純電動乘用車差速器錐齒輪軸向間隙的自動控制

謝立湘

摘要：分析了純電動乘用車差速器總成的結(jié)構(gòu)，商用車差速器和乘用車差速器的區(qū)別，差速器總成的的裝配工藝流程，錐齒輪軸向間隙的檢測方法，為批量生產(chǎn)在線檢測提供了一種快速可靠的解決方案。

關(guān)鍵詞：純電動乘用車；減速器；差速器；軸向間隙

差速器是純電動乘用車的核心部件，提升差速器的質(zhì)量，有利于提高整車效率、降低噪聲。

差速器結(jié)構(gòu)分析

1.純電動乘用車差速器結(jié)構(gòu)

純電動乘用車差速器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

純電動乘用車差速器結(jié)構(gòu)緊湊，其動力傳動由電動機(jī)經(jīng)減速器進(jìn)入差速器殼體，驅(qū)動半軸齒輪，不差速時(shí)，行星齒輪軸和行星齒輪形成一個(gè)整體，由其帶動半軸齒輪轉(zhuǎn)動，再由半軸齒輪帶動左、右半軸，分別驅(qū)動左、右車輪。差速時(shí)，行星齒輪與半軸齒輪有相互轉(zhuǎn)動。

差速器的設(shè)計(jì)要求滿足：左半軸轉(zhuǎn)速＋右半軸轉(zhuǎn)速=2×行星輪架轉(zhuǎn)速。當(dāng)汽車直行時(shí)，左、右車輪與行星輪架三者的轉(zhuǎn)速相等處于平衡狀態(tài)，而在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)三者平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小，外側(cè)輪轉(zhuǎn)速增加。

2.商用車差速器的結(jié)構(gòu)

商用車差速器與乘用車差速器的結(jié)構(gòu)基本一致，都是由差速器殼體、行星齒輪軸、行星齒輪、行星齒輪墊片、半軸齒輪及半軸齒輪墊片組成，如圖2所示。

圖2 商用車差速器結(jié)構(gòu)示意

1、12—?dú)んw 2、11—半軸齒輪墊片 3、10—半軸齒輪

4、7、13 、15—行星齒輪 5、8、14、16—行星齒輪墊片

6、9、17—行星齒輪軸

3.純電動乘用車與商用車差速器的差別

由于商用車載荷比乘用車大，所以差速器的結(jié)構(gòu)有明顯不同：

1）商用車差速器殼體是分體式的，裝配工藝性好。而乘用車差速器的殼體是整體式的，裝配工藝性差。

2）由于商用車差殼是分體式的，方便測量行星齒輪和半軸齒輪的齒側(cè)間隙。而乘用車差速器無法測量行星齒輪和半軸齒輪的尺側(cè)間隙。

3）行星齒輪數(shù)量不一樣。商用車差速器一般是4個(gè)行星輪，而乘用車差速器一般是2個(gè)行星輪。商用車差速器4個(gè)行星輪的節(jié)圓形成一個(gè)平面，半軸齒輪與行星輪接觸時(shí)，比較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動時(shí)沖擊比較小。而乘用車差速器只有2個(gè)行星齒輪，不能形成一個(gè)節(jié)圓平面，半軸齒輪與行星齒輪接觸時(shí)擺動比較大，沖擊也比較大。因此，乘用車差速器零件精度比商用車的要求高。

4）由于行星齒輪數(shù)量不同，行星軸結(jié)構(gòu)也不一樣。商用車差速器的行星軸一般是十字形的，有整體十字結(jié)構(gòu)和可拆分十字結(jié)構(gòu)，本文圖中的十字軸就是可拆分十字結(jié)構(gòu)。

純電動乘用車差速器對整車性能的影響

純電動乘用車差速器作為純電動乘用車傳動系統(tǒng)的重要組成部件之一，能夠保證汽車轉(zhuǎn)彎過程的內(nèi)/外輪速度差與動力扭矩的傳遞，直接影響著車輛行駛的功能可靠性和舒適性。而差速器異常噪聲問題影響駕駛?cè)说鸟{車體驗(yàn)和身心健康，隨著當(dāng)前市場用戶對車輛質(zhì)量水平和NVH性能的要求越來越高，對于純電動汽車差速器運(yùn)行噪聲水平控制和先期故障模式識別的研究工作就顯得非常重要。

純電動乘用車差速器的裝配流程

純電動乘用車差速器生產(chǎn)批量大，工廠在裝配過程中，一般都采用自動線裝配，既保證了生產(chǎn)效率，也提高了產(chǎn)品質(zhì)量。純電動乘用車減速器差速器的裝配流程為：裝配半軸齒輪及墊片；裝配行星齒輪及墊片；裝配行星齒輪軸；半軸齒輪軸向間隙測量；判斷，間隙合格則進(jìn)行后續(xù)零部件加工，間隙不合格則返工。

為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，裝配線上，每臺純電動乘用車差速器都要檢測半軸齒輪的軸向間隙，差速器兩端的半軸齒輪軸向間隙都要檢測，而且兩端差值要求控制在±0.02mm以內(nèi)。由于純電動乘用車減速器差速器殼體結(jié)構(gòu)特殊，檢測不方便。樣件和小批量生產(chǎn)時(shí)，一般采用手工檢測。

圖3 半軸齒輪軸向間隙手工檢測

手工檢測普遍存在以下問題：

1）手工檢測速度慢，需要手動旋轉(zhuǎn)半軸齒輪，并往一個(gè)方向?qū)胼S齒輪壓住。檢測了一端的軸向間隙，還要將差速器倒過來再檢測另一端的軸向間隙。操作復(fù)雜，效率低。

