摘要：該文通過對一款重卡驅(qū)動橋進行結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化，提升了傳動效率，降低了整車油耗，并對改進前后的驅(qū)動橋傳動效率及整車油耗做了試驗和對比測試，結(jié)果表明，中橋效率提升了1.72%，后橋效率提升了2.28%，整車油耗降低了1.5 L，在一定程度上有利于促進其他車型驅(qū)動橋傳動效率的提升。

關鍵詞：重卡驅(qū)動橋；傳動效率；設計優(yōu)化；試驗對比

作者簡介：

段傳勝，北京福田戴姆勒汽車有限公司工程師，研究方向為汽車驅(qū)動橋；

陳夢，北京福田戴姆勒汽車有限公司工程師，研究方向為汽車驅(qū)動橋。

驅(qū)動橋作為功率、能量傳動鏈的重要一環(huán)，提升驅(qū)動橋傳動效率對降低能耗起著至關重要的作用。本文通過對驅(qū)動橋主減速器齒輪、軸承、油封設計進行優(yōu)化，降低轉(zhuǎn)動慣量，導入齒輪油及油液管理系統(tǒng)，設計斷開提升機構(gòu)等方式，提升了驅(qū)動橋傳動效率，降低了整車燃油消耗[1-3]。

1 驅(qū)動橋傳動效率概念及影響因素

1.1 驅(qū)動橋傳動效率概念

驅(qū)動橋傳動效率η是指驅(qū)動橋的輸出功率Po與驅(qū)動橋的輸入功率Pi的比值，即η=Po/Pi，η越大，代表傳動效率越高，驅(qū)動橋能量消耗越少，驅(qū)動橋的具體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 驅(qū)動橋的具體構(gòu)成

1.2 影響驅(qū)動橋傳動效率的因素

通過對驅(qū)動橋的傳遞路徑和功率消耗進行分析可知，影響傳動效率的主要因素為齒輪的嚙合精度、軸承齒輪摩擦副、轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動慣量、攪油功率損失等。

2 驅(qū)動橋傳動效率提升改進方案

2.1驅(qū)動橋傳動效率提升改進方案

根據(jù)驅(qū)動橋傳動效率的影響因素，從以下3個方面對驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計。

2.1.1提升精度，降低摩擦阻力

將雙曲線齒輪的齒輪精度由8級提升至7級，增加表面光潔度，同時對齒輪進行修形，使其接觸面積增大，減小齒輪副嚙合的傳動誤差，增加重疊系數(shù)，使傳動更加平穩(wěn)。原材料采用高純度的低淬透性鋼材，并利用熱處理工藝進行優(yōu)化：100%壓淬，每批料盤都開展平面度檢測[4-5]。

低摩擦軸承的精度由P0級提高到P6級。優(yōu)化軸承粗糙度，內(nèi)圈滾道粗糙度、滾子外徑粗糙度由0.16μm提升至0.1 μm，外圈滾道粗糙度由0.2 μm提升至0.125 μm，滾子球基面粗糙度由0.32 μm提升至0.25 μm，內(nèi)圈大擋邊粗糙度由0.4 μm提升至0.2 μm。工作面型線柔性過渡，優(yōu)化了工作面凸度的位置和形狀、對數(shù)曲線及內(nèi)圈大擋邊與滾動體接觸面積。

采用低摩擦油封。在對橡膠密煉時增加低摩擦添加劑，優(yōu)化唇口結(jié)構(gòu)，降低抱軸力。本方案采用的是氟橡膠，其具有耐老化、耐熱、耐油特征，幾乎適用于所有的潤滑油、燃料油，在含極壓添加劑的油中不易硬化，同時在油封密煉時增加了一種低摩擦系數(shù)添加劑，以增強橡膠的硬度。同時，還優(yōu)化了骨架唇形，腰部細，追隨性好，剛度高，同軸度好，抱軸力更小。

采用雙聯(lián)橋中橋斷開、后橋提升技術：在常規(guī)中橋總成主減速器的基礎上增加動力分離裝置，在常規(guī)后橋總成主減速器的基礎上增加提升裝置，在車輛半載或空載時通過提升后橋降低滾阻，通過斷開中后橋減少傳動鏈。工作原理為：動力分離裝置不充氣時，滑動嚙合套在回位彈簧的作用下與主動圓柱齒輪分離，主動圓柱齒輪不工作，后貫通軸無動力輸出，動力分離裝置充氣時，通過拔叉將滑動嚙合套與主動圓柱齒輪接合，將動力傳遞至后貫通軸。

2.1.2優(yōu)化齒輪油及管理系統(tǒng)

通過潤滑及平衡油溫試驗，重新優(yōu)化車橋加油量，中后橋分別減少1 L油量，以減少齒輪攪油功率損失。通過對道路載荷譜、坡度的數(shù)據(jù)進行分析，模擬驅(qū)動橋在整車工況下的姿態(tài)角，在保證齒輪、軸承充分潤滑，達到油面設計要求的情況下，在實驗室進行模擬試驗。優(yōu)化后的結(jié)果表明：中橋總成主減速器和后橋總成主減速器都可以減少1 L油量，減少了齒輪攪油功率損失[6-8]。

采用從動齒輪擋油罩結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)油液分離，減少齒輪攪油功率損失。在橋殼與主減速器運行的腔體內(nèi)，增加一款擋油罩，將其安裝在橋殼上，通過螺栓進行連接，在擋油罩底部設計一個圓孔（圖2），當齒輪在轉(zhuǎn)動時，改進前需要攪動整個橋殼主減腔體下半部分的齒輪油，改進后，只需攪動擋油罩內(nèi)部的齒輪油，就可減少攪油功率損失。同時，齒輪油可通過圓孔進行腔體內(nèi)外轉(zhuǎn)換，以免油溫過高。

