工程车车桥轮边减速器设计
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工程车车桥轮边减速器设计
XXX
一、轮边减速器的介绍
为了更好的实现驱动桥降速增扭的作 用，一般会采用双级主减速器，而为 了增加离地间隙和传动比，往往将第 二级减速齿轮机构制成同样的两套成 为独立部件，分别安装在两侧驱动轮 的近旁，称为轮边减速器。如下图所 示，为中联重科某新型工程车轮边减 速器。 由于行星减速器跟普通齿轮减速器相 比，其质量轻、体积小和传动比相比 较大，轮边减速器的传动机构中广泛 采用行星齿轮传动，使得车轮轮毂内 安装有轮边减速器的驱动桥总成结构 更加紧凑，也降低了驱动桥中第一级 主减速器、差速器以及半轴的负荷， 同时也保证了后桥具有足够的离地间 隙，使汽车的通过性能得到了提高。
（1—太阳轮 2—内齿圈 3—系杆 4—行星轮 5—半轴 6—桥壳 7—驱动车轮）
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在以上三种方案中的传动比计算如下： （a）当太阳轮为主动件，齿圈为从动件而行星齿轮架固定时，传动比
(b) 当太阳轮为主动件，行星齿轮架为从动件，而齿圈固定时，传动比
(c) 当齿圈为ຫໍສະໝຸດ Baidu动件，行星齿轮架为从动件，而太阳轮固定时，传动比
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四、齿轮强度的校核
（1）齿面接触强度的校核 ①齿面接触应力计算：
代入数据得到： ②许用接触应力，计算式为：
代入数据得到：
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③校核结果： 由于齿面接触应力应不大于许用齿面接触应力，即：
故太阳轮与行星轮齿轮副的接触应力满足接触应力的强度条件。 （2）齿根弯曲强度的校核计算
（1）初算齿数
由传动比计算得到：
初选方案一的齿数，原因是：
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因此传动比是合格
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（2）模数的计算
①按照齿面接触强度设计小齿轮的分度圆直径，计算式为：
代入数据得到：
91.18mm。得到模数：m=4mm
②按照齿根弯曲强度设计齿轮的模数，计算式为：
代入数据得到：m=3.64mm，取模数：m=4mm。 同时计算得到齿宽为
输入轴的运动曲线 该机构的传动比为：
输出轴的运动曲线 基本上符合设计要求。
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七、在Ansys中的Workbench板块应力分析
在CATIA三维建模软件中，以stp格式输出文件格式。然后导入Ansys workbench板块，生成三维视图。点击一下mesh，就能自动划分网格， 在Ansys workbench中默认材料属性是钢，故不需要再定义材料类型。 如图所示：
太阳轮的三维模型
行星轮的三维模型
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齿圈的三维模型 整体装配图CATIA模型
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验证运动特性，在CATIA软件的DMU kinematics板块进行运动仿真。 当太阳轮输入6rad/min的角速度，行星架的输出角速度为1.84rad/min。 具体其运动曲线如下：
①齿根弯曲应力计算 ，计算式：
代入数据得到：
②许用接触应力，计算式为： 代入数据得到： ③校核结果 由于 满足弯曲强度的要求。
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五、行星齿轮传动效率
行星齿轮效率计算式： ① ② ③ 代入数据①②③得到：
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六、三维建模及运动分析
在CATIA软件中，建立行星轮、太阳轮、齿圈的三维模型。具体如下所 示：
（2）运用Ansys软件中的Workbench模块，进行应力分析； （3）完成1万字符的英文文献翻译，完成毕业设计说明书。
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二、轮边减速器的选择
根据在该行星机构中何谓主动件、何谓从动件和固定件，NGW型轮边减速 器有三种结构方案：①太阳轮为主动件，行星架为从动件，齿圈为固定件； ②齿圈为主动件，行星架为从动件，太阳轮固定；③太阳轮主动件，齿圈为 从动件，行星架固定。如下图所示：
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八、总结
本课题基本上实现了轮边减速器的设计工作，也满足了其运动特性。 但是任然存在一些问题，需要进行改进。主要的问题是： a）设计前参数不全，工程车不像一般的普通载重汽车，追求的是其运 动特性，而是工程作业数据。所以，一些数据不是很全面，如变速器 的参数； b）对齿轮的静应力分析不太不合理；因为齿轮在运动过程中所受的是 周期性的脉动循环应力。静应力分析不能全面看出齿轮在周期性转动 过程中的应力变化。
Workbench中自由划分网格
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等效应力图
等效位移图
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等效应变图，如下所示：
从上面三个分析结果图可以看出，最大应力是270.74，主要是发生在齿轮 的根部。而最大应变是0.00135mm/mm，主要位于轮齿的端部。最大的位移是 0.0307mm，也是发生在轮齿的端部。通过分析，可以得出该行星齿轮传动机 构设计的合理的。
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通过比较发现方案（b）能够获得较大的传动比，同时在传动过程中不 改变方向。故选用该方案作为设计布局。具体如下：
在该方案中动力经半轴传递给太阳轮，输入轮边减速器，然后经行星 架输出，行星架与车桥桥壳用轴承连接，能在其上自由滚动。
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三、行星齿轮减速器参数设计
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本课题设计参数及内容
设计参数：发动机最大输出扭矩( ):2060/1000-1400
底盘参数：变速器最大传动比:=6.71; 驱动形式：10x6
主减传动比:i=2.815;
最高车速:v=78; 要求：
轮边减速器传动比:i=3.268
底盘传动效率：=74.86%
（1）按照设计参数，计算机构的尺寸，并用CATIA建立三维模型，验证 运动特性；