2）檢測的軸向間隙不準(zhǔn)確，不同的人檢測數(shù)據(jù)不一致，而且同一個(gè)人，多次檢測的結(jié)果也相差很大。

純電動乘用車差速器裝配的要求

為了保證差速器的強(qiáng)度，降低噪聲，保證整車的舒適性，裝配純電動乘用車差速器，一般要保證：

1）用手觸摸零件各處應(yīng)無毛刺，目測齒輪應(yīng)無磕碰、凸起、凹坑及裂紋等缺陷。

2）半軸齒輪和行星齒輪的法向間隙Ln= 0.05～0.2mm，變動量控制在0～0.05mm。

3）接觸區(qū)，齒長方向：接觸區(qū)居于齒長方向離小頭距離為齒長的10%處；齒高方向：位于齒高中部。

由于純電動乘用車差速器的殼體是一體式的，裝配好差速器總成后檢查接觸區(qū)和法向間隙，非常不方便。只能通過控制零件相關(guān)尺寸，來控制行星齒輪的理論安裝距，進(jìn)而控制半軸齒輪和行星齒輪的接觸區(qū)位置和長度。再通過檢測半軸齒輪的軸向間隙，間接控制半軸齒輪和行星齒輪的法向間隙。

純電動乘用車差速器錐齒輪軸向間隙的在線控制

1.純電動乘用車差速器軸向間隙的定義

純電動乘用車差速器軸向間隙是當(dāng)半軸齒輪處于差速器殼體最上端，和當(dāng)半軸齒輪處于與行星齒輪接觸最低點(diǎn)之間的距離。當(dāng)半軸齒輪處于差速器殼體最上端時(shí)，半軸齒輪端面與差速器殼體端面貼合。

2.純電動乘用車差速器軸向間隙的控制

大批量生產(chǎn)中，為了實(shí)現(xiàn)高效、快速、可靠的檢測，特設(shè)計(jì)如圖4所示的控制裝置。

1）C、F是檢測軸，檢測軸連接在設(shè)備主軸上。

2）D、E是圓孔賬套，且固定在檢測軸上。

通過G面將純電動乘用車差速器固定在檢測臺上，C、F檢測軸帶著D、E圓孔漲套插入半軸齒輪花鍵孔，通過拉桿將賬套拉開，將兩個(gè)半軸齒輪漲緊固定在檢測軸上。

檢測純電動乘用車差速器軸向間隙時(shí)，起動檢測軸，轉(zhuǎn)速為20～30r/min，同時(shí)，檢測軸沿著軸向運(yùn)動，將半軸齒輪拉向殼體，當(dāng)半軸齒輪A面與殼體B面貼合在一起時(shí)，檢測軸停止，檢測裝置記錄數(shù)據(jù)M1。然后，檢測軸往行星齒輪方向運(yùn)動，當(dāng)接觸到行星齒輪并且不能再移動的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)檢測軸，連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，采集距離最大的數(shù)據(jù)，記錄為M2，則實(shí)際的半軸齒輪軸向間隙為

ΔL= |M2- M1|? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

需要注意的是，由于齒輪和殼體等零件的制造誤差，將影響M2值，不同的齒輪嚙合位置，M2值不一樣，為了取得最大M2值，需要測量軸轉(zhuǎn)動至少轉(zhuǎn)數(shù)

Nmin=Z1Z22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中? Z1——半軸齒輪齒數(shù)；

Z2——行星齒輪齒數(shù)。

3.數(shù)據(jù)處理

（1）直齒錐齒輪齒側(cè)間隙和半軸齒輪軸向間隙的換算? 為了提高直齒錐齒輪的承載能力、降低嚙合噪聲，一般會對半軸齒輪和行星齒輪齒面修形，并且由于采用精鍛齒面工藝，熱處理后齒面變形，理論計(jì)算齒側(cè)間隙和半軸齒輪軸向間隙換算的結(jié)果，與實(shí)際數(shù)據(jù)相差比較大。生產(chǎn)中多采用下述方法進(jìn)行換算。

如圖5所示，將半軸齒輪和行星齒輪按理論安裝距安裝在錐齒輪滾動檢查機(jī)上，然后用百分表來檢查齒側(cè)間隙。

檢測方法：先將半軸齒輪往行星齒輪方向移動，直到齒側(cè)間隙為0，記錄位置為Li1；然后將半軸齒輪朝著遠(yuǎn)離行星齒輪的方向移動，直到檢查的齒側(cè)間隙為設(shè)計(jì)要求的尺側(cè)間隙，這時(shí)記錄位置為Li2，則理論半軸齒輪軸向間隙

ΔLi= |Li2- Li1|

（2）純電動乘用車差速器軸向間隙合格判定 設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到制造誤差、熱處理變形、熱脹冷縮等因素對零件尺寸的影響，純電動乘用車差速器軸向間隙給定一個(gè)區(qū)間值，即最大最小值，實(shí)物測量值，應(yīng)處在設(shè)計(jì)理論值的最大最小值范圍內(nèi)，即Lnmin﹤ΔLi﹥Lnmax。

滿足以上條件，即可判定純電動乘用車差速器軸向間隙合格。

參考文獻(xiàn)

[1] 張軍，沈龍，董海威. 純電動汽車轉(zhuǎn)彎行駛差速器異響測試分析及優(yōu)化[J].噪聲與振動控制，2023（2）：203-208.

[2] 劉惟信.汽車車橋設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.