圖2 驅(qū)動橋齒輪擋油罩

采用高性能低黏度齒輪油，由GL-5 85W-90改為SAE 75W-85，降低攪油力。齒輪油是在齒與齒之間的接觸面上的，它能夠形成連續(xù)堅韌的油膜，同時也具備高油性，可使傳動機件之間維持有韌性的邊界油層，以免傳動機件受到磨損，可預防擦傷。此外，齒輪油還具備良好的粘溫特性，這樣可以保證動力傳動機構(gòu)的摩擦損耗較小，減少齒輪攪油損失[9]。

2.1.3降低轉(zhuǎn)動慣量

差殼被齒一體化激光焊接可實現(xiàn)降重10 kg。改進前的左差速器殼、右差速器殼與從動錐齒輪是三明治式通過螺栓連接的分體結(jié)構(gòu)，重量大約是95 kg，改進后的左差速器殼與從動錐齒輪整體鍛造成型，然后與右差速器殼連接，重量大約是85 kg，整個過程減少了左差速器殼與從動錐齒輪重疊部分的質(zhì)量，共實現(xiàn)降重10 kg，降低了轉(zhuǎn)動慣量。

將某油潤滑免維護輪端改為脂潤滑免維護輪端結(jié)構(gòu)，減小了軸承跨距，實現(xiàn)了降重30 kg。改進前使用的是某油潤滑免維護輪端，由于結(jié)構(gòu)限制，油潤滑免維護輪端的輪轂內(nèi)軸承和外軸承中間由一個軸承隔套隔開，軸承跨距為147.5 mm，使得橋殼軸管、輪轂、半軸的軸向長度比較大，因此質(zhì)量較重。改為脂潤滑免維護輪端后，輪轂內(nèi)外軸承無需用軸承隔套隔開，軸承跨距只有62.9 mm，使得橋殼軸管、輪轂、半軸的軸向長度比較小，因此質(zhì)量較輕，共實現(xiàn)降重30 kg，降低了轉(zhuǎn)動慣量[10]。

3 驅(qū)動橋傳動效率試驗測試對比

3.1 傳動效率測試方法

模擬整車運行工況，在車橋輸入端加載不同的輸入扭矩和輸入轉(zhuǎn)速，計算出相應的輸入功率Pi，同時通過試驗傳感器讀出輸出扭矩、輸出轉(zhuǎn)速和輸出功率Po，計算出傳動效率η=Po/Pi，根據(jù)道路載荷譜，設定出n個不同輸入扭矩和轉(zhuǎn)速在整車運行過程中的占比（f1，f2，f3......fn），最后對每個不同的輸入扭矩轉(zhuǎn)速進行加權(quán)平均計算出綜合傳動效率值η=（η1×f1+η2×f2+η3×f3+ηn×fn）/n，如表1所示。

表1 傳動效率測試方法

3.2 改進前傳動效率試驗測試

根據(jù)傳動效率測試方法，分別對中后橋傳動效率改進前和改進后進行了測試，結(jié)果如下：

第一，對中橋總成傳動效率進行試驗，選取2件性能、型號完全一致的中橋樣品，分別對其進行編號：中橋2500005-A（改進前）、中橋2500005-B（改進后）。對2件中橋樣品輸入轉(zhuǎn)速和輸入扭矩分別賦值：140、210；400、280；400、1000；680、320；680、1320；950、450；950、1150；1080、150；1080、1100，分析得出改進前后的中橋總成傳動效率分別為94.97、96.69。

第二，根據(jù)傳動效率測試方法，對改進后的中后橋傳動效率進行測試，選取2件性能、型號完全一致的后橋樣品，分別對其進行編號：后橋2400005-A（改進前）、后橋2400005-B（改進后）。對2件后橋樣品輸入轉(zhuǎn)速和輸入扭矩分別賦值：140、210；400、280；400、1000；680、320；680、1320；950、450；950、1150；1080、150；1080、1100，分析得出后橋總成傳動效率改進前后分別為95.24、97.52。

3.3 傳動效率測試結(jié)果對比

根據(jù)試驗結(jié)果得出，中橋傳動效率提升了1.72%，后橋傳動效率提升了2.28%，如表2所示。

表2 傳動效率測試結(jié)果對比

4 整車油耗試驗測試對比

為進一步分析驅(qū)動橋傳動效率對整車油耗的影響，在整車轉(zhuǎn)鼓試驗臺進行了油耗測試，為確保油耗試驗結(jié)果準確可靠，嚴格控制了試驗邊界條件和試驗程序，包括環(huán)境溫度、輪胎壓力、暖機方式、制動方式、速度分配等，最終保證只有驅(qū)動橋是變量[11-12]。結(jié)果顯示，裝改前驅(qū)動橋的整車百公里油耗是30.2 L，裝改后驅(qū)動橋的整車百公里油耗是28.7 L，整車百公里油耗降低了1.5 L。

5 結(jié)束語

經(jīng)過一系列驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化及試驗驗證，結(jié)果表明相關措施是切實可行的，為后續(xù)其他車橋平臺傳動效率的提升提供了借鑒與參考。當然，改進與優(yōu)化是無止境的，本文也存在很多未考慮到的方面，例如零偏置錐齒輪、精準潤滑限流技術等，這也是筆者后續(xù)的研究方向。

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