驅(qū)動橋軸承電蝕與噪音特性研究

劉景，馬洪濤，雷永輝

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

前言

驅(qū)動橋是重型汽車的動力總成核心部件之一，主要承擔了傳動、承載與制動功能。對于驅(qū)動橋的傳動功能項，存在兩大關(guān)鍵性能指標，一是NVH 性能，二是疲勞耐久。對于NVH 性能主要圍繞齒輪、軸承等振動激勵源。相較于傳統(tǒng)動力車型，純電動車型由于電動化問題，使得驅(qū)動橋的工作環(huán)境存在電磁輻射問題。電磁問題對驅(qū)動橋最大的影響在于漏電等極端問題，比如漏電會引發(fā)軸承電蝕等問題，本文所引用的售后故障案例即電機漏電而引起的驅(qū)動橋主錐軸承以及電機自身內(nèi)部軸承的電蝕問題。文章基于故障噪音的頻譜分析，以及驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)拆解，最終確定了軸承電蝕位置、原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防與整改措施。

1 純電動動力總成布置

目前市場上，純電動公交車所采用的動力總成布置方式以及懸架系統(tǒng)與傳統(tǒng)動力車型基本一致。僅僅是將發(fā)動機、變速器拆除，并替換為驅(qū)動電機、傳動軸與驅(qū)動橋（圖1）。這種設(shè)計方案具有結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)成本低、易于維修等特點，同時可繼承傳統(tǒng)動力汽車的懸架系統(tǒng)，因此在國內(nèi)純電動汽車行業(yè)應(yīng)用較為普及。

圖1 純電動公交動力總成布置

2 驅(qū)動橋NVH 故障測試與分析

2.1 車內(nèi)噪聲頻譜分析

根據(jù)車內(nèi)噪聲頻譜（圖2）， 基本判定車內(nèi)異響為尖銳鳴叫聲，其能量頻譜主要分布在1.5-4 KHz。另外，客戶通過驅(qū)動橋ABA 試驗發(fā)現(xiàn)，故障噪聲是由故障車輛的驅(qū)動橋?qū)е碌摹?/p>

基于以上數(shù)據(jù)，根據(jù)驅(qū)動橋噪聲特點可知，齒輪嚙合頻帶與故障噪聲頻帶位置不吻合，因此可排除齒輪故障。鑒于驅(qū)動橋內(nèi)部振動激勵只有齒輪與軸承，因此將問題鎖定在軸承上。

圖2 車內(nèi)噪聲頻譜

2.2 驅(qū)動橋拆解分析

（1）齒輪表面狀態(tài)

如圖3 所示，經(jīng)拆解分析可知，主減齒輪的齒面狀態(tài)良好，工作區(qū)域無擦傷、點蝕等現(xiàn)象。結(jié)合故障噪聲頻帶特點，可排除齒輪噪聲的嫌疑。

圖3 齒輪表面狀態(tài)

（2）軸承滾道狀態(tài)

圖4 軸承外圈滾道總貌圖

如圖4、圖5 所示，經(jīng)拆解分析發(fā)現(xiàn)，在主動錐齒輪軸、靠近電機一側(cè)的圓錐滾子軸承存在明顯的電蝕現(xiàn)象，主要特征表現(xiàn)為外圈滾道局部存在均勻分布、外形類似搓板紋的凹槽特征。經(jīng)過與售后部門溝通后，了解到軸承從未發(fā)現(xiàn)過此類故障，所以初步判斷為電動車獨有。

圖5 軸承外圈滾道局部圖

2.3 軸承電蝕與車內(nèi)噪音的契合度分析

首先，軸承外圈上存在一排近似等間隔的電蝕線，且手指可明顯觸摸到凹凸感。 這與故障噪聲的周期性沖擊特征一致；其次，軸承外圈上電蝕線之間的距離極小，這將導(dǎo)致高頻沖擊信號，這與故障噪聲的高頻特征一致；另外，軸承外圈僅在局部約 120 度范圍內(nèi)存在等間隔的點蝕線，其他部分不明顯。這在時域中將導(dǎo)致調(diào)幅現(xiàn)象，而在故障噪聲頻譜中明顯看到，故障噪聲的譜線為等間隔的譜線簇，即調(diào)幅信號的頻域表現(xiàn)；綜合以上分析，可以斷定，驅(qū)動橋發(fā)出的高頻鳴叫聲是由錐軸承滾道電蝕而引起的。

3 驅(qū)動橋軸承電蝕潛在原因

顧名思義，軸承電蝕是指當旋轉(zhuǎn)中的軸承內(nèi)部有電流通過時，經(jīng)過滾動接觸面（ 線） 的極薄油膜產(chǎn)生電火花，使表面局部溶解，出現(xiàn)類似點蝕的損傷。在放大鏡下觀察，點蝕部位如同火山口形狀的凹坑，從而可知產(chǎn)生電火花時發(fā)生了溶解。另外，電蝕會使?jié)L動面變成搓衣板狀。

研究指出，對于一些極對數(shù)較少的電動機而言（ 純電動車多為 4 對），由于電磁繞組加工誤差的存在，會導(dǎo)致內(nèi)部磁通量分布不均勻，進而沿電機主軸產(chǎn)生感應(yīng)電壓， 或者在軸與軸承座之間產(chǎn)生電壓差，最終形成電流回路。

4 結(jié)論

本文通過售后故障案例，詳細的介紹了驅(qū)動橋軸承電蝕的故障形貌、噪聲特性，并分析了導(dǎo)致軸承電蝕的具體原因。這為后續(xù)軸承電蝕噪音分析與處理提供了參考依據(jù)，同時根據(jù)純電動汽車的動力布置方式，建議在驅(qū)動橋輸入法蘭處增設(shè)絕緣措施，從而避免電機漏電而波及驅(qū)動橋軸承。