详情

原文传递电动汽车减速箱斜齿轮修形及减振降噪研究

论文题名：	电动汽车减速箱斜齿轮修形及减振降噪研究
关键词：	电动汽车;减速箱;斜齿轮副;振动噪声;使用寿命
摘要：	当前我国新能源汽车需求量巨大，以电动车为例，各地充电桩或相关设备数目已达168万个，由于电动汽车整车噪声中减速箱噪声占比较大且齿轮噪声占了绝大部分，因此如何实现齿轮减振降噪目标，从而提升电动汽车NVH性能受到了广泛关注。本文以某电动汽车减速箱斜齿轮副为例，旨在利用齿轮修形技术改善其振动噪声特性并增加使用寿命。为此开展了一系列系统性的研究，详细阐述了齿轮最优修形方案的确定流程，并探究归纳了齿轮参数对其综合性能的影响规律。　　首先，阐述了电动汽车减速箱及斜齿轮副振动噪声机理，建立了相应的非线性振动数学模型，并对齿轮振动激励特别是内部激励进行了深入剖析。接着，结合实际工况制定修形方案，以降低误差激励和提高轮齿强度（使用寿命）为目标，利用KISSsoft软件对所有方案初步优化。然后，通过LMS Virtual Lab Motion软件对该电动汽车减速箱进行多体动力学仿真，以降低齿轮时变啮合力和时变啮合刚度为目标对修形方案再次优化，同时利用LMS Virtual Lab Acoustic软件对各二次优化修形方案开展了声学分析，以筛选出噪声最低的齿轮修形方案。最后，通过啮合接触、多体动力学仿真，并结合齿轮接触斑点和噪声台架试验对某企业斜齿轮副产品经验修形后，其振动噪声特性及使用寿命反而下降的原因做出了解释。　　本课题所开展的主要研究工作及所获成果总结如下：　　（1）总结了斜齿轮参数对其啮合性能、动力学特性的影响规律。适当增加斜齿轮压力角有利于改善齿轮副的传动效率、赫兹接触应力及时变啮合刚度，但会增大传递误差。合适的螺旋角可降低斜齿轮副的传递误差、赫兹接触应力以及时变啮合力，但螺旋角越大，时变啮合刚度越大、齿轮副的传动效率越低。适当增大齿轮齿宽可减小低速工况（2000r/min）下齿轮时变啮合力，但齿宽越大，时变啮合刚度越大。齿侧间隙对齿轮时变啮合刚度无影响，但齿侧间隙越小，齿轮时变啮合力越小，一般取0.05mm。　　（2）根据KISSsoft数值模拟结果系统探究了齿廓修形和齿向修形的主要功能。齿廓修形主要是降低轮齿齿面赫兹接触应力即提高齿轮强度（寿命），但也能降低传递误差。齿向修形主要是降低传递误差即减小齿轮内部动态激励，但也能减小赫兹接触应力。　　（3）高速工况下（10000r/min）斜齿轮振动噪声主要取决于时变啮合刚度和传递误差，而受齿形形状和齿轮时变啮合力的影响不大。　　（4）以该齿轮副为例，给出了修形齿轮的选择建议。若从减振降噪角度出发，建议大小齿轮同时修形。若只想降低齿轮传递误差和提高轮齿强度，可以只对大齿轮修形，但推荐大小齿轮同时修形。此外，除齿廓鼓形修形外，仅对小齿轮修形无法起到减振降噪增寿作用。　　（5）所有经传递误差、赫兹接触应力、时变啮合力和时变啮合刚度优化后的某电动汽车减速箱斜齿轮副长齿廓齿顶修形方案（线性、渐开线、圆弧、折线圆弧）中：若以降低齿轮误差激励和提高轮齿强度来看，大小齿轮同时长齿廓齿顶修形（线性）效果最好；若从降低齿轮时变啮合力、时变啮合刚度以及齿轮副的噪声来看，大小齿轮同时长齿廓齿顶修形（圆弧、渐开线）效果较好。　　（6）所有经传递误差、赫兹接触应力、时变啮合力和时变啮合刚度优化后的某电动汽车减速箱斜齿轮副修形方案中：齿廓鼓形（大小齿轮同时修形）减振降噪效果最佳，且由于齿廓鼓形（仅对大齿轮修形）优化方案的整体降噪效果接近多数二次优化修形方案，出于生产成本考虑则可以在工程实际中多采用仅对大齿轮齿廓鼓形优化修形。　　（7）根据仿真结果推导出，只有通过修形使齿轮内部动态激励（时变啮合刚度、时变啮合力、传递误差）同时降低、并且齿形形状合适，该斜齿轮的振动噪声才会变低，从而推翻了一些研究认为的齿轮传递误差越低其啮合噪声一定越低的结论。　　（8）盲目对齿轮副经验修形，只会在增大生产成本的同时，缩短使用寿命并加剧振动噪声。
作者：	杜航
专业：	机械工程
导师：	华希俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021