基于杠杆法的双输入轮毂电机行星减速器设计与分析

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轮毂电机是电动汽车的重要驱动方式之一,其性能对电动汽车的控制性,操作性和机动性等起着决定性作用。行星减速器作为轮毂电机的重要组成部分之一,对其性能具有关键影响。但是,目前适用于轮毂电机的减速器种类有限,相比传统传动机构,在扭矩及转速方面存在较大的差距,影响了其在多领域的应用。电动汽车是未来发展趋势,迫切需要研究一种适配轮毂电机的减速器以解决扭矩及转速等性能问题,开展轮毂电机减速器研究具有重要的理论与实际工程价值。论文针对电动直驱方式难于兼顾驱动扭矩启动速度与能耗等的难题,研究了一种双输入轮毂电机行星齿轮减速器,可在不影响驱动性能的前提下,降低电机能耗同时不需要任何液压或执行器来换档,其换挡是通过控制两个电机的旋转方向和速度来实现,不仅换档平稳,而且能够满足驱动系统紧凑和轻量化的要求。本论文研究了双输入行星减速器原理,采用杠杆法对几种行星齿轮机构进行了分析,考虑了减速器的结构设计及振动问题,设计了一种双输入轮毂电机行星减速器。即:从原理、方案选型,结构、运动学及动力学等方面进行了研究,具体研究内容如下:(1)在分析双输入行星减速器原理的基础上,利用杠杆法对几种行星齿轮机构进行了结构方案分析,从单排和双排行星减速器的多种方案中,按照传动比最大原则,确定了一种单级与双级并联的双排行星齿轮机构,并利用杠杆法分析其转速、转矩和传动效率。为轮毂电机减速器选型及应用奠定了基础。(2)针对减速器的结构设计及振动问题,根据电动汽车对轮毂电机的基本需求,分析了其可能的配齿方案,确定了减速器的具体传动比为8.6558;分析了双级行星齿轮机构中四种不同行星轮齿数对整个双级行星排布置方式造成的影响;利用Solidworks对多种不同方案进行三维建模并完成虚拟装配。采用有限元法分别对不同行星轮齿数,不同齿轮模数的双级行星排进行了强度和模态分析,得到了行星轮齿数,齿轮模数对系统承载能力以及振动的影响规律。分析了不同材料组合对双级行星排的影响。为双输入行星齿轮减速器的配齿、模数和材料的选择以及振动特性的分析奠定了基础。(3)针对双输入行星减速器的输出角速度、角加速度、齿轮接触力的大小以及波动情况等动力学特性和两个输入之间的转速耦合问题,利用ADAMS运动学仿真工具进行了运动学仿真和动力学仿真,验证了参数选择及模型的正确性,获得了双输入行星齿轮减速输出齿圈输出角速度、角加速度、齿轮接触力等基本动力学特性;通过改变两电机的输入转速比,得到了六种不同工况,分别在六种不同工况下进行了动力学仿真,将输出转速和接触力进行了对比分析,得到了输出转速对接触力的大小、波动、幅值及变化周期的影响规律。为双输入行星减速器两个输入之间的转速耦合的研究分析提供了参考。(4)为验证双输入行星减速器参数分析及仿真分析数据的正确性,设计了空载试验、加载试验、传动效率试验和振动试验。同时,对减速器的强度及试验用减速器齿轮的具体参数,驱动电机的选型进行了分析,并根据试验项目设计了试验台架,为双输入行星减速器的试验设计及分析提供技术参考。
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