细高齿设计在优化电驱动桥NVH的应用
文章来源：EDC电驱未来
发布时间：2022-03-29
通过对驱动桥和变速箱NVH的研究表明，齿轮的传递误差波动是传动系统噪 声的主要激励，可以说齿轮噪声是驱动桥NVH问题的源头之一，因此圆柱齿轮 的设计对电驱动桥的品质至关重要。
细高齿应用
NVH（noise噪声，vibration振动，harshness声振粗糙度）为汽车性能的 关键指标之一。
电动汽车与燃油汽车相比，动力源电机的噪声比发动机有所降低，驱动桥的 噪声会更为突出，因此提高驱动桥的NVH性能对电动汽车的品质具有重要意义。
通过对驱动桥和变速箱NVH的研究表明，齿轮的传递误差波动是传动系统噪 声的主要激励，可以说齿轮噪声是驱动桥NVH问题的源头之一，因此圆柱齿轮 的设计对电驱动桥的品质至关重要。
采用具有高重合度的细高齿设计成为提升电驱动桥NVH性能的有效手段之一。
齿轮传动是依靠各对齿轮的依次啮合来实现的，实际啮合线长度与基圆齿距 的比值称为重合度。
为了使齿轮能够连续传动，应该保证前一对齿轮脱离啮合前，后一对齿轮已 经进入啮合，即重合度必须大于1。作为衡量齿轮连续传动的条件，重合度越大 ，表明齿轮传动的连续性和平稳性越好。
通过理论和实验的方法对齿轮的动态特性进行了研究，表明重合度是影响圆 柱齿轮NVH的关键因素。齿轮设计的重合度越高，齿轮的啮合线长度越长、啮合 刚度越大且波动越小，齿轮的动态激励越小，越有利于齿轮传动系统获得低的振 动和噪声。
我们进行了更进一步的研究，得到了轴向重合度、端面重合度与噪声分贝值 的关系。如左图所示，轴向重合度（ɛβ）和端面重合度（ɛα）增大时噪声呈下降 趋势。右图展示了齿顶高系数han与接触刚度Cym、接触线长Lm之间的关系，更有利地支持了如上结论.
虽然采用细高齿来提高齿轮啮合重合度可改善NVH性能，但如下因素也是影 响NVH主要因素之一，例如：周节累计误差、齿形、齿向参数误差（鼓形量Ca， 齿形倾斜偏差fHa，挠度Cb，螺旋倾斜偏差fHb）及齿面粗糙度等参数均会对齿轮 NVH产生影响。这些因素在本文中由于扁幅所限未做展开讨论。
根据以上研究，在齿轮设计中合理地提升重合度有利于获得好的NVH性能。而齿轮作为电驱动桥的核心部件，直接决定了驱动桥的速比、中心距等主要参数 ，且决定了整个主减的受力状态，进而决定了轴、轴承、壳体等主要零部件的强 度和刚度要求，间接影响了整个主减几乎每个零部件的设计。
根据电驱动桥产品的性能要求，齿轮设计的原则是在满足强度的前提下尽 可能提高NVH性能。
对一级齿轮使用细高齿设计方案并进行齿轮强度校核。依照ISO 6336:2006标准计算齿轮应力。按疲劳条件和材料S-N曲线计算许用应力。
如图所示，齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度均满足要求。
搭载了一级细高齿、二级标准齿轮的电驱动桥产品A，顺利通过了齿轮疲劳试验和总 成静扭试验，验证了齿轮和电驱动桥总成强度设计的合理性。产品A安装到整车进行路试，NVH测试数据如下：
1.二级标准齿轮NVH最高阶次噪声59dB，存在突出峰值，峰值比整车噪声仅低11dB，对 整车噪声具有一定的贡献度。
2.一级细高齿NVH最高阶次噪声44dB，且曲线非常平稳不存在明显峰值，基本上全程低于 整车噪声20dB以上，对整车噪声贡献度很低。
3.根据试验结果，可见重合度较低的标准齿（非大螺旋角）NVH表现正常，而细高齿的 NVH表现优秀，体现了高重合度齿轮的优势。
产品B两级齿轮均采用了细高齿设计，保证了齿轮高重合度，并减小螺旋角， 减少齿轮轴向力。该产品搭载在两款不同的车型上，均进行了NVH试验验证。
如下页图示，装在车型I和II上进行测试，测试结果：
1.根据测试结果，电驱动桥产品B在两种不同的车型上，各种工况下，两级齿轮的阶次噪 声值都很低，且曲线平稳无明显峰值，基本上全程低于整车噪声20dB以上，对整车噪 声贡献度很低，NVH表现优秀。
2.通过顾客试驾反馈，相比其他竞品，该产品的噪声表现很好。
3.无论客观数据还是主观评价，都证明了该产品优秀的NVH性能。
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