黃志武　江學(xué)飛　廖茜　蔣文俊　黃蘇剛

摘要：從電驅(qū)動(dòng)橋減速器的使用條件和潤(rùn)滑方式開(kāi)始介紹，延申到對(duì)采用某鑄造殼體的兩級(jí)減速器油道的布置以及在低速前進(jìn)和后退工況下的潤(rùn)滑原理描述，最后通過(guò)流體仿真和樣品試驗(yàn)進(jìn)行多方驗(yàn)證，形成了較為可靠和實(shí)用的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電驅(qū)動(dòng)橋；減速器；潤(rùn)滑；油道；流體仿真

隨著汽車(chē)電動(dòng)化的進(jìn)程日益加快，商用輕型載貨車(chē)的電動(dòng)化已迎來(lái)市場(chǎng)的爆發(fā)，業(yè)內(nèi)普遍采用電機(jī)直接連接減速器的平行軸式電驅(qū)動(dòng)橋，作為核心零部件的減速器總成開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)百花齊放的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，有工藝復(fù)雜的緊湊型三級(jí)減速產(chǎn)品、也有通用性好的兩級(jí)減速產(chǎn)品、還有鋁合金殼體減速器甚至兩擋減速器，各減速器內(nèi)的不同軸承在高低速時(shí)潤(rùn)滑條件有著巨大的差異。

考慮減速器在低速前進(jìn)和后退時(shí)如果存在潤(rùn)滑油量不足的情況，哪怕極短的高溫也將導(dǎo)致軸承不可逆的損傷，因此闡述低速前進(jìn)和后退時(shí)減速器內(nèi)的潤(rùn)滑油道布置原理和分析實(shí)踐尤為重要。

減速器使用條件和潤(rùn)滑方式

減速器內(nèi)的潤(rùn)滑首先需考慮軸承、齒輪、油封等摩擦副和齒輪油的正常使用溫度，其次考慮的是適應(yīng)不同生產(chǎn)制造工藝下合理的潤(rùn)滑方式。

對(duì)于橡膠材料的油封，一般要求丁腈橡膠（NBR）工作溫度范圍是-40～+120℃，可以穩(wěn)定工作于100℃以?xún)?nèi)，短時(shí)工作于120℃；對(duì)于氟橡膠（FKM），可穩(wěn)定工作于-30～+200℃，短時(shí)工作于230℃；一般軸承的熱處理穩(wěn)定溫度為150℃，因此應(yīng)嚴(yán)格限制減速器內(nèi)局部溫度超過(guò)120℃，只允許在長(zhǎng)時(shí)間高速高扭的極限工況下溫度接近150℃；一般需要根據(jù)汽車(chē)使用地域環(huán)境溫度選擇合適牌號(hào)和等級(jí)的齒輪油，對(duì)于商用車(chē)減速器，推薦選用質(zhì)量等級(jí)GL-4或GL-5的齒輪油，SAE 80W/90齒輪油可用于我國(guó)南方冬季溫度不低于-20℃的地區(qū)，SAE 75W/90齒輪油可用于我國(guó)南方冬季溫度不低于-35℃的地區(qū)，SAE 75W/90齒輪油可用于我國(guó)南方夏季最高氣溫達(dá)40℃的炎熱地區(qū)[1]。結(jié)合QC/T 1022—2015《純電動(dòng)乘用車(chē)用減速器總成技術(shù)條件》高速性能試驗(yàn)條件中要求試驗(yàn)油溫90～110℃[2]，可以歸納商用車(chē)減速器通常使用溫度范圍為-30～+120℃。

常見(jiàn)的潤(rùn)滑方式有主動(dòng)潤(rùn)滑和被動(dòng)潤(rùn)滑，也可同時(shí)應(yīng)用兩種潤(rùn)滑方式。

主動(dòng)潤(rùn)滑又稱(chēng)強(qiáng)制潤(rùn)滑，主要由油泵、過(guò)濾器、專(zhuān)用油道（油管）、噴油嘴及油冷器等組成。油泵的壓力將油液壓入油道，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、專(zhuān)用油道（油管）和噴油嘴，導(dǎo)入到各個(gè)摩擦副中，對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。主動(dòng)潤(rùn)滑常見(jiàn)于高功率、對(duì)性能要求高的齒輪箱中，有著成本較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受限空間布置的缺陷，在此不做討論。

