高速減速器NVH的案例
電動車高速減速器NVH優化研究
關鍵詞：高速減速器；NVH；齒輪傳動；模態分析
1 引言
隨著電動汽車行業的快速發展，電機也朝著高效率高功率密度的方向不斷提升，電機的轉速也在不斷加大。為了順應電機的發展趨勢，與之匹配的減速器的輸入轉速也在不斷提高，最高輸入轉速需求已經達到15000rpm～20000rpm，這對于高速齒輪傳動的NVH提出了巨大的挑戰。本文主要分析研究某電動汽車高速減速器NVH問題，并進行相關優化驗證。
2 問題分析
某電動汽車使用的電驅總成的電機最高輸出功率為150kw，最大輸出扭矩310Nm，最高輸出轉速為16000rpm，整車行駛過程中反映在全油門加速過程中全轉速存在齒輪嘯叫，尤其在電機輸出轉速為5500～7500rpm最明顯，不可接受。
展開 電動車高速減速器NVH優化研究
作者：邵鵬丨上海汽車變速器有限公司丨電驅未來
關鍵詞：高速減速器；NVH；齒輪傳動；模態分析
1 引言
隨著電動汽車行業的快速發展，電機也朝著高效率高功率密度的方向不斷提升，電機的轉速也在不斷加大。為了順應電機的發展趨勢，與之匹配的減速器的輸入轉速也在不斷提高，最高輸入轉速需求已經達到15000rpm～20000rpm，這對于高速齒輪傳動的NVH提出了巨大的挑戰。本文主要分析研究某電動汽車高速減速器NVH問題，并進行相關優化驗證。
2 問題分析
某電動汽車使用的電驅總成的電機最高輸出功率為150kw，最大輸出扭矩310Nm，最高輸出轉速為16000rpm，整車行駛過程中反映在全油門加速過程中全轉速存在齒輪嘯叫，尤其在電機輸出轉速為5500～7500rpm最明顯，不可接受。該電機匹配的是一款高轉速單檔減速器，采用的是兩級齒輪傳動，結構如圖1所示。經過聲學數據采集分析（如圖2），確定齒輪嘯叫的階次為21階，屬于減速器一級齒輪嚙合階次，能量最大的區域在減速器輸入軸5500～7500rpm，與整車反映的嘯叫問題完全一致，需進行高速齒輪NVH優化。
展開 多源激勵下電機-減速器一體化系統NVH的研究
實驗相關設備包括：永磁同步電機與減速器的動力總成系統、控制器、麥克風、LMS Testlab分析設備等。
實驗中參考國家標準，在半消音室內，麥克風距離動力總成1 m的距離。測試工況為動力總成系統從1 000 r/min到5 000 r/min的加速噪聲。
實驗環境與結果如圖6所示。
圖6 實驗環境與結果
對實驗結果進行分析可得：
(1)在加速過程中，減速器的9.65階噪聲較為明顯，電機的8階噪聲次之；
(2)在整個噪聲分布中，存在無明顯階次的頻域，屬于寬頻，由沖擊激勵導致；
(3)在加速過程中，在高速時有較大的噪聲，最大噪聲達到79 dB，這與仿真結果相符合。
5 結束語
筆者通過對電機-減速器一體化系統建模、仿真以及實驗分析，可得到如下結論：
(1)在相同階次下，一體化建模固有頻率有所降低，并有更豐富的固有模態分布，更易產生共振。經綜合考慮，永磁同步電機與減速器的一體化建模能夠更加準確地反映電動汽車動力總成的振動響應特性；
(2)機械激勵和電磁激勵是引起動力總成殼體結構振動的主要激勵源，機械激勵為主要影響因素，電磁激勵則在特定階次有較大的影響；
(3)電磁激勵主要引起動力總成電機部分殼體的振動，但在減速器殼體部分也受到電磁激勵的影響，齒輪嚙合產生的機械激勵同樣也會使得電機殼體產生振動。因此，在動力總成系統中，需要綜合考慮電磁激勵、機械激勵；
(4)本研究動力總成系統主要影響因素為二級齒輪副的9.65階機械激勵與電機的8階電磁激勵。仿真結果與實驗結果相符合，進一步說明多源激勵動力總成一體化建模可以有效地分析動力總成NVH性能。
展開 新能源減速器PTFE高速油封的開發應用
新能源電驅動的發展方向是高轉速、小型化、集成化，目前很多電驅動總成集成化&小型化設計方案是同軸電橋（即電驅動的動力輸入和輸出在同一軸線上，半軸需從電機軸和減速器輸入軸中心中空穿過），減速器輸入軸軸徑加大，對應油封唇口直徑增大，則油封的最大線速度遠超傳統橡膠油封的極限水平（傳統油封線速度的極限約＜20m/s，而同軸電橋的輸入軸油封線速度約30-40m/s）。油封的高速性能成為新能源電驅動發展的技術瓶頸。
1 PTFE高速油封的創新開發應用
通過行業不斷創新實踐，最終高速油封有了跨界的解決方案——PTFE（聚四氟乙烯），PTFE高速軸封原來大量成熟應用于工業壓縮機及航空航天事業，PTFE材料具備以下優點：
①超強的抗化學性能；
②極端的工作溫度（-50℃至200℃）；
③能承受 40m/s線速度（強化后可達 100m/s）；
④低摩擦，壽命長，可以在潤滑不足或無潤滑情況下運行。
PTFE高速油封的缺點是價格貴，其大約是同尺寸規格的橡膠油封價格的10倍左右。
PTFE高速油封已經成功應用于歐洲一款高性能的新能源同軸電驅動橋上。目前全球也僅有歐洲3家供應商具備生產PTFE高速軸封的能力。
國內新能源市場也開始探索開發同軸電驅動橋，并且也陸續開始引入PTFE高速油封。
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