目前，全球的汽車行業都在大力發展電動化，以美國的特斯拉為例，2022 年全球銷量達 131 萬輛，同比增長 40%;國內的新能源汽車銷量占比也在飛速提升，從 2020 年的 5.4% 提升到 2022 年的 20%。可以預見，在未來幾年內，純電動汽車將會代替燃油車，成為人們日常出行的主要交通工具。
隨著電動化的發展，汽車驅動電機轉速已經突破了 20 000 r/min，作為扭矩傳遞裝置的減速器，需要滿足高轉速及高扭矩的要求;同時，純電動汽車減速器還必須滿足可靠性高和 NVH 性能好等要求。
為了提高汽車減速器的傳動平穩性及 NVH 要求，常規的圓柱斜齒輪已無法滿足純電動汽車的要求，因此，本文將采用細高齒的設計方案，來提高齒輪的承載能力和重合度，實現高扭且平穩的傳動。
本文通過對某款純電動汽車兩級減速器齒輪的設計研究，通過增大齒高、微觀修形等方法，計算校核了減速器的性能，獲得了滿足要求的純電動汽車減速器。
一、兩級減速器設計方案
設計流程
純電動汽車減速器設計流程如圖 1 所示。
參數計算
該純電動汽車驅動電機最高轉速為 16 000 r/min，峰值扭矩為 320 N·m，齒輪轉速高、承載大，要求減速器每級齒輪重合度>4，TE<0.25 μm。
齒輪重合度用 ε 表示，其計算公式為：
式中，αα1、αα2 為齒輪 1、2 的齒頂圓壓力角;α 為齒輪嚙合角;z1、z2 為齒輪 1、2 的齒數;“+”號用于外嚙合，“-”號用于內嚙合。
通過采用細高齒技術方案，優化齒輪齒廓參數，可以增加齒輪嚙合重合度，從而提高齒輪承載能力和使用壽命，實現減振降噪、降低成本的目的。齒輪材料選用滲碳鋼 20MnCr5，后期噴丸處理。圖 2 是減速器傳動結構圖，輸入軸為電機轉軸，輸出軸接車輪。
根據《齒輪設計手冊》，確定齒輪宏觀參數如表 1 所示。
從表 1 中可以看出，重合度都>4，滿足設計要求。
齒輪、軸承校核
本文將采用 Romax 軟件對齒輪和軸承進行壽命分析及強度校核。在 Romax 中進行齒軸系統建模，添加載荷譜，計算可得表 2 的結果。
從表中可以看出，齒輪接觸安全系數>1.1，彎曲安全系數都>1.2，滿足壽命和強度要求。
齒輪微觀修形
齒輪的嚙合強度，除了受到齒輪本身模數、齒數、壓力角以及配對安裝距等宏觀參數影響外，還受到微觀幾何參數的影響，其中齒輪修形就是一個重要的影響因素。齒輪在制造過程中會產生誤差，因此需要對加工好的齒輪進行微觀修行來優化齒形。采用 Romax 對齒輪進行修形并比較修形前后齒輪載荷分布情況。
修形前后齒輪單位長度載荷分布情況如圖 3~圖 6 所示。
對比可發現，修形可降低齒面最大載荷，從而提高齒輪接觸及彎曲強度，增加齒輪壽命。
二、試驗驗證
試驗項目
根據 QC/T 1022-2015《純電動乘用車用減速器總成技術條件》進行試驗驗證。
試驗項目包括靜扭試驗、超速性能試驗、高速性能試驗、NVH 試驗、效率試驗、接觸斑點試驗和疲勞壽命試驗。
試驗方法
將減速器水平安裝在試驗臺架上，半軸另一端接電機，設置好工況開始試驗。試驗過程如圖 7 所示。
試驗結果
所有試驗完成后對減速器進行拆解檢驗，齒輪無斷裂、無嚴重點蝕，軸承轉動正常，試驗合格。
NVH 試驗結果如圖 8 所示，最大噪聲出現在減速器左側，聲壓級為 80 dB(A)。根據要求，減速器加載噪聲應不大于 83 dB(A)，試驗結果滿足標準。
三、結語
以上對電動汽車減速器進行了正向設計和驗證，通過以上分析研究，可以得出以下結論：
a. 采用細高齒方案，可以提高齒輪重合度，優化變速器的 NVH 性能。
b. 增大齒輪副重合度，可以使傳動更加平穩。
c. 對齒輪進行有效的微觀修形，可以提高齒輪的接觸強度和彎曲強度，從而提高變速器的使用壽命。