功率分流式輪轂減速器嚙合特性分析與優(yōu)化

摘要：【目的】針對輪轂減速器的嚙合特性問題，運用KISSsoft傳動系統(tǒng)分析軟件對其進(jìn)行分析，并通過優(yōu)化手段，以期改善其嚙合質(zhì)量。【方法】首先，利用KISSsoft軟件建立輪轂減速器嚙合分析模型，深入分析額定工況下減速器的接觸性能、齒根應(yīng)力、嚙合剛度等嚙合參數(shù)；然后，在前述分析基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化減速器各級壓力角以及對輪轂減速器進(jìn)行微觀修形的方式，分析壓力角優(yōu)化對最大接觸應(yīng)力以及嚙合剛度的影響，研究輪齒修形對輪轂減速器嚙合特性參數(shù)的影響?！窘Y(jié)論】結(jié)果表明，輪轂減速器在額定工況下在齒廓方向上存在偏載現(xiàn)象，且部分嚙合副最大接觸應(yīng)力偏大。通過優(yōu)化壓力角和輪齒修形等手段，可達(dá)到輪轂減速器嚙合特性優(yōu)化，消除應(yīng)力尖峰，改善嚙合質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：輪轂減速器；嚙合特性；輪齒修形

中圖分類號：TH132. 41 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 04. 014

0 引言

隨著生產(chǎn)自動化程度的提高，自動導(dǎo)引車（Auto?mated Guided Vehicle， AGV）的應(yīng)用日趨普及。作為承載運輸工具，AGV選用的減速器不僅承載高，而且相比其他場景傳動裝置，其啟停更為頻繁，承受沖擊載荷多，需要減速器有更好的承載特性與抵御沖擊的能力。由于配對齒輪的嚙合特性直接影響到減速器的性能，因此，對其進(jìn)行嚙合特性分析與優(yōu)化尤為重要。

輪轂減速器作為AGV多自由度運行的關(guān)鍵配套設(shè)備，主要用于單個車輪的驅(qū)動。其傳動構(gòu)型多采用功率分流方式，結(jié)構(gòu)形式選用多級行星逆向串聯(lián)、殼體輸出結(jié)構(gòu)。減速器內(nèi)部齒輪的嚙合特性主要受宏觀設(shè)計參數(shù)與微觀修形兩部分因素影響。其中，齒輪的承載強度、嚙合剛度等主要與宏觀設(shè)計參數(shù)有關(guān)[1]；相同設(shè)計參數(shù)齒輪的嚙合平穩(wěn)性、傳動噪聲主要與微觀修形有關(guān)。進(jìn)行微觀層面的修形有利于減少應(yīng)力集中、改善齒輪嘯叫等問題。

齒輪修形最早由WALKER[2]提出。方宗德等[3]通過對一對斜齒輪修形前后的傳動誤差波形進(jìn)行對比，表明齒廓修形對降低齒輪振動噪聲起到了積極作用。唐進(jìn)元等[4]通過分析實例，給出設(shè)計公式并提出齒輪修緣量的設(shè)計原則來減小嚙入沖擊。王炎等[5]對某重載車輛齒輪進(jìn)行修形分析，既控制了系統(tǒng)傳動誤差，又降低了應(yīng)力峰值。施全等[6]通過修形，對重合度與側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整，改善了變速器的嘯叫問題?；贙ISSsoft軟件，許建忠等[7]對某干熄焦提升齒輪箱薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，提升了設(shè)備性能。邱水才等[8]使用多種修形方式組合的形式對吊車臂架的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪副進(jìn)行改進(jìn)，以延長其使用壽命。李海青等[9]針對某專用取力裝置輪系的接觸性能進(jìn)行優(yōu)化，使其在可靠性及減振降噪方面提升顯著。

本文以某型輪轂減速器為研究對象，介紹了其結(jié)構(gòu)形式和運行原理，分析了額定工況下各級太陽輪、行星輪和內(nèi)齒圈之間的嚙合特性；針對嚙合特性存在的缺陷，從宏觀參數(shù)壓力角優(yōu)化和微觀齒廓修形兩個方面進(jìn)行傳動系統(tǒng)的優(yōu)化，以改善行星齒輪的嚙合特性。

1 輪轂減速器簡介

1. 1 基本結(jié)構(gòu)

該輪轂減速器（圖1）具有三級行星傳動結(jié)構(gòu)，各級之間共用1個內(nèi)齒圈。其中，減速器輸入端（第一級行星）在最外側(cè)，內(nèi)齒圈作為輸出端驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。