被動(dòng)潤(rùn)滑也叫飛濺潤(rùn)滑（見(jiàn)圖1），不需要額外設(shè)計(jì)油路，可通過(guò)齒輪旋轉(zhuǎn)將油飛濺并經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)的油道或者導(dǎo)向板即可實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的潤(rùn)滑和冷卻。常見(jiàn)于中低功率、低成本、拆裝方便的減速器中。

被動(dòng)潤(rùn)滑應(yīng)用于四軸三級(jí)減速或三軸兩級(jí)減速結(jié)構(gòu)時(shí)，通常是利用能浸入齒輪油的大盤(pán)齒飛濺甩油以向布置處于更高或更遠(yuǎn)位置的軸承供油，這種被動(dòng)潤(rùn)滑會(huì)設(shè)定以下前提：

1）負(fù)責(zé)甩油的齒輪需要保證被油液浸入，浸入深度為齒高的1～3倍（為減少攪油損失、液面越低越好）。

2）油液面應(yīng)盡量多地能浸沒(méi)差速器軸承甚至上一級(jí)軸承的最底部1～2顆滾珠（以降低油道設(shè)計(jì)和工藝生產(chǎn)難度）。

3）通常中高速時(shí)，齒輪可帶動(dòng)齒輪油以較大的線(xiàn)速度沿齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的切線(xiàn)方向飛濺，受殼體內(nèi)壁和齒軸阻擋又將四散排溢，因而一般中高速時(shí)不存在飛濺油量不足的隱患。

因此，采用將油道和擋油板設(shè)置成一體鑄造的結(jié)構(gòu)具有成本低、零件少、工藝性好及通用性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

減速器油道布置及潤(rùn)滑原理

某被動(dòng)潤(rùn)滑的減速器裝配如圖2所示，結(jié)合該圖和鑄造成型的殼體、殼蓋對(duì)其油道布置和潤(rùn)滑原理做如下詳細(xì)闡述。

（1）某減速器殼體? 如圖3所示，鑄造成型出以下特征：

1）在一軸右軸承孔和二軸右軸承孔上設(shè)置橫貫式長(zhǎng)條狀擋油板，擋油板底部設(shè)置有方形油槽與一軸右軸承孔互通。因此可收集一級(jí)被動(dòng)齒輪和二級(jí)被動(dòng)齒輪飛濺出的齒輪油并向兩側(cè)排溢，排溢的齒輪油一部分往右側(cè)進(jìn)入一軸右軸承孔、一部分往左側(cè)流動(dòng)并跌落至殼蓋的擋油板處匯集。

2）二軸右軸承孔與差速器右軸承孔之間設(shè)置了長(zhǎng)條狀油槽互通，二軸右軸承孔處的大量油液可由此導(dǎo)入差速器右軸承，該差速器軸承的潤(rùn)滑可得到強(qiáng)效的補(bǔ)充。而另一側(cè)因?yàn)橐患?jí)被動(dòng)齒輪飛濺的齒輪油可直接流向差速器左軸承，因此不存在潤(rùn)滑油少的隱患。

3）一軸右軸承孔與二軸右軸承孔之間設(shè)置方形油槽，有利于讓處于高點(diǎn)的一軸右軸承孔處的齒輪油自然的流入二軸右軸承孔進(jìn)行潤(rùn)滑。

4）一軸右軸承孔與二軸右軸承孔之間設(shè)置方形油槽的正上方鏤空，依靠一、二軸軸承孔的外壁，可自然收集殼壁處流下的齒輪油并將其經(jīng)由油槽導(dǎo)入二軸右軸承孔，從而形成第二條穩(wěn)定的油流，對(duì)二軸右軸承孔的潤(rùn)滑起到了強(qiáng)效的補(bǔ)充。

（2）某減速器殼蓋? 如圖4所示，鑄造成型出以下特征：

1）在一軸左軸承孔上側(cè)設(shè)置L形擋油板，L形擋油板底部分別設(shè)有與一、二軸左軸承孔互通的方形油槽。因此可收集一級(jí)被動(dòng)齒輪飛濺出的齒輪油并將其導(dǎo)入一、二軸左軸承。

