新能源汽车与齿轮相关的NVH机理分析

摘要：随着新能源汽车的迅速发展，其 NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）性能成为了消费者关注的重要指标。齿轮作为传动系统的关键部件，对新能源汽车的 NVH 特性有着显著影响。本文深入探讨了新能源汽车中与齿轮相关的 NVH 产生机理，并对相应的优化策略进行了分析。

▲星驱科技电驱图

一、引言

新能源汽车在动力传动方面与传统燃油汽车存在一定差异，但齿轮系统在其中仍发挥着重要作用。良好的 NVH 性能不仅能提升驾乘舒适性，还能增强车辆的可靠性和耐久性。

二、新能源汽车齿轮系统特点

新能源汽车的电机具有高转速、大扭矩的特点，这对齿轮的设计和制造提出了更高要求。同时，由于没有发动机的噪声掩盖，齿轮产生的 NVH 问题更容易被察觉。

三、齿轮相关的 NVH 产生机理

（一）齿轮啮合误差

齿轮在制造和安装过程中难免存在误差，如齿形误差、齿距误差等。这些误差会导致齿轮在啮合时产生冲击和振动，进而引发噪声。例如，齿形偏差会使啮合点偏离理论位置，导致接触力分布不均，产生振动。

（二）齿轮刚度变化

齿轮在啮合过程中，由于轮齿的弹性变形，其刚度会发生周期性变化。这种刚度变化会引起动态啮合力的波动，从而产生振动和噪声。例如，斜齿轮的螺旋角会影响其刚度变化的规律。

（三）齿面摩擦

齿面之间的摩擦会产生摩擦力和热量，摩擦力的变化会导致振动和噪声。在高速运转时，摩擦引起的 NVH 问题更为突出。

（四）电机激励

新能源汽车的电机输出转矩存在波动，这种波动会通过齿轮传递，引发齿轮系统的振动和噪声。

▲星驱科技高速电机图

四、新能源汽车齿轮 NVH 的优化策略

齿轮传动中的 NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）优化至关重要，以下是一些常见的优化策略：

一、齿轮设计优化

1. 齿形修形

• 对齿顶、齿根进行修缘，可有效改善啮合冲击，减少振动和噪声。例如，在重载齿轮传动中，适当的齿顶修缘能显著降低啮合瞬间的冲击。

• 鼓形修形能增加齿面接触面积，使载荷分布更均匀，减少偏载引起的振动。

2. 优化齿廓参数

• 选择合适的压力角、模数等参数，以减小啮合冲击力。较小的压力角通常能降低噪声，但承载能力可能会有所下降。

3. 螺旋角设计

• 合理的螺旋角可以使齿轮啮合更平稳，降低噪声。但螺旋角过大可能会增加轴向力，需要综合考虑。

二、提高制造和装配精度

1. 高精度加工

• 采用先进的加工工艺，如磨削、珩磨等，确保齿轮的齿形精度和表面质量。

• 严格控制齿距偏差、齿向偏差等制造误差。

2. 精确装配

• 保证齿轮轴的平行度、中心距的精度等装配要求，避免因安装不当引起的偏载和振动。

三、材料选择与热处理

1. 优质材料

• 选用高强度、高韧性的材料，如优质合金钢，提高齿轮的承载能力和抗疲劳性能。

2. 合适的热处理

• 如渗碳淬火、氮化等，改善齿轮的硬度和耐磨性，同时减少残余应力，降低振动和噪声。

四、润滑与冷却

1. 优化润滑方式

• 选择合适的润滑油品和润滑方式，如喷油润滑、油浴润滑等，减少齿面摩擦和磨损。

• 良好的润滑能有效降低啮合区的温度，减少热变形引起的误差。

2. 冷却系统

• 对于高速、重载的齿轮传动，配备有效的冷却系统，控制油温，保证润滑性能的稳定。

▲华为电驱冷却系统运行示意图

五、系统动态优化

1. 增加阻尼

• 在齿轮箱或传动系统中添加阻尼材料或装置，吸收振动能量，降低振动幅值。

2. 调整固有频率

• 通过改变结构参数，避免系统固有频率与激励频率重合，防止共振现象的发生。

六、控制输入转矩

1. 优化动力源输出

• 对于电机驱动的齿轮传动，优化电机的控制策略，减小转矩波动。

2. 采用减振装置

• 如联轴器、减振器等，减少输入转矩的不平稳性对齿轮传动的影响。

▲马瑞利电控图

综上所述，通过以上多种控制策略的综合应用，可以有效地降低齿轮传动中的 NVH 问题，提高传动系统的性能和可靠性。

五、结论

新能源汽车中与齿轮相关的 NVH 问题不容忽视。深入理解其产生机理，并采取有效的优化策略，对于提升新能源汽车的 NVH 性能具有重要意义。未来，随着技术的不断进步，相信在新能源汽车齿轮 NVH 控制方面将取得更加显著的成果。

   

 

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