基于Romax的雙聯(lián)行星減速器的軸承設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法

陳培凱，劉勇

天津天海同步科技有限公司

雙聯(lián)螺旋行星排具有傳動(dòng)比范圍大、傳動(dòng)時(shí)接觸齒數(shù)多、傳動(dòng)均勻及噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于新能源汽車減速器。但是，其復(fù)雜的設(shè)計(jì)以及裝配結(jié)構(gòu)都決定了在設(shè)計(jì)及制造階段會(huì)有很大的困難和局限，軸承的壽命計(jì)算和選型就是其中一點(diǎn)。如軸承壽命過短，需要經(jīng)常性地更換軸承，會(huì)降低減速器的綜合使用性能，增加客戶的維護(hù)成本。根據(jù)工作條件合理地選用軸承，使軸承既可滿足使用要求，又可避免過高的經(jīng)濟(jì)成本，且還不影響其它零部件的選型設(shè)計(jì)模型建立。

建模

使用Romax分析軸承壽命時(shí)，若想使分析結(jié)果更加接近真實(shí)情況，使結(jié)果更加準(zhǔn)確，需要把會(huì)影響到計(jì)算結(jié)果的模型軸齒參數(shù)、殼體參數(shù)、潤(rùn)滑以及工況條件等盡量準(zhǔn)確全面地輸入到軟件中。以一個(gè)NN型雙聯(lián)螺旋行星減速器為例（見圖1），需要考慮軸承尺寸、材料性能，各個(gè)軸齒的尺寸和材料種類，潤(rùn)滑劑種類和潤(rùn)滑方式、污染等級(jí)，軸承的預(yù)緊方式和預(yù)緊力及載荷譜等。

圖1 NN型雙聯(lián)螺旋行星減速器

本文所參考的為NN型行星減速器，軸齒的參數(shù)、殼體的參數(shù)和減速器潤(rùn)滑情況已知。軸承的選型見表1，載荷譜見表2。

表1 減速器軸承選型

表2 減速器載荷譜設(shè)置

使用Romax軟件對(duì)載荷譜下所有工況進(jìn)行計(jì)算，會(huì)得到在整個(gè)載荷譜下的軸承壽命，見表3。

表3 載荷譜下的軸承壽命

結(jié)果分析和優(yōu)化

從表3的結(jié)果中可以得出，輸入軸的球軸承6005和輸出軸的錐軸承32008X的壽命大于要求的10000h，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)數(shù)值。這是因?yàn)檩斎胼S和輸出軸在徑向上的受力只有減速器本身的重力，行星輪傳遞到輸入軸和輸出軸上的力本身受力平衡相互抵消掉了。而行星輪軸上的圓柱滾子軸承NJ203的壽命并不滿足要求，并且可以得出，靠近減速器輸出端的軸承所受的載荷更大。

為了尋找問題原因，需要在單個(gè)極限工況下看NJ203的接觸應(yīng)力大小。計(jì)算結(jié)果見表4，最大接觸應(yīng)力已達(dá)4000MPa，超過了圓柱滾子軸承所能承受的極限應(yīng)力。

表4 NJ203在極限工況（工況7）下的接觸應(yīng)力

現(xiàn)在需要單獨(dú)對(duì)行星輪軸的軸承進(jìn)行優(yōu)化，其他輸入條件不變。我們使用滾針軸承K28×40×25H，并根據(jù)所選軸承修改行星輪模型。因?yàn)樵摑L針軸承額定動(dòng)載荷45.5kN，額定靜載荷54kN，大于選擇的NJ203，在最高轉(zhuǎn)速上也會(huì)有所提升。重新導(dǎo)入Romax進(jìn)行計(jì)算，得出K28×40×25H在載荷譜下的壽命，見表5。

表5 滾針軸承在載荷譜下的壽命

從新的計(jì)算結(jié)果可以看到，更換的滾針軸承K28×40×25H滿足減速器的使用要求，并且軸承的損傷降到了0.1%以下，可以確定以這套軸承配置作為該NN型減速器的軸承選型。

結(jié)語(yǔ)

雙聯(lián)行星減速器的軸承承載情況是根據(jù)雙聯(lián)行星排結(jié)構(gòu)的不同而變化的，輸入輸出軸上的軸承在不受到汽車自重的情況下不會(huì)承受太大的壓力，一般壽命會(huì)很長(zhǎng)。行星輪軸上的軸承受力受到齒輪參數(shù)和電動(dòng)機(jī)輸入大小的影響，并且在減速器上呈現(xiàn)一種靠近輸出端承載更大的情況。如果采用的是大螺旋角的齒輪，還要考慮一定的軸向力。

所以，雙聯(lián)行星減速器的軸承選型是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程，需要關(guān)注到每一個(gè)重點(diǎn)。在減速器設(shè)計(jì)初期，利用Romax軟件基于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軸承壽命，確定軸承損傷，驗(yàn)證軸承選型的合理性，預(yù)先發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題，采用更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)，在很大程度上節(jié)省了設(shè)計(jì)師時(shí)間和人力上的成本。利用軟件現(xiàn)在成為了企業(yè)快速、準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的一種快捷有效的途徑。