一种新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法技术

本发明专利技术涉及一种新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法，包括搭建差速器锥齿轮组的装配有限元模型，定义有限元模型材料属性，定义有限元模型边界条件，定义有限元模型载荷，定义有限元模型的摩擦系数，定义计算工况，调整行星齿轮初始啮合位置，进行有限元分析，进行安全系数计算和进行锥齿轮组的等强度优化。本发明专利技术新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法，建立了精细化差速器锥齿轮组强度有限元分析模型，获得了高精度行星齿轮和半轴齿轮齿根应力结果，为锥齿轮组等强度分析评价奠定基础；提升了安全系数计算效率和锥齿轮组等强度优化精度；建立了锥齿轮组等强度优化方法，该方法适用于齿根任意加强结构特征，更容易实现锥齿轮组的等强度优化。齿轮组的等强度优化。齿轮组的等强度优化。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法


[0001]本专利技术属于新能源车
，具体涉及一种新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法。

技术介绍

[0002]新能源车以电机为动力源，所搭载的传动系统经常会受到较大的冲击载荷，原因一是电机具有低速恒转矩特点，能够为起步阶段车辆提供较大的加速度，此时将导致传动系统承受较大冲击载荷；原因二是驱动电机与传动系统之间没有离合器，而是直接采用花键连接或采用一体轴式连接，连接刚度大，其不能有效隔离来自路面的较大冲击，此时也将导致传动系统承受较大冲击载荷。因此，相比于传统燃油车，新能源车传动系统零部件承受的冲击载荷较大，特别对于差速器锥齿轮组而言，因空间限制，尺寸设计较小，其受力更加恶劣，锥齿轮组中任一齿轮强度不足都将会引起差速器功能过早失效，使新能源车陷入瘫痪状态。为此，有必要建立锥齿轮组等强度优化方法，以在有限空间内将锥齿轮组中各齿轮设计为等强度结构，从而有效提升差速器可靠性和新能源车可靠性。
[0003]目前，科研人员针对齿轮等强度优化方法进行了诸多研究。现有技术公开了一种重载行星齿轮传动等强度优化设计方法，基于齿轮计算标准ANSI/AGMA 2101
‑
D04，将行星轮系等效为一对内外啮合的平行轴斜齿轮，以传动系统体积最小和齿轮安全系数相差最小为目标优化了齿轮参数，得到了强度相近的齿轮组。现有技术还公开了一种功率分流齿轮传动的等强度优化设计，基于齿轮计算标准GB/T 3480.3
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2018，建立了以各齿轮接触安全系数相差最小和弯曲安全系数相差最小为目标的多目标优化设计模型，提出了齿轮等强度设计优化方法，得到了强度相近的齿轮组。现有技术还公开了一种少齿差星轮传动多目标优化及其强度仿真分析，基于多齿弹性接触效应，建立了以星轮核心单元啮合效率最大、体积最小以及内外齿轮等强度为优化目标的数学模型，在啮合效率提升和体积下降前提下，得到了强度相近的齿轮组。以上研究均能得到强度相近的齿轮组，但所建立的齿轮等强度优化方法主要适用于直齿齿轮、斜齿齿轮的初始设计选型，对于为提升锥齿轮根部弯曲强度而进行的齿根局部优化加强，即增加的局部异形结构特征的情况则无法进行等强度优化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于提供一种新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法，以解决现有齿轮等强度优化方法对于增加的局部异形结构特征的情况则无法进行等强度优化的问题。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法，包括下述步骤：
[0007]S1、搭建差速器锥齿轮组的装配有限元模型
[0008]S2、定义有限元模型材料属性
[0009]定义各零部件有限元模型材料的弹性模量E、泊松比μ；
[0010]S3、定义有限元模型边界条件
[0011]边界条件1：固定差速器壳体两端，其中一端固定径向和轴向平动，另一端只固定径向，以模拟锥轴承对差速器壳体的支撑作用；
[0012]边界条件2：固定第1半轴齿轮转动自由度，以模拟半轴对第1半轴齿轮的支反力作用；
[0013]边界条件3：在差速器壳体上施加绕差速器壳体中心线旋转的强制角位移θ，以模拟差速器的转动；
[0014]S4、定义有限元模型载荷
[0015]载荷1为扭矩M1，其大小等于2.5倍的差速器最大设计扭矩，方向沿着差速器壳体中心线施加在第2半轴齿轮上；
[0016]S5、定义有限元模型的摩擦系数
[0017]行星齿轮和半轴齿轮之间的摩擦系数f等于0.015；
[0018]S6、定义计算工况
[0019]计算工况1：包括步骤S3边界条件1、边界条件2，以及步骤S4载荷1；
[0020]计算工况2：包括步骤S3边界条件3；
[0021]S7、调整行星齿轮初始啮合位置
[0022]转动行星齿轮和半轴齿轮，使行星齿轮与半轴齿轮啮合的齿面之间处于小过盈量状态；
[0023]S8、进行有限元分析
[0024]采用准静态有限元方法，考虑几何非线性并按照以下分析步1的描述进行锥齿轮组的有限元分析；每个计算工况的计算时间均设置为1.0秒；计算结果输出时，计算工况1仅输出时刻1.0秒的计算结果，计算工况2间隔时间不超过0.01秒输出一次计算结果；分析步1：先分析计算工况1，再继续分析计算工况2；
