重载车轮边减速器齿轮非线性接触分析及齿轮修形研究

摘要

随着我国经济的增长以及交通运输业的进一步发展，对汽车的载重能力和性能要求越来越高。目前，国内外载重汽车在驱动桥中开始普遍采用行星齿轮传动的轮边减速器。新能源电动汽车的轮边驱动技术中使用的也是轮边减速器，对轮边减速器齿轮传动性能的要求，也越来越高。因此，研究其齿轮传动系统的动态特性，对减振降噪、提高传动的平稳性和承载能力、延长使用寿命等有着重要的意义。
　　本研究针对轮边减速齿轮传动在实际中遇到的承载能力，传动平稳性和轮齿损坏等问题，基于有限元分析结果并结合实际问题进行分析，提出齿轮修形的必要性并分析得出了对太阳轮鼓形齿向修形、行星轮齿廓修形这一综合修形方案，为后期问题的改善提供一定的借鉴参考意义。主要研究内容如下:
　　(1)概述了轮边减速器的结构及工作原理，根据渐开线方程，运用参数化设计方法，建立其行星轮系齿轮传动模型，并结合传动原理进行无干涉装配，为后续分析提供几何基础。
　　(2)利用两圆柱体滚子接触模型，分别采用Hertz接触理论和有限元接触分析，验证了有限元接触分析的准确性和有效性，为齿轮接触分析提供参考依据。根据轮边减速器的结构特点和工作原理，对行星轮系中一对太阳轮和行星轮进行有限元静态接触分析，同时考虑齿面摩擦，发现有限元仿真分析结果与理论分析具有较好的一致性，得出了不同接触啮合区间位置时，摩擦因数的改变对静接触应力的变化规律，指出合理控制润滑的重要性。
　　(3)根据相对运动原理，基于隐式动力学有限元方法，对太阳轮和行星轮进行了动态接触分析，分析其动态齿面接触应力、等效应力变化规律及齿宽方向应力分布规律。针对实际中轮边减速器的不同工况，综合分析了摩擦，负载转矩和转速对轮齿动态接触性能的影响规律，为其传动性能的改善提供参考。
　　(4)基于有限元分析结果与轮边减速齿轮实际传动中存在问题的一致性，从改善其啮合冲击、齿向载荷分布，边缘应力集中，以提高其承载能力和传动平稳性，延长使用寿命等角度，分析提出了对太阳轮鼓形齿向修形，行星轮齿廓修形的综合修形措施，并对修形前后动态性能进行对比分析，发现:修行后，齿面最大接触应力约减小了17.2％，最大等效应力约减小了11.3％，啮合载荷冲击减小，最大齿面接触应力和等效应力时变曲线过渡相对平滑，避免了应力集中;动态接触时应力边缘效应缓解，齿宽方向上应力分布得到改善，承载能力提高;传动输出相对误差变化不大且传动时振动降低，传动更加平稳，有利于降低噪声，延长其使用寿命，说明了该综合修形方法的实用有效性。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 齿轮接触动力学分析研究概况

1．2．2 齿轮修形研究概况

1．2．3 轮边减速齿轮研究概况

1．3 主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 轮边减速传动原理及参数化建模

2．1 轮边减速器概述

2．2 轮边减速器的总体选型及分析

2．3 轮边减速器的工作原理

2．3．1 轮边减速器结构和传动过程

2．3．2 行星齿轮传动机构的均载方案设计

2．4 轮边减速器行星传动机构的参数化模型

2．5 本章小结

第3章 轮边减速齿轮静态接触分析

3．1 Hertz接触理论

3．2 接触分析有限元法

3．2．1 接触类型与方式

3．2．2 接触算法

3．3 Ansys接触单元有效性验证

3．3．1 两圆柱体接触的Hertz理论计算

3．3．2 两圆柱体接触有限元计算

3．4 轮边减速齿轮非线性接触静力分析

3．4．1 轮边减速齿轮有限元模型

3．4．2 定义边界条件及施加载荷

3．4．3 求解及分析

3．5 不同摩擦状态对轮边减速齿轮接触的影响分析

3．5．1 考虑摩擦时齿轮轮齿受力分析

3．5．2 考虑摩擦时齿轮接触应力理论计算

3．5．3 考虑摩擦时轮边齿轮接触有限元分析

3．6 本章小结

第4章 轮边减速齿轮非线性动力学接触分析

4．1 非线性接触动力学分析理论基础

4．2 轮边减速齿轮非线性动力学接触分析

4．2．1 齿轮瞬态动力学分析前处理

4．2．2 动态接触有限元分析求解及结果分析研究

4．3 考虑摩擦时轮边减速齿轮非线性动力学接触分析

4．3．1 齿面摩擦对齿轮动态接触性能的影响

4．3．2 负载对齿轮动态接触性能的影响

4．3．3 转速对齿轮动态接触性能的影响

4．4 本章小结

第5章 轮边减速齿轮修形研究

5．1 齿轮修形的目的和方法

5．1．1 齿廓修形的原理和方法

5．1．2 齿向修形的原理和方法

5．2 轮边减速齿轮修形分析

5．2．1 修形方案分析

5．2．2 太阳轮齿向修形

5．2．3 行星轮齿廓修形

5．3 轮边减速齿轮修形有限元分析

5．3．1 修形前后动态接触性能分析

5．3．2 修形前后齿宽方向应力分布

5．3．3 修形前后传动性能分析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