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文檔簡介

1、電動車高速減速器NVH優(yōu)化研究隨著電動汽車行業(yè)的快速發(fā)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(zhuǎn)速也在 不斷加大。為了順應(yīng)電機的發(fā)展趨勢,與之匹配的減速器的輸入轉(zhuǎn)速也在不斷提高,最高輸入轉(zhuǎn)速需 求已經(jīng)達(dá)到15000rpm20000rpm,這對于高速齒輪傳動的NVH提出了巨大的挑戰(zhàn)。本文主要分析 研究某電動汽車高速減速器NVH問題,并進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化驗證。問題分析某電動汽車使用的電驅(qū)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(zhuǎn) 速為16000rpm,整車行駛過程中反映在全油門加速過程中全轉(zhuǎn)速存在齒輪嘯叫,尤其在電機輸出轉(zhuǎn) 速為55007500rpm最明顯,不可接

2、受。該電機匹配的是一款高轉(zhuǎn)速單檔減速器,采用的是兩級齒 輪傳動,結(jié)構(gòu)如圖1所示。經(jīng)過聲學(xué)數(shù)據(jù)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(qū)域在減速器輸入軸55007500rpm,與整車反映的嘯叫問 題完全一致,需進(jìn)行高速齒輪NVH優(yōu)化。針對該NVH問題,從齒輪嚙合激勵和傳遞路徑兩個方面進(jìn)行排查分析。齒輪嚙合激勵方面,根 據(jù)問題段的扭矩工況檢查齒輪的嚙合區(qū)是否合理,同時根據(jù)問題段的轉(zhuǎn)速工況檢查齒輪軸系的扭振模 態(tài);傳遞路徑方面,根據(jù)問題轉(zhuǎn)速檢查聲輻射零件的模態(tài)。圖1減速器結(jié)構(gòu)簡圖電動車高速減速器NVH優(yōu)化研究圖2FFT頻譜圖優(yōu)化改進(jìn)齒輪嚙合優(yōu)化根據(jù)該電

3、機外特性曲線發(fā)現(xiàn)全油門工況的扭矩輸出總體較大,主要的問題轉(zhuǎn)速段所對應(yīng)的電機輸 出扭矩為180280Nm,分析認(rèn)為該扭矩段下齒輪嚙合存在接觸區(qū)偏載,傳遞誤差較大,影響了齒 輪的嚙合平穩(wěn)性。針對該問題,對一級齒輪嚙合進(jìn)行CAE接觸分析及實際接觸斑點試驗,根據(jù)結(jié)果 優(yōu)化齒輪修形。齒輪嚙合接觸區(qū)如圖3所示,修形優(yōu)化前齒輪的嚙合區(qū)存在偏載,修形優(yōu)化后齒輪的 嚙合區(qū)居中無偏載。根據(jù)新的修形方案進(jìn)行CAE仿真,得到修形優(yōu)化前后的傳遞誤差對比(如圖4),優(yōu)化后的齒輪 傳遞誤差在180280Nm區(qū)間相對于優(yōu)化前大大降低。圖3齒輪嚙合區(qū)接觸分析及試驗圖4傳遞誤差TE值齒輪模態(tài)優(yōu)化根據(jù)齒輪嘯叫頻譜圖可以發(fā)現(xiàn),齒輪嚙

4、合最大能量帶出現(xiàn)在輸入軸轉(zhuǎn)速55007500rpm之間, 對應(yīng)的頻率帶為19252625Hz。經(jīng)過CAE仿真分析發(fā)現(xiàn)一級從動齒輪在相應(yīng)頻率段存在輪輻擺動 模態(tài)(如圖5),對應(yīng)的頻率為2435Hz,這個擺動模態(tài)會影響到中間軸系統(tǒng)的扭振剛度,導(dǎo)致齒輪 嚙合在該頻率附近發(fā)生共振,軸承的徑向位移和振動增大,最終導(dǎo)致噪音放大。針對輪輻擺動模態(tài)問電動車高速減速器NVH優(yōu)化研究題,對齒輪輪輻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化,使輪輻相對于齒輪嚙合齒寬更加對中,同時適當(dāng)增加齒輪輪輻厚 度,提高輪輻擺動模態(tài)。通過對齒輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,輪輻擺動模態(tài)從2435Hz提高到2847Hz (如圖5),避開了問題頻率 帶;軸承的徑向位移在192

5、52625Hz頻率段內(nèi)大大降低(如圖6),優(yōu)化效果明顯。優(yōu)化后:2847Hz圖5齒輪輪輻擺動模態(tài)仿真圖6軸承徑向位移頻響分析其它聲輻射零件模態(tài)優(yōu)化在優(yōu)化齒輪激勵的同時,針對電驅(qū)總成系統(tǒng)里振動及聲輻射相關(guān)的傳遞路徑也進(jìn)行了仔細(xì)排查。 結(jié)果表明減速器殼體的模態(tài)及軸承座剛度都符合設(shè)計要求,不會對齒輪振動和嘯叫產(chǎn)生放大作用:但 是電驅(qū)總成中的MCU控制蓋板結(jié)構(gòu)扁平且厚度太薄,整體模態(tài)偏低,會對噪音產(chǎn)生放大作用,需要 進(jìn)行基礎(chǔ)模態(tài)增強優(yōu)化。針對該問題,在現(xiàn)有MCU蓋板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上優(yōu)化了表面的加強筋設(shè)計,使 蓋板基礎(chǔ)模態(tài)提升了 50% (如圖7),大大降低了蓋板對聲音的放大作用。電動車高速減速器NVH優(yōu)化研究圖7 MCU蓋板模態(tài)仿真分析試驗驗證結(jié)合以上分析,將優(yōu)化后的樣件進(jìn)行裝機,并在半消聲試驗臺架及整車上進(jìn)行NVH測試。其中, 臺架NVH驗證結(jié)果如圖8所示,全轉(zhuǎn)速段分貝值都有降低,其中55007500rpm優(yōu)化效果最明顯; 整車NVH驗證結(jié)果如圖9所示,全轉(zhuǎn)速段分貝值都有降低(整車隔音水平提高也有一定貢獻(xiàn)),其 中55007500rpm優(yōu)化效果最明顯,與臺架結(jié)果完全一致。圖8臺架NVH測試(半消聲室)全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),優(yōu)化后相對于優(yōu)化前分 貝值都有降低,其中55007500rpm整 體下降了約15dB.效果最明顯30004000 50CO rvr

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