纯电动汽车两级减速器齿轮设计研究

目前，全球的汽车行业都在大力发展电动化，以美国的特斯拉为例，2022 年全球销量达 131 万辆，同比增长 40%；国内的新能源汽车销量占比也在飞速提升，从 2020 年的 5.4% 提升到 2022 年的 20%。可以预见，在未来几年内，纯电动汽车将会代替燃油车，成为人们日常出行的主要交通工具。

随着电动化的发展，汽车驱动电机转速已经突破了 20 000 r/min，作为扭矩传递装置的减速器，需要满足高转速及高扭矩的要求；同时，纯电动汽车减速器还必须满足可靠性高和 NVH 性能好等要求。

为了提高汽车减速器的传动平稳性及 NVH 要求，常规的圆柱斜齿轮已无法满足纯电动汽车的要求，因此，本文将采用细高齿的设计方案，来提高齿轮的承载能力和重合度，实现高扭且平稳的传动。

上海环越机床今天给大家分享一篇文章，通过对某款纯电动汽车两级减速器齿轮的设计研究，通过增大齿高、微观修形等方法，计算校核了减速器的性能，获得了满足要求的纯电动汽车减速器。

1.两级减速器设计方案

设计流程

纯电动汽车减速器设计流程如图1 所示。

参数计算

该纯电动汽车驱动电机最高转速为16000r/min，峰值扭矩为320N·m，齿轮转速高、承载大，要求减速器每级齿轮重合度＞4，TE＜0.25μm。

齿轮重合度用 ε 表示，其计算公式为：

式中，α_α1、α_α2 为齿轮 1、2 的齿顶圆压力角；α 为齿轮啮合角；z₁、z₂ 为齿轮 1、2 的齿数；“＋”号用于外啮合，“－”号用于内啮合。

通过采用细高齿技术方案，优化齿轮齿廓参数，可以增加齿轮啮合重合度，从而提高齿轮承载能力和使用寿命，实现减振降噪、降低成本的目的。齿轮材料选用渗碳钢 20MnCr5，后期喷丸处理。图2是减速器传动结构图，输入轴为电机转轴，输出轴接车轮。

根据《齿轮设计手册》，确定齿轮宏观参数如表1所示。

从表1中可以看出，重合度都＞4，满足设计要求。

齿轮、轴承校核

本文将采用 Romax 软件对齿轮和轴承进行寿命分析及强度校核。在 Romax 中进行齿轴系统建模，添加载荷谱，计算可得表2的结果。

从表中可以看出，齿轮接触安全系数＞1.1，弯曲安全系数都＞1.2，满足寿命和强度要求。

齿轮微观修形

齿轮的啮合强度，除了受到齿轮本身模数、齿数、压力角以及配对安装距等宏观参数影响外，还受到微观几何参数的影响，其中齿轮修形就是一个重要的影响因素。齿轮在制造过程中会产生误差，因此需要对加工好的齿轮进行微观修行来优化齿形。采用 Romax 对齿轮进行修形并比较修形前后齿轮载荷分布情况。

修形前后齿轮单位长度载荷分布情况如图3~图6 所示。

对比可发现，修形可降低齿面最大载荷，从而提高齿轮接触及弯曲强度，增加齿轮寿命。

2.试验验证

试验项目

根据 QC/T 1022-2015《纯电动乘用车用减速器总成技术条件》进行试验验证。

试验项目包括静扭试验、超速性能试验、高速性能试验、NVH 试验、效率试验、接触斑点试验和疲劳寿命试验。

试验方法

将减速器水平安装在试验台架上，半轴另一端接电机，设置好工况开始试验。试验过程如图7 所示。

试验结果

所有试验完成后对减速器进行拆解检验，齿轮无断裂、无严重点蚀，轴承转动正常，试验合格。

NVH 试验结果如图8所示，最大噪声出现在减速器左侧，声压级为80dB（A）。根据要求，减速器加载噪声应不大于83dB（A），试验结果满足标准。