2）L形擋油板空間位置低于減速器殼體橫貫式擋油板并可承接其收集排溢的二級(jí)被動(dòng)齒輪甩出的齒輪油，并將齒輪油導(dǎo)入到一、二軸左軸承孔內(nèi)。

3）一軸左軸承孔與二軸左軸承孔之間設(shè)置方形油槽，有利于讓處于高點(diǎn)的一軸左軸承孔處的齒輪油自然的流入二軸左軸承孔處加強(qiáng)其潤(rùn)滑油量。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)和原理，前進(jìn)時(shí)特別是低速前進(jìn)時(shí)，二級(jí)被動(dòng)齒輪作為動(dòng)力源將齒輪油飛濺起形成油液源；低速倒車(chē)時(shí)或者減速器異側(cè)放置后低速前進(jìn)時(shí)，一級(jí)被動(dòng)齒輪作為動(dòng)力源將齒輪油飛濺起形成油液源；各處擋油板與各級(jí)齒輪設(shè)置的間隙越小越有利于收集齒輪油，推薦以5mm為宜。實(shí)現(xiàn)了任一工況下均能收集到齒輪攪起飛濺的齒輪油并導(dǎo)向各個(gè)軸承形成穩(wěn)定而充分的潤(rùn)滑油流，對(duì)一側(cè)被齒輪遮蓋缺乏齒輪油的差速器軸承提供了了穩(wěn)定潤(rùn)滑油流。

潤(rùn)滑仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證

采用XFLOW流體仿真軟件對(duì)采用上述減速器的某輕型載貨車(chē)電驅(qū)動(dòng)橋總成進(jìn)行正反轉(zhuǎn)下的潤(rùn)滑仿真。

定義輸入轉(zhuǎn)速為3300r/min，某型齒輪油密度為0.849g/cm3、動(dòng)力黏度為0.0217Pa·s，溫度設(shè)定80℃，規(guī)定液面加油量4.2L。初始狀態(tài)如圖5所示。

正轉(zhuǎn)時(shí)減速器殼體及殼蓋側(cè)的齒輪油分布情況分別如圖6所示，可以觀察到輸入軸軸承與中間軸軸承均有穩(wěn)定潤(rùn)滑油來(lái)源，中間軸軸承處進(jìn)入的油液可順著油槽流入殼體側(cè)差速器軸承，各軸承的潤(rùn)滑充分。

反轉(zhuǎn)時(shí)減速器殼體及殼蓋側(cè)的齒輪油分布情況分別如圖7所示，可以觀察到輸入軸軸承與中間軸軸承均有穩(wěn)定潤(rùn)滑油來(lái)源，潤(rùn)滑充分。

采用上述原理生產(chǎn)的某電驅(qū)動(dòng)橋總成樣品，首先進(jìn)行靜態(tài)油位試驗(yàn)確認(rèn)合適的加油位置和最大、最小加油量；然后分別模擬裝車(chē)姿態(tài)下和爬坡姿態(tài)下的各轉(zhuǎn)速潤(rùn)滑試驗(yàn)，試驗(yàn)表明在3000～12000r/min的轉(zhuǎn)速內(nèi)，各軸承處均可觀察到穩(wěn)定的油流，且溫度均能保持在70℃以?xún)?nèi)且長(zhǎng)時(shí)間維持恒定；后續(xù)搭載該產(chǎn)品的若干整車(chē)也順利通過(guò)了耐久路試。

結(jié)語(yǔ)

目前兩級(jí)減速形式的電驅(qū)動(dòng)橋已成為市場(chǎng)的主流，具有成本低、零件少、工藝性好及通用性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)減速器殼體與殼蓋上巧妙設(shè)置的擋油板和潤(rùn)滑油道，可確保在任一工況（特別是低速前進(jìn)和后退工況）下均能收集到一級(jí)被動(dòng)齒輪或二級(jí)被動(dòng)齒輪攪起飛濺的齒輪油，并導(dǎo)向各個(gè)軸承形成穩(wěn)定而充分的潤(rùn)滑油流，可以充分確保驅(qū)動(dòng)橋的使用可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮大強(qiáng).汽車(chē)齒輪油的選擇與使用[J].汽車(chē)與駕駛維修（維修版），2018（12）：64，68.

[2] 全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).純電動(dòng)乘用車(chē)用減速器總成技術(shù)條件：QC/T 1022—2015[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.