减速型驱动电动轮中齿轮接触强度的校核计算*

颉方正，张雯娣

(兰州石化职业技术学院汽车工程系，甘肃兰州 730060)

0 引言

无论是混合动力电动汽车、燃料电池汽车还是纯电动汽车，在几大核心系统中，电驱动系统是电动汽车研究的关键技术之一，从减小体积、提高效率等方面来看，电动轮驱动系统比其它形式的电驱动系统更具有优越性。在20世纪50年代初，美国人罗伯特发明了电动汽车轮毂，随后申请了专利，该机构包括电动机、传动系统和制动器为一体的轮毂装置。后来该装置被通用电气公司应用在大型矿用自卸车上，并命名为“电动轮”［1］。利用传统的机械强度的校核方式可以对其中的减速器中的齿轮接触强度进行校核分析，可以为进一步的具体设计提供依据。

1 减速型驱动电动轮的概述和工作原理

1．1 减速型驱动电动轮的结构

该类型电动轮起源于矿用车的传统电动轮［2］。电机输出轴通过减速装置与车轮驱动轴连接，使电机轴承不直接承受车轮与路面的载荷作用，改善了轴承的工作条件。减速驱动型电动轮电动机的优点是转速高、有较高的比功率、质量轻、噪声小、成本低。

选取的减速型电动轮主要由以下几部分组成:电动机、NGW型行星齿轮减速装置(如图1)、车轮等。

1．2 减速型驱动电动轮的工作原理

该减速驱动型电动轮的总体结构如图2，悬架的上下摆臂将电机壳体上的凸缘与车身连接起来，高速内转子电机的电机壳与转向节及减速器的壳体做成一体，整个壳体外端与驱动轮的轮毂相连。

图1 NGW型行星齿轮减速装置

图2 减速驱动型电动轮

盘式制动器的制动盘与轮毂一起转动，制动钳固定于电机壳上。电机转轴通过内置于封闭壳体内的NGW型行星齿轮机构增矩后带动车轮一起转动，达到减速增矩的效果。电机轴外端直接与NGW型行星减速器的太阳轮连接，电机工作时，带动太阳轮转动，太阳轮带动行星齿轮转动，行星齿轮带动行星架转动，行星架带动车轮转动，行星机构外齿圈与电机外壳固定［3］。这种装置的特点是:渐开线圆柱齿轮传动的速度和功率范围大，传动效率高，对中心距的敏感性小，装配和维修比较简便，易于精确加工。NGW型圆柱行星齿轮传动效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递功率范围大，轴向尺寸小，可用于各种工作条件。

2 齿面接触强度的校核计算

太阳轮、行星齿轮、齿圈作为该减速驱动型中减速器的重要零件，下面对于各个齿轮的齿面接触强度进行校核计算。

2．1 计算接触应力

计算接触应力的计算公式如下［4］:

式中参数说明及取值计算:

σH计算接触应力，N/mm2;ZH节点区域系数，查得弹性系数，取重合度系数004，其中齿轮传动的端面重合度查得螺旋角系数名义切向力，Ft1，2=59 650 N，Ft2，3=41 138 N;d1太阳轮分度圆直径 d1=40 mm，行星齿轮分度圆直径d2=120 mm;b工作齿宽，指一对齿轮中的较小齿宽，b1=32 mm，b2=60 mm;u齿数比使用系数，查得 KA=1．0;KV动载系数，查得 KV=1．0;KHβ齿向载荷分布系数，查表 KHβ=1．0;KHα齿间载荷分配系数，KHα=1．0，其中，总重合度 εγ= εα=0．742;计算得接触应力为

2．2 许用接触应力

许用接触应力的计算公式如下［5］:

式中:σHP齿轮的许用接触应力，N/mm2;σHlim试验齿轮的接触疲劳极限750 N/mm2;SHlim接触强度计算的最小安全系数，SHlim=1．0;ZN寿命系数，按当量循环次数Ne选取，Ne=60γnt，其中，γ指齿轮每转一圈轮齿同一侧面的啮合次数，n指齿轮的转速，t指齿轮的工作时间;计算得查得 ZN的计算公式为，计算得润滑剂系数，查得速度系数，按齿轮的节点线速度v=0．84 m/s 查得 ZV=0．945，ZV3=0．875;ZR粗糙度系数，齿面的粗糙度对许用接触力的影响系数，查得齿面工作系数，取ZW=1;ZX尺寸系数，在根据了、零件大小选材适当，且热处理和硬化层深度选择合理时，一般取ZX=1;许用接触应力σHP分别计算太阳、行星齿轮、齿圈分别计算，取太阳轮和行星齿轮、行星齿轮和齿圈的较小者分别和接触应力校核。

太阳轮的许用接触应力:

行星齿轮的许用接触应力:

齿圈的许用接触应力:

2．3 强度条件及校核

强度条件及校核如下:

σH≤σHP

由计算结果可知，满足接触强度要求。

3 结语

对减速型驱动电动轮的太阳轮、行星齿轮、齿圈等核心零件的的接触强度进行了校核计算，经计算，满足接触强度要求，同时也为工程实际应用中的其他校核方面提供了一定的理论基础。

［1］ 宋佑川，金国栋．电动轮的类型与特点［J］．城市公共交通，2004(4):16－18．

［2］ Fang－zheng Xie，Bao－xia Zhang，Cheng Xiao，Xin Song．Reliability Analysis Based on the Deceleration Electric Wheel［J］．ICMIA，Guangzhou，2012:211 －244．

［3］ 江先宝．轮边驱动系统结构方案集成设计［J］．机械设计，2008(增):125－127．

［4］ 成大先．机械设计手册［M］．北京:化学工业出版社，2006．

［5］ 杨钟胜．电动轮自卸车轮边减速齿轮常见失效形式和预防措施［J］．汽车工艺与材料，2009(1):49 －55．