目前，全球的汽车行业都在大力发展电动化，以美国的特斯拉为例，2022 年全球销量达 131 万辆，同比增长 40%;国内的新能源汽车销量占比也在飞速提升，从 2020 年的 5.4% 提升到 2022 年的 20%。可以预见，在未来几年内，纯电动汽车将会代替燃油车，成为人们日常出行的主要交通工具。
随着电动化的发展，汽车驱动电机转速已经突破了 20 000 r/min，作为扭矩传递装置的减速器，需要满足高转速及高扭矩的要求;同时，纯电动汽车减速器还必须满足可靠性高和 NVH 性能好等要求。
为了提高汽车减速器的传动平稳性及 NVH 要求，常规的圆柱斜齿轮已无法满足纯电动汽车的要求，因此，本文将采用细高齿的设计方案，来提高齿轮的承载能力和重合度，实现高扭且平稳的传动。
本文通过对某款纯电动汽车两级减速器齿轮的设计研究，通过增大齿高、微观修形等方法，计算校核了减速器的性能，获得了满足要求的纯电动汽车减速器。
一、两级减速器设计方案
设计流程
纯电动汽车减速器设计流程如图 1 所示。
参数计算
该纯电动汽车驱动电机最高转速为 16 000 r/min，峰值扭矩为 320 N·m，齿轮转速高、承载大，要求减速器每级齿轮重合度>4，TE<0.25 μm。
齿轮重合度用 ε 表示，其计算公式为：
式中，αα1、αα2 为齿轮 1、2 的齿顶圆压力角;α 为齿轮啮合角;z1、z2 为齿轮 1、2 的齿数;“+”号用于外啮合，“-”号用于内啮合。
通过采用细高齿技术方案，优化齿轮齿廓参数，可以增加齿轮啮合重合度，从而提高齿轮承载能力和使用寿命，实现减振降噪、降低成本的目的。齿轮材料选用渗碳钢 20MnCr5，后期喷丸处理。图 2 是减速器传动结构图，输入轴为电机转轴，输出轴接车轮。
根据《齿轮设计手册》，确定齿轮宏观参数如表 1 所示。
从表 1 中可以看出，重合度都>4，满足设计要求。
齿轮、轴承校核
本文将采用 Romax 软件对齿轮和轴承进行寿命分析及强度校核。在 Romax 中进行齿轴系统建模，添加载荷谱，计算可得表 2 的结果。
从表中可以看出，齿轮接触安全系数>1.1，弯曲安全系数都>1.2，满足寿命和强度要求。
齿轮微观修形
齿轮的啮合强度，除了受到齿轮本身模数、齿数、压力角以及配对安装距等宏观参数影响外，还受到微观几何参数的影响，其中齿轮修形就是一个重要的影响因素。齿轮在制造过程中会产生误差，因此需要对加工好的齿轮进行微观修行来优化齿形。采用 Romax 对齿轮进行修形并比较修形前后齿轮载荷分布情况。
修形前后齿轮单位长度载荷分布情况如图 3~图 6 所示。
对比可发现，修形可降低齿面最大载荷，从而提高齿轮接触及弯曲强度，增加齿轮寿命。
二、试验验证
试验项目
根据 QC/T 1022-2015《纯电动乘用车用减速器总成技术条件》进行试验验证。
试验项目包括静扭试验、超速性能试验、高速性能试验、NVH 试验、效率试验、接触斑点试验和疲劳寿命试验。
试验方法
将减速器水平安装在试验台架上，半轴另一端接电机，设置好工况开始试验。试验过程如图 7 所示。
试验结果
所有试验完成后对减速器进行拆解检验，齿轮无断裂、无严重点蚀，轴承转动正常，试验合格。
NVH 试验结果如图 8 所示，最大噪声出现在减速器左侧，声压级为 80 dB(A)。根据要求，减速器加载噪声应不大于 83 dB(A)，试验结果满足标准。
三、结语
以上对电动汽车减速器进行了正向设计和验证，通过以上分析研究，可以得出以下结论：
a. 采用细高齿方案，可以提高齿轮重合度，优化变速器的 NVH 性能。
b. 增大齿轮副重合度，可以使传动更加平稳。
c. 对齿轮进行有效的微观修形，可以提高齿轮的接触强度和弯曲强度，从而提高变速器的使用寿命。