干货|细高齿设计在优化电驱动桥NVH的应用

细高齿应用

NVH（noise噪声，vibration振动，harshness声振粗糙度）为汽车性能的 关键指标之一。 

电动汽车与燃油汽车相比，动力源电机的噪声比发动机有所降低，驱动桥的 噪声会更为突出，因此提高驱动桥的NVH性能对电动汽车的品质具有重要意义。

通过对驱动桥和变速箱NVH的研究表明，齿轮的传递误差波动是传动系统噪 声的主要激励，可以说齿轮噪声是驱动桥NVH问题的源头之一，因此圆柱齿轮 的设计对电驱动桥的品质至关重要。 

采用具有高重合度的细高齿设计成为提升电驱动桥NVH性能的有效手段之一。

传动原理

齿轮传动是依靠各对齿轮的依次啮合来实现的，实际啮合线长度与基圆齿距 的比值称为重合度。

为了使齿轮能够连续传动，应该保证前一对齿轮脱离啮合前，后一对齿轮已 经进入啮合，即重合度必须大于1。作为衡量齿轮连续传动的条件，重合度越大 ，表明齿轮传动的连续性和平稳性越好。

图解说明

理论分析

通过理论和实验的方法对齿轮的动态特性进行了研究，表明重合度是影响圆 柱齿轮NVH的关键因素。齿轮设计的重合度越高，齿轮的啮合线长度越长、啮合 刚度越大且波动越小，齿轮的动态激励越小，越有利于齿轮传动系统获得低的振 动和噪声。

我们进行了更进一步的研究，得到了轴向重合度、端面重合度与噪声分贝值 的关系。如左图所示，轴向重合度（ɛβ）和端面重合度（ɛα）增大时噪声呈下降 趋势。右图展示了齿顶高系数han与接触刚度Cym、接触线长Lm之间的关系，更有利地支持了如上结论.

虽然采用细高齿来提高齿轮啮合重合度可改善NVH性能，但如下因素也是影 响NVH主要因素之一，例如：周节累计误差、齿形、齿向参数误差（鼓形量Ca， 齿形倾斜偏差fHa，挠度Cb，螺旋倾斜偏差fHb）及齿面粗糙度等参数均会对齿轮 NVH产生影响。这些因素在本文中由于扁幅所限未做展开讨论。

优劣势比较

概述

根据以上研究，在齿轮设计中合理地提升重合度有利于获得好的NVH性能。而齿轮作为电驱动桥的核心部件，直接决定了驱动桥的速比、中心距等主要参数 ，且决定了整个主减的受力状态，进而决定了轴、轴承、壳体等主要零部件的强 度和刚度要求，间接影响了整个主减几乎每个零部件的设计。

根据电驱动桥产品的性能要求，齿轮设计的原则是在满足强度的前提下尽 可能提高NVH性能。

CAE齿轮强度仿真计算

对一级齿轮使用细高齿设计方案并进行齿轮强度校核。依照ISO 6336:2006标准计算齿轮应力。按疲劳条件和材料S-N曲线计算许用应力。 

如图所示，齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度均满足要求。

试验验证

(周节累计误差、齿形齿向等误差相当前提下)

一级细高齿、二级标准齿NVH测试及结论

搭载了一级细高齿、二级标准齿轮的电驱动桥产品A，顺利通过了齿轮疲劳试验和总 成静扭试验，验证了齿轮和电驱动桥总成强度设计的合理性。产品A安装到整车进行路试，NVH测试数据如下：

结论： 

1.二级标准齿轮NVH最高阶次噪声59dB，存在突出峰值，峰值比整车噪声仅低11dB，对 整车噪声具有一定的贡献度。

2.一级细高齿NVH最高阶次噪声44dB，且曲线非常平稳不存在明显峰值，基本上全程低于 整车噪声20dB以上，对整车噪声贡献度很低。 

3.根据试验结果，可见重合度较低的标准齿（非大螺旋角）NVH表现正常，而细高齿的 NVH表现优秀，体现了高重合度齿轮的优势。

一、二级均为细高齿电驱桥NVH测试及结论

产品B两级齿轮均采用了细高齿设计，保证了齿轮高重合度，并减小螺旋角， 减少齿轮轴向力。该产品搭载在两款不同的车型上，均进行了NVH试验验证。 

如下页图示，装在车型I和II上进行测试，测试结果：

结论： 

1.根据测试结果，电驱动桥产品B在两种不同的车型上，各种工况下，两级齿轮的阶次噪 声值都很低，且曲线平稳无明显峰值，基本上全程低于整车噪声20dB以上，对整车噪 声贡献度很低，NVH表现优秀。

2.通过顾客试驾反馈，相比其他竞品，该产品的噪声表现很好。

3.无论客观数据还是主观评价，都证明了该产品优秀的NVH性能。

一、二级均为细高齿电驱桥NVH测试及结果