汽车行星齿轮边减速器动力学性能分析与研究

2018-12-07吴克勤

现代工业经济和信息化 2018年15期

夏冰，吴克勤，李勤

（沈阳工业大学辽阳校区，辽宁沈阳 111000）

引言

就行星齿轮结构而言，过去人们均围绕其均载性展开研究，对于这种复杂的动力传动系统来说，这种研究方式具有很大的局限性。目前，基于转向动态特征的研究已经取得一定突破。受动激励的影响，齿轮传动系统产生响应，而动激励又有内外激励之分。内激励是行星齿轮区别于常规机械结构的主要特征。在行星齿轮结构进行研究时，要充分考虑有关零部件的物理弹性，同时要根据有关因素和使用方法的不同建立响应的动力学模型。通常情况下，动力学模型主要为以下两种：一是集中参数模型；二是有限元模型。由于第一种模型存在的误差较大，因此，一般通过有限元模型的建立来研究行星齿轮结构及其特征。

1 汽车行星齿轮减速器的简述

双级减速驱动桥被很多汽车用于齿轮的第二级减速器，而汽车轮毂附近或中间一般安装轮边减速器，这样可以大幅度缩小中间主减速器的尺寸，从而保证汽车的通过性。众所周知，轮边是所有减速器重点最后一级，导致其前面包括半轴和差速器在内的有关零部件都可以实现尺寸的减小。二级减速装置的行星齿轮转动一般以直齿圆柱为主，然而受汽车行驶时路面颠簸等外在因素的影响，其所处的理学环境相对复杂。在很多应用环境中，影响齿轮转动系统可靠性及寿命的关键因素有以下两类，即系统转动时的噪声和振动。因此，根据现代设计理念，通过引入ANSYS等成熟技术对行星齿轮系统进行动力学分析以进一步了解其特征，为优化这一复杂的动力传动系统奠定基础。

2 齿轮动力学模型

建立于冲击理论之上的齿轮动力学模型，在传统研究中主要以啮合冲击进行描述，并以此作为动态激励和响应的解释依据。有关动力学行为是建立在冲击作用下单独系统的动态响应基础之上的。通过振动理论的引入，对齿轮系统进行动力学特征的研究，最终得出了相应的动力学模型，这是齿轮学理论研究的新起点。随着科学技术和经济的发展，基于齿轮动力学的研究也不断取得突破。

3 轮边减速器结构以及模型

3.1 行星齿轮边减速器结构与优化

目前，行星齿轮减速驱动桥被广泛应用于汽车领域，但是从物理结构特征上进行区分，又存在圆锥和圆柱行星齿轮式轮边减速驱动桥两类。如果车辆对动力要求较大且需要较大的通过性，则采用轮式结构。通过增扭降速达到技术升级的目的。由于减速器传动比减小，进而使传递的转矩得以降低，最终实现了结构齿轮的减少。以行星齿轮结构为主的轮边减速器通过增扭减速，实现了齿轮减速传动，因此，这种结构一般应用于大功率汽车。具体结构参见图1。

图1 行星齿轮轮边减速器的结构

通过上图分析可知，行星齿轮减速器结构如下：图1-1的主动件为太阳轮，从动件为内齿圈，而固定不动的则是行星齿轮架；图1-2的主动件是太阳轮，从动件是行星齿轮架，而固定不变的是内齿圈；图1-3的主动件是内齿圈，从动件是行星齿轮架，而固定不变的是太阳轮。而目前汽车所采用的结构模式主要以图1-2所示的结构为主。

3.2 轮边减速器结构传动过程

就行星轮边减速器而言，其结构的传动是根据下图所示的原理进行，详见图2。

图2 动力传递示意图

在安装动力传递结构的过程中，一般用螺丝钉将驱动桥壳两端的花键套固定。然后将齿圈架安装在其外圆花键上，并将两者连接，花键将内齿圈与其架连接，且将齿圈固定使其不动。在半轴外端用花键安装太阳轮，并用卡环将其端头定位。行星齿轮倍固定于轴上，并使之与太阳轮和内齿圈啮合。螺钉将行星架和轮毂固定在一起，然后将后者支撑于花键套上。太阳轮等将来自于差速器的动力传至轮毂（驱动轮），获得动力的轮毂开始旋转，汽车获得动力进而得以在路面行使。齿轮边减速器外侧被端盖封闭，进而实现了闭式传动，进而预防转动过程中半轴向外窜动，端盖上有螺塞孔并被封堵，需要加注润滑油时，打开螺塞孔即可。浮动油封安装于轮毂内侧和花键套之间，预防润滑油渗透进入制动器。

3.3 行星齿轮结构设计

轮边减速器主要部件之一的行星齿轮结构，其精准性的高低决定了分析求解结果是否精准。基于此，要用参数化设计方法在三维建模软件中对其结构进行分析和设计，在此过程中，既要保证坐标原定位置准确，又要确保便于安装，通过零部件有关尺寸的标注和相关位置关系的约束，实现特征参数建模过程的全程约束，三维模型主要如图3所示。