夏 冰，吳克勤，李 勤

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼陽(yáng)校區(qū)， 遼寧 沈陽(yáng) 111000）

引言

就行星齒輪結(jié)構(gòu)而言，過(guò)去人們均圍繞其均載性展開(kāi)研究，對(duì)于這種復(fù)雜的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種研究方式具有很大的局限性。目前，基于轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)特征的研究已經(jīng)取得一定突破。受動(dòng)激勵(lì)的影響，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)，而動(dòng)激勵(lì)又有內(nèi)外激勵(lì)之分。內(nèi)激勵(lì)是行星齒輪區(qū)別于常規(guī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特征。在行星齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究時(shí)，要充分考慮有關(guān)零部件的物理彈性，同時(shí)要根據(jù)有關(guān)因素和使用方法的不同建立響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型。通常情況下，動(dòng)力學(xué)模型主要為以下兩種：一是集中參數(shù)模型；二是有限元模型。由于第一種模型存在的誤差較大，因此，一般通過(guò)有限元模型的建立來(lái)研究行星齒輪結(jié)構(gòu)及其特征。

1 汽車行星齒輪減速器的簡(jiǎn)述

雙級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋被很多汽車用于齒輪的第二級(jí)減速器，而汽車輪轂附近或中間一般安裝輪邊減速器，這樣可以大幅度縮小中間主減速器的尺寸，從而保證汽車的通過(guò)性。眾所周知，輪邊是所有減速器重點(diǎn)最后一級(jí)，導(dǎo)致其前面包括半軸和差速器在內(nèi)的有關(guān)零部件都可以實(shí)現(xiàn)尺寸的減小。二級(jí)減速裝置的行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一般以直齒圓柱為主，然而受汽車行駛時(shí)路面顛簸等外在因素的影響，其所處的理學(xué)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。在很多應(yīng)用環(huán)境中，影響齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)可靠性及壽命的關(guān)鍵因素有以下兩類，即系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的噪聲和振動(dòng)。因此，根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，通過(guò)引入ANSYS等成熟技術(shù)對(duì)行星齒輪系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析以進(jìn)一步了解其特征，為優(yōu)化這一復(fù)雜的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

2 齒輪動(dòng)力學(xué)模型

建立于沖擊理論之上的齒輪動(dòng)力學(xué)模型，在傳統(tǒng)研究中主要以嚙合沖擊進(jìn)行描述，并以此作為動(dòng)態(tài)激勵(lì)和響應(yīng)的解釋依據(jù)。有關(guān)動(dòng)力學(xué)行為是建立在沖擊作用下單獨(dú)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)基礎(chǔ)之上的。通過(guò)振動(dòng)理論的引入，對(duì)齒輪系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特征的研究，最終得出了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，這是齒輪學(xué)理論研究的新起點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基于齒輪動(dòng)力學(xué)的研究也不斷取得突破。

3 輪邊減速器結(jié)構(gòu)以及模型

3.1 行星齒輪邊減速器結(jié)構(gòu)與優(yōu)化

目前，行星齒輪減速驅(qū)動(dòng)橋被廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，但是從物理結(jié)構(gòu)特征上進(jìn)行區(qū)分，又存在圓錐和圓柱行星齒輪式輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋兩類。如果車輛對(duì)動(dòng)力要求較大且需要較大的通過(guò)性，則采用輪式結(jié)構(gòu)。通過(guò)增扭降速達(dá)到技術(shù)升級(jí)的目的。由于減速器傳動(dòng)比減小，進(jìn)而使傳遞的轉(zhuǎn)矩得以降低，最終實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)齒輪的減少。以行星齒輪結(jié)構(gòu)為主的輪邊減速器通過(guò)增扭減速，實(shí)現(xiàn)了齒輪減速傳動(dòng)，因此，這種結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于大功率汽車。具體結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1。

圖1 行星齒輪輪邊減速器的結(jié)構(gòu)

通過(guò)上圖分析可知，行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)如下：圖1-1的主動(dòng)件為太陽(yáng)輪，從動(dòng)件為內(nèi)齒圈，而固定不動(dòng)的則是行星齒輪架；圖1-2的主動(dòng)件是太陽(yáng)輪，從動(dòng)件是行星齒輪架，而固定不變的是內(nèi)齒圈；圖1-3的主動(dòng)件是內(nèi)齒圈，從動(dòng)件是行星齒輪架，而固定不變的是太陽(yáng)輪。而目前汽車所采用的結(jié)構(gòu)模式主要以圖1-2所示的結(jié)構(gòu)為主。

3.2 輪邊減速器結(jié)構(gòu)傳動(dòng)過(guò)程

就行星輪邊減速器而言，其結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)是根據(jù)下圖所示的原理進(jìn)行，詳見(jiàn)圖2。

圖2 動(dòng)力傳遞示意圖

在安裝動(dòng)力傳遞結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，一般用螺絲釘將驅(qū)動(dòng)橋殼兩端的花鍵套固定。然后將齒圈架安裝在其外圓花鍵上，并將兩者連接，花鍵將內(nèi)齒圈與其架連接，且將齒圈固定使其不動(dòng)。在半軸外端用花鍵安裝太陽(yáng)輪，并用卡環(huán)將其端頭定位。行星齒輪倍固定于軸上，并使之與太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈嚙合。螺釘將行星架和輪轂固定在一起，然后將后者支撐于花鍵套上。太陽(yáng)輪等將來(lái)自于差速器的動(dòng)力傳至輪轂（驅(qū)動(dòng)輪），獲得動(dòng)力的輪轂開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，汽車獲得動(dòng)力進(jìn)而得以在路面行使。齒輪邊減速器外側(cè)被端蓋封閉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了閉式傳動(dòng)，進(jìn)而預(yù)防轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中半軸向外竄動(dòng)，端蓋上有螺塞孔并被封堵，需要加注潤(rùn)滑油時(shí)，打開(kāi)螺塞孔即可。浮動(dòng)油封安裝于輪轂內(nèi)側(cè)和花鍵套之間，預(yù)防潤(rùn)滑油滲透進(jìn)入制動(dòng)器。

3.3 行星齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輪邊減速器主要部件之一的行星齒輪結(jié)構(gòu)，其精準(zhǔn)性的高低決定了分析求解結(jié)果是否精準(zhǔn)?；诖?，要用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在三維建模軟件中對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中，既要保證坐標(biāo)原定位置準(zhǔn)確，又要確保便于安裝，通過(guò)零部件有關(guān)尺寸的標(biāo)注和相關(guān)位置關(guān)系的約束，實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)建模過(guò)程的全程約束，三維模型主要如圖3所示。

圖3 齒輪分解模型

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)輪邊減速器結(jié)構(gòu)模型的分析和在汽車上的具體應(yīng)用效果分析，為本文的研究奠定了基礎(chǔ)，通過(guò)有關(guān)建模軟件對(duì)輪邊減速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的建立，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力學(xué)分析的三維模型化研究，從而提高了研究的針對(duì)性。