電驅動橋減速器潤滑油道布置

黃志武　江學飛　廖茜　蔣文俊　黃蘇剛

摘要：從電驅動橋減速器的使用條件和潤滑方式開始介紹，延申到對采用某鑄造殼體的兩級減速器油道的布置以及在低速前進和后退工況下的潤滑原理描述，最后通過流體仿真和樣品試驗進行多方驗證，形成了較為可靠和實用的寶貴經驗。

關鍵詞：電驅動橋；減速器；潤滑；油道；流體仿真

隨著汽車電動化的進程日益加快，商用輕型載貨車的電動化已迎來市場的爆發，業內普遍采用電機直接連接減速器的平行軸式電驅動橋，作為核心零部件的減速器總成開發呈現百花齊放的競爭態勢，有工藝復雜的緊湊型三級減速產品、也有通用性好的兩級減速產品、還有鋁合金殼體減速器甚至兩擋減速器，各減速器內的不同軸承在高低速時潤滑條件有著巨大的差異。

考慮減速器在低速前進和后退時如果存在潤滑油量不足的情況，哪怕極短的高溫也將導致軸承不可逆的損傷，因此闡述低速前進和后退時減速器內的潤滑油道布置原理和分析實踐尤為重要。

減速器使用條件和潤滑方式

減速器內的潤滑首先需考慮軸承、齒輪、油封等摩擦副和齒輪油的正常使用溫度，其次考慮的是適應不同生產制造工藝下合理的潤滑方式。

對于橡膠材料的油封，一般要求丁腈橡膠（NBR）工作溫度范圍是-40～+120℃，可以穩定工作于100℃以內，短時工作于120℃；對于氟橡膠（FKM），可穩定工作于-30～+200℃，短時工作于230℃；一般軸承的熱處理穩定溫度為150℃，因此應嚴格限制減速器內局部溫度超過120℃，只允許在長時間高速高扭的極限工況下溫度接近150℃；一般需要根據汽車使用地域環境溫度選擇合適牌號和等級的齒輪油，對于商用車減速器，推薦選用質量等級GL-4或GL-5的齒輪油，SAE 80W/90齒輪油可用于我國南方冬季溫度不低于-20℃的地區，SAE 75W/90齒輪油可用于我國南方冬季溫度不低于-35℃的地區，SAE 75W/90齒輪油可用于我國南方夏季最高氣溫達40℃的炎熱地區[1]。結合QC/T 1022—2015《純電動乘用車用減速器總成技術條件》高速性能試驗條件中要求試驗油溫90～110℃[2]，可以歸納商用車減速器通常使用溫度范圍為-30～+120℃。

常見的潤滑方式有主動潤滑和被動潤滑，也可同時應用兩種潤滑方式。

主動潤滑又稱強制潤滑，主要由油泵、過濾器、專用油道（油管）、噴油嘴及油冷器等組成。油泵的壓力將油液壓入油道，經過過濾器、專用油道（油管）和噴油嘴，導入到各個摩擦副中，對各個零部件進行潤滑和冷卻。主動潤滑常見于高功率、對性能要求高的齒輪箱中，有著成本較高、結構復雜、受限空間布置的缺陷，在此不做討論。

被動潤滑也叫飛濺潤滑（見圖1），不需要額外設計油路，可通過齒輪旋轉將油飛濺并經過合理設計的油道或者導向板即可實現對軸承的潤滑和冷卻。常見于中低功率、低成本、拆裝方便的減速器中。

被動潤滑應用于四軸三級減速或三軸兩級減速結構時，通常是利用能浸入齒輪油的大盤齒飛濺甩油以向布置處于更高或更遠位置的軸承供油，這種被動潤滑會設定以下前提：

1）負責甩油的齒輪需要保證被油液浸入，浸入深度為齒高的1～3倍（為減少攪油損失、液面越低越好）。

2）油液面應盡量多地能浸沒差速器軸承甚至上一級軸承的最底部1～2顆滾珠（以降低油道設計和工藝生產難度）。

3）通常中高速時，齒輪可帶動齒輪油以較大的線速度沿齒輪運轉的切線方向飛濺，受殼體內壁和齒軸阻擋又將四散排溢，因而一般中高速時不存在飛濺油量不足的隱患。

因此，采用將油道和擋油板設置成一體鑄造的結構具有成本低、零件少、工藝性好及通用性高等諸多優點。

減速器油道布置及潤滑原理

某被動潤滑的減速器裝配如圖2所示，結合該圖和鑄造成型的殼體、殼蓋對其油道布置和潤滑原理做如下詳細闡述。

（1）某減速器殼體? 如圖3所示，鑄造成型出以下特征：

1）在一軸右軸承孔和二軸右軸承孔上設置橫貫式長條狀擋油板，擋油板底部設置有方形油槽與一軸右軸承孔互通。因此可收集一級被動齒輪和二級被動齒輪飛濺出的齒輪油并向兩側排溢，排溢的齒輪油一部分往右側進入一軸右軸承孔、一部分往左側流動并跌落至殼蓋的擋油板處匯集。

