再使用內(nèi)燃機(jī)，但變速箱（減速箱）仍然很常見。與傳統(tǒng)的手動(dòng)變速箱相比，電力驅(qū)動(dòng)減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速較少，結(jié)構(gòu)中無(wú)需切換機(jī)構(gòu)，同步器機(jī)構(gòu)無(wú)需，也無(wú)需轉(zhuǎn)速變化即可產(chǎn)生最終井耗 因此效率較高。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻方式，純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)減速箱系統(tǒng)和油冷發(fā)動(dòng)機(jī)減速箱系統(tǒng)（主要包括水冷發(fā)動(dòng)機(jī)+減速箱 多級(jí)減速箱的設(shè)計(jì)目的是使電機(jī)在高效的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)盡可能工作，同時(shí)考慮到其功率性能和經(jīng)濟(jì)性，尤其是在極端轉(zhuǎn)速和低負(fù)載條件下，停機(jī)位切換可以確保電機(jī)處于隨著技術(shù)成熟程度的提高和成本的降低，多級(jí)減排者也將成為未來(lái)的趨勢(shì)：scheffler、Hereford、GK等。，長(zhǎng)城WEYP8和長(zhǎng)安CS75PHEV在后橋配備了雙速謝弗減速器，冷油發(fā)動(dòng)機(jī)與多層減速箱的對(duì)應(yīng)關(guān)系將成為純電動(dòng)汽車發(fā)展的重要趨勢(shì)。

3試驗(yàn)拆檢及分析

3.1拆檢情況

差速器殼體未見明顯的變形及失效。拆解差速器，發(fā)現(xiàn)差速器兩半軸齒輪的輪齒有裂紋，并將該差速器齒輪進(jìn)行熒光磁粉檢測(cè)探傷。其中半軸齒輪Ⅰ有兩處裂紋，位于與兩行星齒輪嚙合位置，裂紋①處齒根部?jī)傻懒鸭y很大，裂縫清晰可見，裂縫沿輪齒根部裂開，齒端面、齒側(cè)面也存在裂紋;裂紋②處裂紋較小，肉眼難以發(fā)現(xiàn)，裂紋存在兩個(gè)齒的齒根部和側(cè)面。半軸齒輪Ⅱ有也兩處裂紋，也位于與兩行星齒輪嚙合位置，裂紋①處齒根部?jī)傻懒鸭y很明顯，肉眼可見，齒端面也有一道裂紋;裂紋②處裂紋較明顯，肉眼可見，齒根部、齒端面和齒側(cè)面均有裂紋。行星齒輪有一處裂紋，裂紋不明顯，肉眼無(wú)法看清楚，在熒光磁粉探傷下能發(fā)現(xiàn)，裂紋在齒端面上。

3.2后橋拆解分析

對(duì)已發(fā)生故障后橋進(jìn)行拆解檢查內(nèi)部清潔狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)橋殼內(nèi)部出現(xiàn)黑色黏稠狀雜質(zhì)，差速器齒輪有啃齒印跡，二軸齒輪表面存在斑點(diǎn)若后橋在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中有異物或雜質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，會(huì)使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)碾壓造成內(nèi)、外圈出現(xiàn)褶皺，進(jìn)而出現(xiàn)壓痕和磨損等，溝道粗糙度變得極大，使接觸表面迅速疲勞失效，終剝落。剝落物又會(huì)形成新的異物顆粒，使表面造成更大的破壞，噪音進(jìn)一步加大。在此過(guò)程中，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)阻力隨之增大，運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，熱耗隨之增加，軸承溫度上升，使內(nèi)徑、外徑尺寸漲大，軸承游隙減小，進(jìn)而造成內(nèi)徑或外徑出現(xiàn)打滑，甚至燒傷。

3.3減速器技術(shù)

目前，主要汽車制造商的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用單層減速器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)配置。低速減速器的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)械部分依靠?jī)杉?jí)齒輪副實(shí)現(xiàn)減速扭轉(zhuǎn)。根據(jù)功能和位置，它分為右箱體、左箱體、輸入軸部件、中間軸部件、差速器部件和停車部件p .驅(qū)動(dòng)馬達(dá)→輸入軸→輸入軸齒輪→中間軸齒輪→軸齒輪減速器的雙速結(jié)構(gòu)相對(duì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。減速器的雙速結(jié)構(gòu)圖見圖6，包括左箱體、右箱體、輸入總成、輸出總成、同步器、中間軸總成和停車總成p。與單減速器相比，雙速減速器可選擇輸出減速器處于行走位置時(shí)，同步器齒套隨輸出軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)減速器速度比是兩級(jí)齒輪的傳動(dòng)比，適用于高扭矩、低速以及起動(dòng)或提升截面。

4安全系數(shù)

該減速器的靜扭安全系數(shù)為S=M/Mmax=667/260=2.56式中：Mmax為減速器最大輸入扭矩，M為減速器發(fā)生失效時(shí)的扭矩。根據(jù)QC/T1022—2015《純電動(dòng)乘用車用減速器總成技術(shù)條件》5.2.9中規(guī)定的靜扭強(qiáng)度后備系數(shù)應(yīng)不小于2.5，得出該安全系數(shù)符合設(shè)計(jì)的要求。

結(jié)束語(yǔ)

作為新興事物，純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍舊存在許多技術(shù)難點(diǎn)等著我們更加深入的進(jìn)行研究。但是我們應(yīng)相信，隨著新材料和新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，數(shù)字化、深度集成化和智能化的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一定會(huì)是未來(lái)的發(fā)展方向。

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