新能源客车用行星轮系传动系统的动力学响应分析及优化

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随着新能源客车产业的迅速发展,纯电动客车受到各大客车厂商的广泛关注。电动客车用减速器采用电机直接驱动,使得驱动系统结构更为紧凑。与传统客车相比,对噪声贡献量最大的发动机与排气系统被取消,但由于减速器齿轮传动系统在高速啮合过程中产生很强的啸叫噪声。因此,降低电动客车减速器的噪声,逐渐成为各位研究人员关注的焦点。本文研究对象为新能源客车用行星轮系传动系统,研究其动力学响应及进行优化。利用集中参数法建立行星齿轮系统的动力学模型,利用动力学理论分析激振力的大小,对动力学方程进行求解。同时建立了传动仿真模型,分别对比了优化前后的仿真和试验结果,验证了优化方法的可行性。研究成果对新能源减速器行星齿轮传动系统动力学响应分析与优化具有一定的理论意义与工程价值。本文主要研究内容如下:1、对齿轮啮合传递误差和动态啮合刚度引起的系统动态振动响应进行研究。首先利用切片算法对齿轮啮合过程进行动态子步仿真分析,将造成传递误差的各项因素在各接触线切片上进行转化,然后通过数值分析计算获得了传递误差。基于集中参数法提取轴系的弯-扭-轴-摆全自由度的刚度矩阵,通过受力分析建立了内、外啮合齿轮副的附加耦合刚度矩阵,同时建立了轴承的非线性刚度矩阵,利用机械振动中相关理论计算齿轮系统的动柔度矩阵,进而能够求得齿轮副动态啮合刚度。由齿轮副啮合传递误差及动态啮合刚度求积计算了动态啮合力,并结合建立的齿轮传动系统的动柔度计算了系统的振动响应。2、以新能源客车用行星排减速器为具体研究对象,根据CAD图纸建立了传动仿真模型,对比修形前后的齿面接触应力可以确定其修形方案的可靠性。对该型行星排减速器进行传递误差及动力学响应仿真,同时搭建试验台进行动力学响应试验,仿真及试验表明动力学响应数值较大需要进一步参数优化设计以提升NVH性能。3、通过研究齿轮设计参数对振动的影响确定了两组齿轮宏观参数设计方案,根据齿廓修形和齿向修形原理确定其修形参数,对这两组参数进行传递误差及齿面接触应力仿真以及根据实际情况等因素确定了优化方案。对优化后的齿轮参数进行动力学响应仿真及试验,试验结果表明减速器的动力学响应结果普遍减小10%左右,由此说明该优化方案的可靠性。
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