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一、轮边减速器的介绍
为了更好的实现驱动桥降速增扭的作 用，一般会采用双级主减速器，而为 了增加离地间隙和传动比，往往将第 二级减速齿轮机构制成同样的两套成 为独立部件，分别安装在两侧驱动轮 的近旁，称为轮边减速器。如下图所 示，为中联重科某新型工程车轮边减 速器。 由于行星减速器跟普通齿轮减速器相 比，其质量轻、体积小和传动比相比 较大，轮边减速器的传动机构中广泛 采用行星齿轮传动，使得车轮轮毂内 安装有轮边减速器的驱动桥总成结构 更加紧凑，也降低了驱动桥中第一级 主减速器、差速器以及半轴的负荷， 同时也保证了后桥具有足够的离地间 隙，使汽车的通过性能得到了提高。
（1—太阳轮 2—内齿圈 3—系杆 4—行星轮 5—半轴 6—桥壳 7—驱动车轮）
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在以上三种方案中的传动比计算如下： （a）当太阳轮为主动件，齿圈为从动件而行星齿轮架固定时，传动比
(b) 当太阳轮为主动件，行星齿轮架为从动件，而齿圈固定时，传动比
(c) 当齿圈为ຫໍສະໝຸດ Baidu动件，行星齿轮架为从动件，而太阳轮固定时，传动比
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四、齿轮强度的校核
（1）齿面接触强度的校核 ①齿面接触应力计算：
代入数据得到： ②许用接触应力，计算式为：
代入数据得到：
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③校核结果： 由于齿面接触应力应不大于许用齿面接触应力，即：
故太阳轮与行星轮齿轮副的接触应力满足接触应力的强度条件。 （2）齿根弯曲强度的校核计算
（1）初算齿数
由传动比计算得到：
初选方案一的齿数，原因是：
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因此传动比是合格
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（2）模数的计算
①按照齿面接触强度设计小齿轮的分度圆直径，计算式为：
代入数据得到：
91.18mm。得到模数：m=4mm
②按照齿根弯曲强度设计齿轮的模数，计算式为：
代入数据得到：m=3.64mm，取模数：m=4mm。 同时计算得到齿宽为
输入轴的运动曲线 该机构的传动比为：
输出轴的运动曲线 基本上符合设计要求。
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七、在Ansys中的Workbench板块应力分析
在CATIA三维建模软件中，以stp格式输出文件格式。然后导入Ansys workbench板块，生成三维视图。点击一下mesh，就能自动划分网格， 在Ansys workbench中默认材料属性是钢，故不需要再定义材料类型。 如图所示：
太阳轮的三维模型
行星轮的三维模型
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齿圈的三维模型 整体装配图CATIA模型
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验证运动特性，在CATIA软件的DMU kinematics板块进行运动仿真。 当太阳轮输入6rad/min的角速度，行星架的输出角速度为1.84rad/min。 具体其运动曲线如下：
①齿根弯曲应力计算 ，计算式：
代入数据得到：
②许用接触应力，计算式为： 代入数据得到： ③校核结果 由于 满足弯曲强度的要求。
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五、行星齿轮传动效率
行星齿轮效率计算式： ① ② ③ 代入数据①②③得到：
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六、三维建模及运动分析
在CATIA软件中，建立行星轮、太阳轮、齿圈的三维模型。具体如下所 示：
（2）运用Ansys软件中的Workbench模块，进行应力分析； （3）完成1万字符的英文文献翻译，完成毕业设计说明书。
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二、轮边减速器的选择
根据在该行星机构中何谓主动件、何谓从动件和固定件，NGW型轮边减速 器有三种结构方案：①太阳轮为主动件，行星架为从动件，齿圈为固定件； ②齿圈为主动件，行星架为从动件，太阳轮固定；③太阳轮主动件，齿圈为 从动件，行星架固定。如下图所示：
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八、总结
本课题基本上实现了轮边减速器的设计工作，也满足了其运动特性。 但是任然存在一些问题，需要进行改进。主要的问题是： a）设计前参数不全，工程车不像一般的普通载重汽车，追求的是其运 动特性，而是工程作业数据。所以，一些数据不是很全面，如变速器 的参数； b）对齿轮的静应力分析不太不合理；因为齿轮在运动过程中所受的是 周期性的脉动循环应力。静应力分析不能全面看出齿轮在周期性转动 过程中的应力变化。
Workbench中自由划分网格
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等效应力图
等效位移图
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等效应变图，如下所示：
从上面三个分析结果图可以看出，最大应力是270.74，主要是发生在齿轮 的根部。而最大应变是0.00135mm/mm，主要位于轮齿的端部。最大的位移是 0.0307mm，也是发生在轮齿的端部。通过分析，可以得出该行星齿轮传动机 构设计的合理的。
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通过比较发现方案（b）能够获得较大的传动比，同时在传动过程中不 改变方向。故选用该方案作为设计布局。具体如下：
在该方案中动力经半轴传递给太阳轮，输入轮边减速器，然后经行星 架输出，行星架与车桥桥壳用轴承连接，能在其上自由滚动。
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三、行星齿轮减速器参数设计
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本课题设计参数及内容
设计参数：发动机最大输出扭矩( ):2060/1000-1400
底盘参数：变速器最大传动比:=6.71; 驱动形式：10x6
主减传动比:i=2.815;
最高车速:v=78; 要求：
轮边减速器传动比:i=3.268
底盘传动效率：=74.86%
（1）按照设计参数，计算机构的尺寸，并用CATIA建立三维模型，验证 运动特性；
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