胡興宇 楊桂英

1．南寧銀象房地產開發有限責任公司 廣西南寧 530000

2．山東雙一科技股份有限公司 山東德州 253000

1 礦用自卸車概述

礦山自卸車是非公路自卸車。它們是用于在大型露天煤礦和水利工程等非公路戶外場所運輸煤礦和砂巖的自卸卡車。在土木工程中，常與挖掘機、裝載機、帶式輸送機等施工機械聯合作業，形成裝卸生產線，并對土方、礫石、散料等進行裝卸作業。2005年，國際礦用汽車市場容量約1300輛，總載重約20億噸。

自礦用電動輪自卸車1963年發明以來，經過30多年的不斷改進和采用大量的新技術、新材料和新工藝,重型礦山電動輪自卸卡車作為汽車中的新品種已發展成熟，及其裝載質量從第一輛車的77噸上升到目前的317．5噸。

此外，不是越大的車輛噸位越好。根據澳大利亞專業統計，露天自卸車的噸位從220噸到240噸是最好的。在此范圍內，單位運輸成本最低。

2 礦用自卸車驅動橋主減速器的作用

礦用自卸車驅動橋減速器的主要功能是降低車速，增加扭矩，以滿足車輛工作和行駛的需要。因此，更適合采用螺旋錐齒輪傳動。錐齒輪的主要特點：齒嚙合多，齒間壓力分布好，嚙合平穩，噪音低。此外，由于可以使小齒輪的齒數變少，在大齒輪相同外徑的情況下可以得到較大的傳動軸傳動比，即在相同的傳動軸傳動比下可以減小傳動軸的尺寸。

3 礦用自卸車驅動橋主減速器優化設計

Romax軟件是世界上比較完整的軸承、變速箱和機械傳動系統仿真和產品設計分析軟件。它可以用于齒輪傳動系統的建模和分析，也可以用于詳細的部件(軸、齒輪、軸承、箱體的強度和可靠性分析、行星載體等)，也可以用于傳動系統的振動和噪聲分析。本文以大型礦用電動輪驅動橋減速器的齒輪參數優化為目標。利用RoMax軟件建立了系統模型。在不同工況下，考慮了系統各彈性部分的變形對齒輪嚙合的影響。對齒形進行修正，得到理想的齒形數據，顯著提高了齒輪接觸和彎曲安全系數。

3.1 驅動橋減速器的建模與加載

驅動橋減速器傳動系統采用兩級行星傳動（第二級為定軸齒輪系）。由于其傳動方式和特性與行星傳動相似，只有行星載體和行星軸是固定的。本文介紹行星傳動，第一級有3個行星齒輪，第二級有4個行星齒輪，主要由齒輪副、軸承、傳動軸、行星載體和箱體組成。輸入是由一個電動馬達驅動,功率流是傳送到第一級航母C1和第一階段的內圈通過一期太陽齒輪的嚙合齒輪R1S1和第一級行星齒輪P1和第一階段的航母C1傳播階段的太陽齒輪S2。二級太陽齒輪S2與二級行星齒輪P2嚙合，并傳送給二級環齒輪R2。第二行星載體C2固定，第一內環齒輪R1與第二內環齒輪R2同時輸出。

（1）驅動橋減速器的建模。Romax軟件用于模型系統,軸的幾何模型、行星架、軸承和齒輪分別建立,根據定義的相互位置關系是每個軸上的齒輪和軸承的安裝位置和聯系承運人和銷的位置。定義行星載體的空間坐標位置。在第一級太陽齒輪與電機軸的交界處設置一個輸入功率負載，在第二環齒輪上設置一個輸出功率負載。在兩個環形齒輪與輪輞連接的地方，各設一個。在Pro/Engineer中創建一個包含兩個行星載體、兩個盒子和兩個環形齒輪彈性軸的三維實體模型，導入Hypermesh中定義的材料屬性，進行有限元網格劃分，然后劃分網格模型導入Romax。

（2）計算參數的定義和加載。首先，對于模型的齒輪參數展開設置，包含各齒輪的材質、有關幾何參數與性能參數、采用系數的計算、溫度、潤滑劑、粗糙度、精度等級、測量準則等。接著有適當設置軸承的間隙。于電壓情況之下，作為要用作測量的每個條件設立了特定的設置。本文以此全負荷當作典型工況起展開計算分析，仿真各齒輪于該典型工況之下的工況，測量該工況之下齒輪的安全系數。跨軸減速器的設計壽命劇情為5年，裝載制動為5%的工作時間（比例大，但是負荷小，對于齒輪壽命沖擊最為小），乃測量2160h。該工況匹配的轉矩為25．9，功率作為350r/min。

3.2 齒輪修形

全負荷制動工況模擬分析表明，于這種典型工況之下，二次太陽齒輪齒面于齒寬方向的偏置更為嚴重。此時認識安全系數作為1．047，彎曲安全性。系數是1。41。于裝載起動條件之下，考量到其它工作條件，齒輪是齒形的。齒形修正之后，齒輪的最為小單位線載荷顯著增大，改由原來的1540N/mm增大到1279N/mm，位置改由齒邊行進到齒心，承載面積亦比較完美。認識安全系數作為1．203，彎曲。安全系數作為2．107。

3.3 試驗驗證

改進設計師完工之后，研磨安裝的兩臺驅動橋減速器于試驗臺之上背靠背展開試驗，并且依據設計師之中研究的載荷譜讀取(裝載開啟、裝載失速、傘兵等)。對于效率、振蕩、噪聲、油溫等余項試驗數據的測試表明，該跨軸減速器全然符合設計要求。試驗完，拆解驅動橋減速器，查看驅動橋減速器內部的齒輪嚙合情況，嚙合區域的藍油(組裝時，在齒面涂抹藍油)在齒輪嚙合過程中被去除，只有四周的齒輪嚙合非接觸區域剩下少許藍油，可以看出齒輪的嚙合區域與仿真計算吻合。

3.4 結語

該驅動橋減速器中共有11只齒輪，18只軸承，2只行星架，7只行星銷，2只箱體，受到的工況和載荷比較復雜，用傳統的方法很難分析系統的變形及其對齒輪嚙合的影響。通過應用Romax仿真分析軟件建立模型，并根據載荷譜，綜合考慮驅動橋減速器的系統變形對齒輪嚙合的影響，并對齒輪的齒向和齒廓進行修形，得到理想的齒輪修形數據，明顯提高齒輪接觸、彎曲安全系數。該軟件還可以對模型中的軸承、軸等受力件進行計算和分析，對導入其中的有限元模型進行強度計算等。通過樣機的型式試驗驗證，試驗結果與仿真結果吻合，說明用此方法進行大型驅動橋減速器的優化設計是比較可靠的。