2）二軸右軸承孔與差速器右軸承孔之間設置了長條狀油槽互通，二軸右軸承孔處的大量油液可由此導入差速器右軸承，該差速器軸承的潤滑可得到強效的補充。而另一側因為一級被動齒輪飛濺的齒輪油可直接流向差速器左軸承，因此不存在潤滑油少的隱患。

3）一軸右軸承孔與二軸右軸承孔之間設置方形油槽，有利于讓處于高點的一軸右軸承孔處的齒輪油自然的流入二軸右軸承孔進行潤滑。

4）一軸右軸承孔與二軸右軸承孔之間設置方形油槽的正上方鏤空，依靠一、二軸軸承孔的外壁，可自然收集殼壁處流下的齒輪油并將其經由油槽導入二軸右軸承孔，從而形成第二條穩定的油流，對二軸右軸承孔的潤滑起到了強效的補充。

（2）某減速器殼蓋? 如圖4所示，鑄造成型出以下特征：

1）在一軸左軸承孔上側設置L形擋油板，L形擋油板底部分別設有與一、二軸左軸承孔互通的方形油槽。因此可收集一級被動齒輪飛濺出的齒輪油并將其導入一、二軸左軸承。

2）L形擋油板空間位置低于減速器殼體橫貫式擋油板并可承接其收集排溢的二級被動齒輪甩出的齒輪油，并將齒輪油導入到一、二軸左軸承孔內。

3）一軸左軸承孔與二軸左軸承孔之間設置方形油槽，有利于讓處于高點的一軸左軸承孔處的齒輪油自然的流入二軸左軸承孔處加強其潤滑油量。

根據上述結構和原理，前進時特別是低速前進時，二級被動齒輪作為動力源將齒輪油飛濺起形成油液源；低速倒車時或者減速器異側放置后低速前進時，一級被動齒輪作為動力源將齒輪油飛濺起形成油液源；各處擋油板與各級齒輪設置的間隙越小越有利于收集齒輪油，推薦以5mm為宜。實現了任一工況下均能收集到齒輪攪起飛濺的齒輪油并導向各個軸承形成穩定而充分的潤滑油流，對一側被齒輪遮蓋缺乏齒輪油的差速器軸承提供了了穩定潤滑油流。

潤滑仿真分析及試驗驗證

采用XFLOW流體仿真軟件對采用上述減速器的某輕型載貨車電驅動橋總成進行正反轉下的潤滑仿真。

定義輸入轉速為3300r/min，某型齒輪油密度為0.849g/cm3、動力黏度為0.0217Pa·s，溫度設定80℃，規定液面加油量4.2L。初始狀態如圖5所示。

正轉時減速器殼體及殼蓋側的齒輪油分布情況分別如圖6所示，可以觀察到輸入軸軸承與中間軸軸承均有穩定潤滑油來源，中間軸軸承處進入的油液可順著油槽流入殼體側差速器軸承，各軸承的潤滑充分。

反轉時減速器殼體及殼蓋側的齒輪油分布情況分別如圖7所示，可以觀察到輸入軸軸承與中間軸軸承均有穩定潤滑油來源，潤滑充分。

采用上述原理生產的某電驅動橋總成樣品，首先進行靜態油位試驗確認合適的加油位置和最大、最小加油量；然后分別模擬裝車姿態下和爬坡姿態下的各轉速潤滑試驗，試驗表明在3000～12000r/min的轉速內，各軸承處均可觀察到穩定的油流，且溫度均能保持在70℃以內且長時間維持恒定；后續搭載該產品的若干整車也順利通過了耐久路試。

結語

目前兩級減速形式的電驅動橋已成為市場的主流，具有成本低、零件少、工藝性好及通用性高等諸多優點。 通過減速器殼體與殼蓋上巧妙設置的擋油板和潤滑油道，可確保在任一工況（特別是低速前進和后退工況）下均能收集到一級被動齒輪或二級被動齒輪攪起飛濺的齒輪油，并導向各個軸承形成穩定而充分的潤滑油流，可以充分確保驅動橋的使用可靠性。

參考文獻：

[1] 馮大強.汽車齒輪油的選擇與使用[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（12）：64，68.

[2] 全國汽車標準化技術委員會.純電動乘用車用減速器總成技術條件：QC/T 1022—2015[S].北京：中國標準出版社，2015.