内外激励作用下电动汽车减速器动态特性分析

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随着全球汽车产业的转型升级,发展高性能的电动汽车成为当下汽车行业的热点。汽车的NVH(Noise,Vibration and Harshness)性能是评价汽车驾乘舒适性的重要指标之一,经过多年的不断研究和创新,汽车的NVH技术发展到了前所未有的高度。电动汽车中电驱总成替代了传统汽车的发动机,没有了发动机的声学掩蔽,电驱总成的噪音凸显成为主要噪声源。与此同时,随着电动汽车应用场景逐渐增多,电驱总成向高速化、轻量化和集成化的方向发展,减速器作为电动汽车动力传动系统的核心部件之一,其NVH性能正面临着全新的挑战。为此,本文以某型电动汽车减速器动态特性分析和NVH性能评价为目的,主要完成了以下工作:(1)基于势能法,计算了二级齿轮副的时变啮合刚度;基于切片法建立了该减速器齿轮副静态传递误差解析模型,对比了考虑时变啮合刚度和平均啮合刚度的二级齿轮副静态传递误差,发现二者存在显著差异,而考虑时变啮合刚度的静态传递误差解析模型更能反映齿轮副的实际啮合状态,结果具有现实意义。(2)完成了减速器静态传递误差试验,测量了减速器静态传递误差和壳体变形,发现壳体变形对静态传递误差作用明显,于是通过对静态传递误差解析结果和测试结果进行回归分析,得到了该减速器静态传递误差的校正模型,该模型考虑了壳体变形和加工制造误差的影响,有较高的准确性。(3)建立了包含该减速器的整车动力传动系统动力学模型,计算了模型中各单元的质量、惯量,单元间的连接刚度和阻尼,轴承的支承刚度和阻尼,时变啮合刚度和啮合阻尼以及静态传递误差等关键参数,最后采用龙格库塔法对运动方程进行求解,得到各级齿轮副的动态啮合力。(4)建立该减速器振动分析模型,将动态啮合力作为振动响应分析的激励和加载条件,借助有限元工具仿真得到减速器壳体表面测点的振动响应。并完成了该减速器的台架NVH试验,通过对比试验和仿真的振动加速度数据,发现二者一致性较好,建立的模型有效。(5)基于验证后的整车动力传动系统动力学模型,完成了系统的固有特性和多工况下的动态传递误差求解,分析讨论了各工况下动态传递误差的频谱特征。分析结果表明:在稳态工况下,不考虑单元间的扭转阻尼或者扭转阻尼较小时,动态传递误差频谱中2阶模态频率处的幅值最大达到了12μm,车轮的扭转振动会对动态传递误差产生显著影响,在整车动力传动系统动力学模型下进行减速器动态特性分析是十分必要的。在各瞬态工况中,频谱中主要频率处的幅值在加速驱动工况要比其他两个工况高出0.2-0.4μm,是三个瞬态工况中NVH性能表现最差的工况;在匀速工况和断电滑行工况下,一级齿轮副啮合频率基频处的幅值对一级和二级动态传递误差频谱都有很大贡献,一级齿轮副啮合激励是主要的振动和噪声问题源;驱动电机转速波动会激励起高阶啮合频率处的幅值,同时频谱中出现边频,使共振的可能性变大,应减小驱动电机的转速波动。
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