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基于Romax的电动汽车齿轮箱优化设计

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
基于Romax的电动汽车齿轮箱优化设计
摘要:利用Romax软件对某纯电动商用车传动系统进行仿真分析,研究了齿轮修形对传动误差和齿面接触斑的影响,合理的修形参数可改善齿轮啮合质量,使齿轮系统运行更平稳,减小系统运行噪音。
关键词:电动汽车;齿轮箱;传动误差;Romax;修形
随着新能源汽车产业的迅速发展,电动汽车齿轮箱NVH性能愈加受到关注。传动误差是齿轮传动噪音的主要激励源,也是振动和噪声的主要评价指标[1]。本文利用Romax对某纯电动商用车传动系统进行仿真分析,优化齿廓、齿向修形参数,以减小传动误差的波动,优化接触斑分布,从而提高齿轮强度,改善齿轮啮合质量,降低传动系统噪音。
[size=10.5000pt]1. 传动系统模型的建立
高速电机因其功率密度大已成为各车企主流应用产品,本车型也选用了一款高速电机,最高转速14000rpm,电机直驱无法满足整车动力,需要匹配合适的减速器以满足整车需求。图1为该电动商用车传动系统简图,电机动力经齿轮箱减速增扭,动力通过万向联轴节传递至后桥主减再次减速增扭,最终从左右半轴把动力输出至两侧车轮。
针对整车实际情况,设计开发了一款单级齿轮箱,传动系统齿轮副基本参数如表1所示。齿轮选用低碳钢材料,轮齿经渗碳淬火后磨齿加工,精度等级6级。在Romax软件中根据齿轮参数对对应的轴进行建模,并以额定工况载荷,建立完成的模型如图2所示。
              
1 某电动商用车传动系统结构简图           图2 齿轮箱Romax模型
1.电机 2.齿轮箱 3.万向连轴节 4.后桥主减5.输出半轴
6.车轮 2-1.主动齿轮 2-2.输出轴 2-3.从齿轮
1 齿轮传动系统参数
参数
数值
参数
数值
模数m
[size=9.0000pt]2
压力角
20°
主动轮齿数Z1
23
从动轮齿数Z2
95
螺旋角
10°
电机最高转速rpm
14000
电机额定转速rpm
4775
电机额定扭矩N.m
90
[size=10.5000pt]2. 修形模型的分析
理想的齿轮啮合面是共轭的,传动比为恒定值,但实际由于齿轮加工机理、制造误差、受力变形等因素的影响,实际传动比在理论值附近上下波动,造成传动误差[2]。
建立模型后,利用Romax软件针对额定工况进行分析,即输入转速4775rpm、扭矩90N.m的工况下对齿轮箱传递系统进行传动误差分析。修形前齿轮副传动误差曲线如图2所示,修形前齿轮单位啮合长度的载荷分布如图3所示。结果表明啮合齿轮副未修形时,传动误差整体波动量较小但变动剧烈存在突变点,说明存在剧烈啮入啮出冲击;同时齿面偏载严重, 影响齿轮的使用寿命。
2 优化前传动误差              3 优化前接触斑
[size=10.5000pt]3. 齿轮修形量的确定
为了改善齿轮啮合性能,弥补齿轮变形、制造误差和齿轮的啮合错位对传递误差的影响,改善齿轮齿面在齿宽方向的受载不平衡及齿面的润滑状态,需对高速齿轮进行齿廓、齿向修形[3]。齿廓修形有齿顶修形和齿根修形两种方式,齿根修形易导致齿轮强度削弱,因而本设计选用齿顶修形;同时为提高加工效率仅对主动齿轮进行齿向修形,从动大齿轮齿向不修形。
合理的齿轮修形量至关重要,修形量太大有时甚至比不修形还要不利,需要根据受载大小、加工精度等因素综合选择修形量的大小。最终确定主动齿轮齿廓及齿向修形量如图4所示,从动齿轮齿廓修形量如图5所示。
4 主动齿轮齿廓、齿向修形量
5 从动齿轮齿廓修形量
[size=10.5000pt]4. 修形模型的分析
Romax软件的齿轮微观几何尺寸输入上述的齿廓修形量和齿向修形量,再利用Romax软件针对额定工况下对齿轮箱修形后的传递系统进行传动误差。修形后齿轮副传动误差曲线如图6所示,修形后齿轮单位啮合长度的载荷分布如图7所示。结果表明修形后的传递误差曲线消除了原误差曲线中的折点及急剧变化情况,传动误差曲线平滑能让齿轮系统运行更平稳,减小系统运行噪音。优化后接触斑点处于齿轮中间位置,改善了未修形时出现的严重偏载问题,达到提高齿轮寿命的目的。
   
6优化后传递误差                  7优化后接触斑
[size=10.5000pt]5. 总结
本文利用Romax软件对一种电动汽车齿轮箱进行仿真分析,研究了齿轮修形优化对传动误差和齿面接触斑的影响,研究表明对斜齿轮选择合理的修形方式及修形量,能让传动误差曲线平滑消除突变尖点,使传动系统更平稳;修形后齿面载荷分布更均匀,提高了承载能力。
参考文献
[1] 杨建军,刘威,张华等.基于Romax的齿轮修形优化设计与试验研究[J].机械传动,
2015(10):158-161.
[2] 熊禾根.机械传动系统Romax Designer建模、分析及应用[M].华中科技大学出版社,
2015:144-145.
[3] 邓庆斌,王晓娟,孟德伟等.基于Romax的变速器齿轮微观几何优化设计[J].传动技术,
2014(4):38-41.
[4] 白国庆,王 铁,张瑞亮等.细高齿齿轮齿形优化及仿真分析[J].机械传动,2012(05):
46-48.

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