轮毂电机行星牵引减速轴承优化设计与仿真计算

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基于行星牵引传动原理的减速轴承,依靠油膜实现动力传递并且提供润滑,在传动系统中既具有减速增扭的功能又可以提供支承效果,其结构紧凑体积小、传动平稳噪声低,在轮毂电机减速装置中具有很好的应用前景。但是目前对减速轴承的研究尚浅,并且由于缺少合理的轴向限位方式,导致其在受到轴向力时会产生较大的摩擦损失,降低其传动效率和支承效果。论文针对这些问题进行行星牵引减速轴承结构改进,改进后减速轴承结构简单,可以稳定承受轴向力并且轴向空间更加紧凑,更大程度提高轮毂电机总成的功率密度和轻量化效果。此外,论文从多个方面对减速轴承的性能进行分析计算,其结果对未来行星牵引减速轴承的相关研究具有重要的参考价值。主要研究内容如下:(1)建立改进后行星牵引减速轴承结构模型,针对新结构进行装配流程研究;给出行星牵引减速轴承的工作原理和所需压紧力计算方法;提出行星牵引减速轴承优化设计方法、动力学以及时变弹流润滑研究方法。(2)为了使行星牵引减速轴承的径向变形以及轴向长度尽可能小,论文基于FEA技术和NSGA-Ⅱ多目标优化方法对滚动体和外圈壁厚、内圈轴过盈量以及接触副长度进行优化设计。根据Hertz接触理论在同样条件下总压紧力与接触副长度呈线性关系;首先优化设计出径向变形小、线载荷大的单位接触长度最优减速轴承模型;其次仿真出不同接触副长度与总压紧力的关系并选取适当的接触副长度,确定最终的行星牵引减速轴承模型。(3)验证行星牵引减速轴承的动力学特性,考虑到工作过程中滚动体和外圈的变形情况,普通的多刚体动力学分析并不适用减速轴承的动力学分析,因此论文结合ADAMS刚柔耦合动力学仿真技术和ABAQUS有限元模态分析模块生成柔性体模型的方法,建立行星牵引减速轴承刚柔耦合多体动力学模型,分析得到减速轴承在工作过程中保持架输出轴的径向振动很小,输出平稳。(4)结合非牛顿流体等温时变弹流润滑理论与行星牵引减速轴承的传动数学模型,建立了减速轴承工作过程中的非牛顿流体时变弹流润滑特性数学模型并编写MATLAB数值计算程序,计算过程采用多重网格方法和Gauss–Seidel迭代方法。基于加速与载荷波动两种工况,首先分析得出滑滚比对内圈轴与滚动体接触副的弹流润滑特性和摩擦力的影响,然后计算得到不同滑移率下减速轴承模型的时变弹流润滑特性与规律。
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