新能源汽車平行軸減速器靜扭試驗分析

姚永盼 馮升 羅鑫

摘要：減速器是新能源汽車中傳動部件的重要組成部分，能將電機的輸出扭矩通過減速器增扭，傳送到輸出軸，從而帶動汽車輪胎轉動。減速器的傳動性能直接影響到了汽車的效率、平穩性及驅動動力等方面。減速器的最大傳動扭矩直接受其機體材料、結構強度、齒輪性能等方面的影響。通過試驗分析減速器的最大靜扭扭矩，確保減速器在運行中可靠工作。

關鍵詞：減速器;靜扭;失效分析

引言

近年來隨著新能源汽車的快速發展，特別是純電動汽車的市場保有量及占有率逐年提升，純電動汽車在中國市場備受青睞，其重要性也日益凸顯。純電動汽車后橋主減速器是組成后橋的關鍵零部件，主要有兩個作用，一是可以為各個擋位提供一個相同的傳動比，二是改變動力傳輸的方向。主減速器中軸承的承載軸及齒輪的載荷，支撐部件的轉動，保證軸上部件轉動精度，軸承性能的優劣直接影響后橋運行的狀態。針對售后反饋某批次后橋在使用一段時間后出現異響的情況，經拆解后發現Ⅱ軸軸承出現旋轉卡滯及散架現象，針對該問題，開展后橋軸承失效機理分析。

1減速器的介紹

試驗的對象是一個新能源乘用車二級傳動的平行軸減速器，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行輸出，支撐軸承均為球軸承。該減速器設計額定扭矩、額定轉速等參數，如表1所示。在設計之初，對各零部件進行了強度和壽命校核，均在設計的范圍之內，其中各關鍵零部件能承受的靜扭強度均在2.5倍最大輸入扭矩以上，部分零部件達到3倍以上。

2純電動汽車傳動系統用油選擇

電動汽車的驅動力從傳統的內燃機轉向發動機，將不再使用內燃機，但變速箱（減速箱）仍然很常見。與傳統的手動變速箱相比，電力驅動減速器結構簡單，轉速較少，結構中無需切換機構，同步器機構無需，也無需轉速變化即可產生最終井耗 因此效率較高。根據發動機的冷卻方式，純電動汽車傳動系統分為水冷發動機減速箱系統和油冷發動機減速箱系統（主要包括水冷發動機+減速箱 多級減速箱的設計目的是使電機在高效的轉速范圍內盡可能工作，同時考慮到其功率性能和經濟性，尤其是在極端轉速和低負載條件下，停機位切換可以確保電機處于隨著技術成熟程度的提高和成本的降低，多級減排者也將成為未來的趨勢：scheffler、Hereford、GK等。，長城WEYP8和長安CS75PHEV在后橋配備了雙速謝弗減速器，冷油發動機與多層減速箱的對應關系將成為純電動汽車發展的重要趨勢。

3試驗拆檢及分析

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，發現差速器兩半軸齒輪的輪齒有裂紋，并將該差速器齒輪進行熒光磁粉檢測探傷。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處齒根部兩道裂紋很大，裂縫清晰可見，裂縫沿輪齒根部裂開，齒端面、齒側面也存在裂紋;裂紋②處裂紋較小，肉眼難以發現，裂紋存在兩個齒的齒根部和側面。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處齒根部兩道裂紋很明顯，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、齒端面和齒側面均有裂紋。行星齒輪有一處裂紋，裂紋不明顯，肉眼無法看清楚，在熒光磁粉探傷下能發現，裂紋在齒端面上。

3.2后橋拆解分析

對已發生故障后橋進行拆解檢查內部清潔狀態，發現橋殼內部出現黑色黏稠狀雜質，差速器齒輪有啃齒印跡，二軸齒輪表面存在斑點若后橋在運轉過程中有異物或雜質進入軸承內部，會使軸承在運轉時長時間反復碾壓造成內、外圈出現褶皺，進而出現壓痕和磨損等，溝道粗糙度變得極大，使接觸表面迅速疲勞失效，終剝落。剝落物又會形成新的異物顆粒，使表面造成更大的破壞，噪音進一步加大。在此過程中，軸承運轉阻力隨之增大，運轉不靈活，熱耗隨之增加，軸承溫度上升，使內徑、外徑尺寸漲大，軸承游隙減小，進而造成內徑或外徑出現打滑，甚至燒傷。

3.3減速器技術

目前，主要汽車制造商的純電動汽車驅動系統采用單層減速器的驅動電機配置。低速減速器的動力傳動機械部分依靠兩級齒輪副實現減速扭轉。根據功能和位置，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 .驅動馬達→輸入軸→輸入軸齒輪→中間軸齒輪→軸齒輪減速器的雙速結構相對結構較為復雜。減速器的雙速結構圖見圖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，同步器齒套隨輸出軸齒輪轉動，此時減速器速度比是兩級齒輪的傳動比，適用于高扭矩、低速以及起動或提升截面。

4安全系數

該減速器的靜扭安全系數為S=M/Mmax=667/260=2.56式中：Mmax為減速器最大輸入扭矩，M為減速器發生失效時的扭矩。根據QC/T1022—2015《純電動乘用車用減速器總成技術條件》5.2.9中規定的靜扭強度后備系數應不小于2.5，得出該安全系數符合設計的要求。

結束語

作為新興事物，純電動汽車驅動系統仍舊存在許多技術難點等著我們更加深入的進行研究。但是我們應相信，隨著新材料和新技術的發展應用，數字化、深度集成化和智能化的純電動汽車驅動系統一定會是未來的發展方向。

參考文獻：

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