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電驅(qū)動橋總成滾針軸承燒蝕風險的論述

2020-05-14 00:21:57·  來源：EDC電驅(qū)未來  
　
作者：楊庚佳楊璐璐，長城汽車股份有限公司1.前言傳統(tǒng)兩驅(qū)車型靠發(fā)動機提供動力源，四驅(qū)車型靠傳動軸將發(fā)動機動力源傳遞至后橋，而新能源汽車有別于傳統(tǒng)四驅(qū)車型
作者：楊庚佳 楊璐璐，長城汽車股份有限公司
1.前言
傳統(tǒng)兩驅(qū)車型靠發(fā)動機提供動力源，四驅(qū)車型靠傳動軸將發(fā)動機動力源傳遞至后橋，而新能源汽車有別于傳統(tǒng)四驅(qū)車型，后橋靠電機單獨提供動力源。如下圖所示，圖1為傳統(tǒng)四驅(qū)車型，圖2為混合動力車型。
 
圖1
 
圖2
本文主要針對新能源汽車電驅(qū)動橋總成輸入軸滾針軸承燒蝕風險這一課題作了詳細的論述，首先針對滾針軸承燒蝕風險的真因進行詳細排查及分析，并針對真因提出對策方案，進而實施驗證，最終徹底解決滾針軸承燒蝕這一問題。對于采用新能源動力總成的SUV車型來說，為了實現(xiàn)四驅(qū)功能，通常在車輛的后橋設置由電機和減速器構(gòu)成電驅(qū)動橋總成，電機單獨提供動力源，同時當車速過高時，一方面為了防止車輛高速行駛時電機發(fā)生損壞，因而迫使電驅(qū)動橋總成退回N擋，所以電驅(qū)動橋總成往往需要加入斷開裝置，該裝置可以在車輛處于高速工況時中斷動力傳遞，防止電機轉(zhuǎn)速過高損壞電機，另一方面，當車速過高時，電驅(qū)動橋總成處于N擋，電驅(qū)動橋總成反拖實現(xiàn)制動能量回收功能，使整車降低油耗，更經(jīng)濟、更實惠。但是當電驅(qū)動橋總成處于N擋時，由于電機轉(zhuǎn)動慣量較大，因此電驅(qū)動橋總成反拖時輸入軸不轉(zhuǎn)，也即轉(zhuǎn)速為零（電機轉(zhuǎn)子與輸入軸通過花鍵連接），減速器潤滑油無法充分潤滑滾針軸承，導致滾針軸承處熱源集中，無法及時散出，從而滾針軸承燒蝕。
2.真因排查及分析
2.1 電驅(qū)動橋總成輸入軸滾針軸承燒蝕真因排查及分析
1、滾針軸承處潤滑不良，存在熱源
A:油路設計不合理
a:油孔位置分布不合理√ ;b:油道面積分配不當×;c:油孔數(shù)量少√;d:油孔直徑小×
B:導入輸入軸潤滑油量不足×
C:潤滑油流動性差
a:輸入軸轉(zhuǎn)速低√;b:齒輪出油口形狀設計不合理√
2、在極限工況下，減速器內(nèi)部油溫較高
A:攪油損失大×;B:滾針與齒輪內(nèi)孔摩擦損失大×
3、零部件加工及裝配尺寸不滿足設計要求
A:滾針軸承軸向配合尺寸超差×;B:滾針軸承徑向配合尺寸超差×
4、滾針軸承設計選型不合理，無法滿足極限工況條件
A:試驗工況苛刻√;B:滾針軸承保持架設計選型不合理√
(注：“ √ ”代表滾針軸承燒蝕與該排查項目有關，“ × ” 代表滾針軸承燒蝕與該排查項目無關)
通過單一變量法對輸入軸滾針軸承燒蝕風險真因逐項排查及分析，發(fā)現(xiàn)滾針軸承燒蝕與油孔位置的分布不合理、油孔數(shù)量少、輸入軸轉(zhuǎn)速低、齒輪出油口形狀設計不合理、試驗工況苛刻及滾針軸承保持架設計選型不合理有關。
2.2 進一步追查真因
輸入軸滾針軸承燒蝕1Why→滾針軸承處存在熱源 2Why→滾針軸承處潤滑不良 3Why→油孔位置及數(shù)量設計不當
通過上述進一步真因追查，發(fā)現(xiàn)滾針軸承燒蝕的主因是由于輸入軸油孔位置設計不當及油孔數(shù)量設計不當所致，同時主動齒輪出油孔形狀不利于潤滑油順利甩出，保持架材質(zhì)為PA66的滾針軸承無法滿足高轉(zhuǎn)速、高溫環(huán)境使用需求，因此，針對上述排查的真因提出對策方案，并且實施驗證。
3.對策方案驗證
通過真因排查及分析，發(fā)現(xiàn)電驅(qū)動橋總成輸入軸滾針軸承燒蝕主要是因為輸入軸油孔位置、油孔數(shù)量設計不當，主動齒輪出油口形狀設計不合理及滾針軸承選型不合理所致，因此優(yōu)化輸入軸結(jié)構(gòu)，主動齒輪結(jié)構(gòu)及選擇能承受高轉(zhuǎn)速、耐高溫的滾針軸承并且實施驗證。
對策方案一：將輸入軸潤滑滾針軸承的油孔移至滾針軸承的中部，并且增加兩個互相垂直的油孔。
原因分析：當電驅(qū)動橋總成處于N擋時，輸入軸轉(zhuǎn)速為0rpm，因此不管輸入軸旋轉(zhuǎn)到任何位置，電驅(qū)動橋總成反拖帶動主動齒輪空轉(zhuǎn)（注：主動齒輪布置在輸入軸），潤滑油均會通過輸入軸過油孔潤滑滾針軸承，降低滾針軸承處溫度。
對策方案二：優(yōu)化主動齒輪出油口形狀。
原因分析：當電驅(qū)動橋總成反拖時，主動齒輪高速空轉(zhuǎn)，此種結(jié)構(gòu)便于潤滑油順利甩出，從而途經(jīng)滾針軸承的潤滑油量增大，能更好的潤滑滾針軸承，從而降低滾針軸承處的溫度。
對策方案三：選用保持架材質(zhì)為PA46的滾針軸承。
原因分析：保持架材質(zhì)為PA46的滾針軸承能承受更高的轉(zhuǎn)速及更高的溫度。
針對對策方案實施驗證，滾針軸承處溫度降至90℃以下，從而徹底解決了滾針軸承燒蝕的風險。
方案圖：
 
 
4.結(jié)論
經(jīng)過實踐驗證，優(yōu)化輸入軸油孔位置及油孔數(shù)量，優(yōu)化主動齒輪出油口結(jié)構(gòu)及更換滾針軸承保持架材質(zhì)能徹底解決滾針軸承燒蝕的風險，從而能滿足顧客對新能源汽車電驅(qū)動橋總成的使用需求，提高新能源汽車的品質(zhì)。
 
 
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