[0025]S9、进行安全系数计算
[0026]采用安全系数进行锥齿轮组等强度分析与优化，行星齿轮和半轴齿轮的齿根安全系数计算过程相同，均分三步实施；
[0027]S10、进行锥齿轮组的等强度优化
[0028]当行星齿轮齿根最小安全系数、半轴齿轮齿根最小安全系数满足条件(1)时，则认为锥齿轮组为等强度结构，否则需要进行等强度优化，即在齿面形状、齿根圆角半径不变前提下，根据公式(2)～(4)调整行星齿轮和半轴齿轮齿根最小安全系数位置的齿根厚度，然后重复步骤S1～S9，直至安全系数满足条件(1)时终止；
[0029][0030][0031]L
i
‑
L'
i
＝l
i
'
‑
l
i A
i
＞a
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0032]L'
i
‑
L
i
＝l
i
‑
l
i
' A
i
＜a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0033]式中，A
i
为行星齿轮齿根的最小安全系数；a
i
为半轴齿轮齿根的最小安全系数；L
i
为行星齿轮齿根最小安全系数位置对应的齿厚；l
i
为半轴齿轮齿根最小安全系数位置对应的齿厚；L'
i
为调整后的行星齿轮齿根最小安全系数位置对应的齿厚；l
i
'为调整后的半轴齿轮齿根最小安全系数位置对应的齿厚；i为等强度优化次数，取值为0、1、2
······
。
[0034]进一步地，步骤S1，具体为：差速器总成包括一字轴、两个行星齿轮、两个半轴齿轮、销轴、差速器壳体、从动齿轮、垫片、螺栓和锥轴承，其中相互啮合的行星齿轮和半轴齿轮组成锥齿轮组，分别对差速器总成中的一字轴、行星齿轮、半轴齿轮、销轴、差速器壳体、垫片进行实体网格划分，相互接触部位的网格需要细划分，其它未接触部位的网格进行粗划分；然后，通过定义相接触零部件之间的接触关系将其装配在一起。
[0035]更进一步地，所述行星齿轮和半轴齿轮的齿面网格尺寸、齿根网格尺寸均不大于0.2mm，行星齿轮和半轴齿轮均采用对称方式划分轮齿部位的网格，具体地先划分其中一个齿的1/2网格，再通过对称方式获得一个完整齿的网格以及所有齿的网格。
[0036]进一步地，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、搭建差速器锥齿轮组的装配有限元模型S2、定义有限元模型材料属性定义各零部件有限元模型材料的弹性模量E、泊松比μ；S3、定义有限元模型边界条件边界条件1：固定差速器壳体两端，其中一端固定径向和轴向平动，另一端只固定径向，以模拟锥轴承对差速器壳体的支撑作用；边界条件2：固定第1半轴齿轮转动自由度，以模拟半轴对第1半轴齿轮的支反力作用；边界条件3：在差速器壳体上施加绕差速器壳体中心线旋转的强制角位移θ，以模拟差速器的转动；S4、定义有限元模型载荷载荷1为扭矩M1，其大小等于2.5倍的差速器最大设计扭矩，方向沿着差速器壳体中心线施加在第2半轴齿轮上；S5、定义有限元模型的摩擦系数行星齿轮和半轴齿轮之间的摩擦系数f等于0.015；S6、定义计算工况计算工况1：包括步骤S3边界条件1、边界条件2，以及步骤S4载荷1；计算工况2：包括步骤S3边界条件3；S7、调整行星齿轮初始啮合位置转动行星齿轮和半轴齿轮，使行星齿轮与半轴齿轮啮合的齿面之间处于小过盈量状态；S8、进行有限元分析采用准静态有限元方法，考虑几何非线性并按照以下分析步1的描述进行锥齿轮组的有限元分析；每个计算工况的计算时间均设置为1.0秒；计算结果输出时，计算工况1仅输出时刻1.0秒的计算结果，计算工况2间隔时间不超过0.01秒输出一次计算结果；分析步1：先分析计算工况1，再继续分析计算工况2；S9、进行安全系数计算采用安全系数进行锥齿轮组等强度分析与优化，行星齿轮和半轴齿轮的齿根安全系数计算过程相同，均分三步实施；S10、进行锥齿轮组的等强度优化当行星齿轮齿根最小安全系数、半轴齿轮齿根最小安全系数满足条件(1)时，则认为锥齿轮组为等强度结构，否则需要进行等强度优化，即在齿面形状、齿根圆角半径不变前提下，根据公式(2)～(4)调整行星齿轮和半轴齿轮齿根最小安全系数位置的齿根厚度，然后重复步骤S1～S9，直至安全系数满足条件(1)时终止；重复步骤S1～S9，直至安全系数满足条件(1)时终止；
L
i
‑
L'
i
＝l
i
'
‑
l
i A
i
＞a
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)L'
i
‑
L
i
＝l
i
‑
l
i
' A
i
＜a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，A
i
为行星齿轮齿根的最小安全系数；a
i
为半轴齿轮齿根的最小安全系数；L
i
为行星齿轮齿根最小安全系数位置对应的齿厚；l
i
为半轴齿轮齿根最小安全系数位置对应的齿厚；L'
i
为调整后的行星齿轮齿根最小安全系数位置对应的齿厚；l
i
'为调整后的半轴齿轮齿根最小安全系数位置对应的齿厚；i为等强度优化次数，取值为0、1、2
······
。2.根据权利要求1所述的一种新能源车差速器锥齿轮组等强度优化方法，其特征在于，步骤S1，具体为：差速器总成包括一字轴、两个行星齿轮、两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：康一坡，张尤龙，闫博，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：