驱动桥轴承电蚀与噪音特性研究

10.16638/ki.1671-7988.2019.17.050
驱动桥轴承电蚀与噪音特性研究
刘景，马洪涛，雷永辉
（陕西汉德车桥有限公司，陕西西安710201）
摘要：驱动桥作为汽车动力总成系统的核心部件，其NVH性能对整车噪声水平的影响至关重要。

近年来，随着公交车电动化的发展趋势，驱动桥NVH性能面临的技术问题愈加严重。

一是发动机噪声的掩蔽作用消失，二是轴承电蚀与电机扭振等潜在问题加剧了驱动桥的噪音控制难度。

文章基于市场车辆的NVH故障，分析了轴承电蚀在驱动桥NVH方面的表现特性，并针对该问题提出了改进措施。

关键词：驱动桥；NVH；电动车；轴承；电蚀
中图分类号：U462.3 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)17-139-02
Study on Electrocorrosion and Noise Characteristics of Drive Axle Bearings
Liu Jing, Ma Hongtao, Lei Yonghui
（Shaanxi Hande Axle Co., Shaanxi Xi’an 710201）
Abstract: The drive axle as the core component of automotive powertrain systems, the influence of its NVH performance is very important for the vehicle noise level. In recent years, with the developing of the electric bus, the NVH performance of drive axle facing technology problem more seriously. For the following reasons: first, engine noise disappeared. Second, bearing electrocorrosion, motor torsional vibration and other potential problems. Such problems had exacerbated the difficulty of controlling the NVH of the vehicle noise. The article base on the difficult market failure, analyzes the bearing electrocorrosion in drive axle NVH performance and put forward the improvement measures for this problem. Keywords: Drive axle; NVH; Electric bus; Bearings; Electrocorrosion
CLC NO.: U462.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)17-139-02
前言
驱动桥是重型汽车的动力总成核心部件之一，主要承担了传动、承载与制动功能。

对于驱动桥的传动功能项，存在两大关键性能指标，一是NVH性能，二是疲劳耐久。

对于NVH性能主要围绕齿轮、轴承等振动激励源。

相较于传统动力车型，纯电动车型由于电动化问题，使得驱动桥的工作环境存在电磁辐射问题。

电磁问题对驱动桥最大的影响在于漏电等极端问题，比如漏电会引发轴承电蚀等问题，本文所引用的售后故障案例即电机漏电而引起的驱动桥主锥轴承以及电机自身内部轴承的电蚀问题。

文章基于故障噪音的频谱分析，以及驱动桥结构拆解，最终确定了轴承电蚀位置、原因，并提出相应的预防与整改措施。

1 纯电动动力总成布置
目前市场上，纯电动公交车所采用的动力总成布置方式以及悬架系统与传统动力车型基本一致。

仅仅是将发动机、变速器拆除，并替换为驱动电机、传动轴与驱动桥（图1）。

这种设计方案具有结构简单、开发成本低、易于维修等特点，同时可继承传统动力汽车的悬架系统，因此在国内纯电动汽车行业应用较为普及。

作者简介：刘景，就职于陕西汉德车桥有限公司。

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汽车实用技术
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图1 纯电动公交动力总成布置
2 驱动桥NVH故障测试与分析
2.1 车内噪声频谱分析
根据车内噪声频谱（图2），基本判定车内异响为尖锐鸣叫声，其能量频谱主要分布在1.5-4 KHz。

另外，客户通过驱动桥ABA试验发现，故障噪声是由故障车辆的驱动桥导致的。

基于以上数据，根据驱动桥噪声特点可知，齿轮啮合频带与故障噪声频带位置不吻合，因此可排除齿轮故障。

鉴于驱动桥内部振动激励只有齿轮与轴承，因此将问题锁定在轴承上。

图2 车内噪声频谱
2.2 驱动桥拆解分析
（1）齿轮表面状态
如图3所示，经拆解分析可知，主减齿轮的齿面状态良好，工作区域无擦伤、点蚀等现象。

结合故障噪声频带特点，可排除齿轮噪声的嫌疑。

图3 齿轮表面状态
（2）轴承滚道状态
图4 轴承外圈滚道总貌图
如图4、图5所示，经拆解分析发现，在主动锥齿轮轴、靠近电机一侧的圆锥滚子轴承存在明显的电蚀现象，主要特征表现为外圈滚道局部存在均匀分布、外形类似搓板纹的凹槽特征。

经过与售后部门沟通后，了解到轴承从未发现过此类故障，所以初步判断为电动车独有。

图5 轴承外圈滚道局部图
2.3 轴承电蚀与车内噪音的契合度分析
首先，轴承外圈上存在一排近似等间隔的电蚀线，且手指可明显触摸到凹凸感。

这与故障噪声的周期性冲击特征一致；其次，轴承外圈上电蚀线之间的距离极小，这将导致高频冲击信号，这与故障噪声的高频特征一致；另外，轴承外圈仅在局部约 120度范围内存在等间隔的点蚀线，其他部分不明显。

这在时域中将导致调幅现象，而在故障噪声频谱中明显看到，故障噪声的谱线为等间隔的谱线簇，即调幅信号的频域表现；综合以上分析，可以断定，驱动桥发出的高频鸣叫声是由锥轴承滚道电蚀而引起的。

3 驱动桥轴承电蚀潜在原因
顾名思义，轴承电蚀是指当旋转中的轴承内部有电流通过时，经过滚动接触面（线）的极薄油膜产生电火花，使表面局部溶解，出现类似点蚀的损伤。

在放大镜下观察，点蚀部位如同火山口形状的凹坑，从而可知产生电火花时发生了溶解。

另外，电蚀会使滚动面变成搓衣板状。

研究指出，对于一些极对数较少的电动机而言（纯电动车多为 4 对），由于电磁绕组加工误差的存在，会导致内部磁通量分布不均匀，进而沿电机主轴产生感应电压，或者在轴与轴承座之间产生电压差，最终形成电流回路。

4 结论
本文通过售后故障案例，详细的介绍了驱动桥轴承电蚀的故障形貌、噪声特性，并分析了导致轴承电蚀的具体原因。

这为后续轴承电蚀噪音分析与处理提供了参考依据，同时根据纯电动汽车的动力布置方式，建议在驱动桥输入法兰处增设绝缘措施，从而避免电机漏电而波及驱动桥轴承。

参考文献
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