磷化处理在改善新能源汽车差速器异响中的应用研究

2023-08-29张广杰龚章辉谢志辉

中国设备工程 2023年15期

张广杰，龚章辉，谢志辉

（株洲齿轮有限责任公司，湖南株洲 412000）

1 前言

2021 年，全国新能源汽车产销367.7 万辆，比上年增长152.5%，随着新能源汽车渗透率的不断提升，客户对整车的舒适性要求也在持续提高，尤其是其中的NVH性能。为了提升整车的动力性能，同时降低动力总成的生产成本，提升竞争力，电机的转速越来越高，电机转速越高，尺寸越小，生产成本越低，造成近几年量产新能源汽车的电机转速大多在16000rpm 以上，这就对减速机的设计开发提出了更高的要求，也为减速机相关零件的生产制造带来了更大困难。

减速机作为新能源动力系统的关键零部件，采用传统的机械结构，其传动噪音是整车异响的主要来源。其中的差速器被汽车行业称为“小零件大功用”，在汽车转弯或在不平路面行驶中起到调节左右轮毂转速差的作用，避免左右车胎因行程不同造成的滑动。虽然差速器是减速器的核心零件，但是由于直接和车轮相连，转速比较低，且正常直行时，内部齿轮没有相对啮合运动，很少产生异响，并不是NVH 关注的焦点。但近年来，在新能源汽车上，差速器异响问题频发，原本在燃油车上正常使用的差速器，在新能源汽车上却屡屡出问题。

2 异响原因

差速器的结构既简单又智能，主要由差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮和销轴4 部分组成，如图1 所示。车辆直行时，由于左右车轮转速差很小，差速器仅仅起到传递动力的作用，没有差速功能，行星齿轮和半轴齿轮间没有相对运动，也就没有啮合过程，通常不会发出异响，但当车辆转弯时，差速器左右半轴齿轮转速不同，齿轮间就会有啮合运动，产生啮合噪音，此时，差速器才会对齿轮箱发出的噪音有贡献。通常情况下，整车下线时，检验人员会采用绕八字弯的方式检测差速器的性能，如图2 所示。

图1 差速器结构

图2 八字弯试验

差速器的行星齿轮和半轴齿轮通常采用精锻工艺，如图3 所示，齿轮的轮齿精度主要靠模具保证，一致性较好。但模具在加工过程中会有缺陷，在使用过程中会有磨损，这些偏差都会直接反应在轮齿的齿面上，进而影响啮合效果，而这些缺陷和磨损都属于微观层面。锥齿轮精度测量较为复杂，一般通过测量接触斑点进行间接检测，而接触斑点属于宏观测量，不能真实反映轮齿的实际精度情况。我们对一组异响齿轮进行了精度和接触斑点的测量，如图4～5 所示。

图3 行星半轴齿轮工艺

图4 未磷化异响行星齿轮精度

图5 未磷化行星齿轮和半轴齿轮接触区

从齿轮精度图来看，齿形有一定偏差，但从接触斑点看，接触区偏小端且未出现齿顶或齿根干涉情况，接触区占比在60%以上，属于较好的接触。但从整车噪音map 图和振动切片图来看，车内异响为宽频冲击“哒哒”声，而异响与差速器及轴头位置振动时间及频率对应，且减速器位置振动量级高于轴头，差速器噪声在25～45dB范围波动，如图6～7 所示。