減速型驅(qū)動電動輪中齒輪接觸強度的校核計算*

2015-11-23 03:05:30頡方正張雯娣

機械研究與應用 2015年3期

頡方正，張雯娣

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學院汽車工程系，甘肅蘭州 730060)

0 引言

無論是混合動力電動汽車、燃料電池汽車還是純電動汽車，在幾大核心系統(tǒng)中，電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，從減小體積、提高效率等方面來看，電動輪驅(qū)動系統(tǒng)比其它形式的電驅(qū)動系統(tǒng)更具有優(yōu)越性。在20世紀50年代初，美國人羅伯特發(fā)明了電動汽車輪轂，隨后申請了專利，該機構(gòu)包括電動機、傳動系統(tǒng)和制動器為一體的輪轂裝置。后來該裝置被通用電氣公司應用在大型礦用自卸車上，并命名為“電動輪”［1］。利用傳統(tǒng)的機械強度的校核方式可以對其中的減速器中的齒輪接觸強度進行校核分析，可以為進一步的具體設(shè)計提供依據(jù)。

1 減速型驅(qū)動電動輪的概述和工作原理

1．1 減速型驅(qū)動電動輪的結(jié)構(gòu)

該類型電動輪起源于礦用車的傳統(tǒng)電動輪［2］。電機輸出軸通過減速裝置與車輪驅(qū)動軸連接，使電機軸承不直接承受車輪與路面的載荷作用，改善了軸承的工作條件。減速驅(qū)動型電動輪電動機的優(yōu)點是轉(zhuǎn)速高、有較高的比功率、質(zhì)量輕、噪聲小、成本低。

選取的減速型電動輪主要由以下幾部分組成:電動機、NGW型行星齒輪減速裝置(如圖1)、車輪等。

1．2 減速型驅(qū)動電動輪的工作原理

該減速驅(qū)動型電動輪的總體結(jié)構(gòu)如圖2，懸架的上下擺臂將電機殼體上的凸緣與車身連接起來，高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的電機殼與轉(zhuǎn)向節(jié)及減速器的殼體做成一體，整個殼體外端與驅(qū)動輪的輪轂相連。

圖1 NGW型行星齒輪減速裝置

圖2 減速驅(qū)動型電動輪

盤式制動器的制動盤與輪轂一起轉(zhuǎn)動，制動鉗固定于電機殼上。電機轉(zhuǎn)軸通過內(nèi)置于封閉殼體內(nèi)的NGW型行星齒輪機構(gòu)增矩后帶動車輪一起轉(zhuǎn)動，達到減速增矩的效果。電機軸外端直接與NGW型行星減速器的太陽輪連接，電機工作時，帶動太陽輪轉(zhuǎn)動，太陽輪帶動行星齒輪轉(zhuǎn)動，行星齒輪帶動行星架轉(zhuǎn)動，行星架帶動車輪轉(zhuǎn)動，行星機構(gòu)外齒圈與電機外殼固定［3］。這種裝置的特點是:漸開線圓柱齒輪傳動的速度和功率范圍大，傳動效率高，對中心距的敏感性小，裝配和維修比較簡便，易于精確加工。NGW型圓柱行星齒輪傳動效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳遞功率范圍大，軸向尺寸小，可用于各種工作條件。

2 齒面接觸強度的校核計算

太陽輪、行星齒輪、齒圈作為該減速驅(qū)動型中減速器的重要零件，下面對于各個齒輪的齒面接觸強度進行校核計算。

2．1 計算接觸應力

計算接觸應力的計算公式如下［4］:

式中參數(shù)說明及取值計算:

σH計算接觸應力，N/mm2;ZH節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查得彈性系數(shù)，取重合度系數(shù)004，其中齒輪傳動的端面重合度查得螺旋角系數(shù)名義切向力，F(xiàn)t1，2=59 650 N，F(xiàn)t2，3=41 138 N;d1太陽輪分度圓直徑 d1=40 mm，行星齒輪分度圓直徑d2=120 mm;b工作齒寬，指一對齒輪中的較小齒寬，b1=32 mm，b2=60 mm;u齒數(shù)比使用系數(shù)，查得 KA=1．0;KV動載系數(shù)，查得 KV=1．0;KHβ齒向載荷分布系數(shù)，查表 KHβ=1．0;KHα齒間載荷分配系數(shù)，KHα=1．0，其中，總重合度 εγ= εα=0．742;計算得接觸應力為

2．2 許用接觸應力

許用接觸應力的計算公式如下［5］:

式中:σHP齒輪的許用接觸應力，N/mm2;σHlim試驗齒輪的接觸疲勞極限750 N/mm2;SHlim接觸強度計算的最小安全系數(shù)，SHlim=1．0;ZN壽命系數(shù)，按當量循環(huán)次數(shù)Ne選取，Ne=60γnt，其中，γ指齒輪每轉(zhuǎn)一圈輪齒同一側(cè)面的嚙合次數(shù)，n指齒輪的轉(zhuǎn)速，t指齒輪的工作時間;計算得查得 ZN的計算公式為，計算得潤滑劑系數(shù)，查得速度系數(shù)，按齒輪的節(jié)點線速度v=0．84 m/s 查得 ZV=0．945，ZV3=0．875;ZR粗糙度系數(shù)，齒面的粗糙度對許用接觸力的影響系數(shù)，查得齒面工作系數(shù)，取ZW=1;ZX尺寸系數(shù)，在根據(jù)了、零件大小選材適當，且熱處理和硬化層深度選擇合理時，一般取ZX=1;許用接觸應力σHP分別計算太陽、行星齒輪、齒圈分別計算，取太陽輪和行星齒輪、行星齒輪和齒圈的較小者分別和接觸應力校核。

太陽輪的許用接觸應力: