一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法技术

本发明专利技术涉及一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，旨在建立大吨位矿用自卸车轮毂驱动单元其正向设计的技术体系，包括从结构形式的选择、传动路线的确定、整体结构设计及传动系统参数优化和零部件强度校核和寿命计算。依据准确的多工况载荷谱、整车运行要求、轮毂驱动的边界条件、相关零部件结构耦合需求等探究可行传动路线中的最优方案；在选定的齿轮传递路线中，依据轮毂驱动的空间布置，以及传动形式的优缺点，确定采用传动原理图；根据行星排的装配条件、邻接条件、重合度、同心条件等约束要求，在满足使用强度的前提下，优化出质量轻、承载能力均衡的齿轮参数。实现大吨位矿用自卸车轮毂驱动单元概念方案的完整设计流程。自卸车轮毂驱动单元概念方案的完整设计流程。自卸车轮毂驱动单元概念方案的完整设计流程。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法


[0001]本专利技术涉及一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，属于轮毂驱动系统


技术介绍

[0002]大扭矩轮毂驱动系统是矿用自卸车等大型工程机械的关键核心部件，其品质直接决定着整车性能和可靠性。国内大扭矩轮毂驱动系统载荷谱缺失、系统集成设计与优化方法不完善，致使目前我国工程机械大扭矩轮毂驱动完全依赖进口，是制约整车自主升级的“卡脖子”问题。
[0003]现有技术的技术方案：
[0004]专利技术专利《减速机组、减速机以及减速机的设计方法》(专利号CN201510993906.2)公开了一种具有作为偏心摆动型齿轮装置的机构的减速机。若设计人员响应顾客的各种各样的要求设计各种各样的减速机，则设计人员需要对减速机的各种各样的部件进行设计计算，而且制作各种各样的图纸。这会导致过大的设计工作。该减速机主要应用于工业用机器人，提供一种有助于减轻与减速机的设计相关的工作的技术。
[0005]专利技术专利《一种减速机组装装配方法》(专利号CN202011581781.X)公开了一种减速机组装装配方法。可解决在进行减速机组装装配过程中，由于减速机壳体的尺寸与体积相对较大，传统的夹持工具很难对减速机壳体及端盖同步进行周向的夹持作业，而且在夹持的过程中，难以根据减速机壳体的相对放置方位实时调整减速机端盖的对应位置，以便于减速机端盖与减速机壳体上的装配孔一一对应，也难以使减速机壳体与减速机端盖进行同步转动，以便于人工在同一方向对减速机上的装配孔进行固定作业，更难以在对减速机壳体进行支撑作业的同时减少减速机壳体转动时接触面摩擦力产生的问题。
[0006]专利技术专利《一种减速机选型方法及装置》(专利号CN201910654213.9)公开了一种减速机选型方法及装置。服务器从若干预设流程中，确定用户选择的减速机选型所采用的流程，接收用户根据采用的流程输入的第一信息，确定选用的减速机或马达中的一个；并接收用户根据采用的流程输入的第二信息，根据已经确定出的减速机或马达中的一个，以及第二信息，确定相匹配的减速机或马达中的另一个；再将确定选用的减速机以及马达的相关信息输出至用户对应的终端显示。这种选型方法，使用户可根据已掌握的信息，自由选择不同的流程确定需要的减速机，且省时省力，有利于提升用户体验。
[0007]现有技术仅提供了工业机器人减速机设计方法、减速机选型方法和装配方法。未见针对载荷谱设计大扭矩矿用自卸车轮毂减速机的方法。

技术实现思路

[0008]为了克服上述现有技术的不足之处，本专利技术提供一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，建立大吨位矿用自卸车轮毂驱动单元其正向设计的技术体系，包括从结构形式的选择、传动路线的确定、整体结构设计及传动系统参数优化和零部件强度校核和寿命
计算。
[0009]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，其特征在于，包括步骤：
[0010]步骤1：根据车速需求、轮胎规格和接口尺寸确定边界条件；
[0011]步骤2：根据轴径向尺寸、重量要求、传动比条件、寿命要求和结构布置的约束条件选出最优传动形式；
[0012]步骤3：确定合理的轮毂驱动单元主要零件布置方案；
[0013]步骤4：以质量最轻和承载能力最优为目标利用编制程序优化齿轮参数，包括模数、齿数、齿宽和变位系数；
[0014]步骤5：根据工况分析各零件受力情况，建立传动系统模型校核零件强度进行寿命分析。
[0015]所述的步骤1确定边界条件包括，根据整车需求、桥荷分配和空间布置情况选取轮胎规格，包括断面宽度、高宽比、轮辋直径，其中前轮是单胎，后轮是双胎；
[0016]轮毂驱动单元一侧通过机架外侧与桥壳总成连接，内部连接电机，机架相对静止；另一侧通过轮毂与轮胎连接，电机与驱动单元通过半轴连接，以驱动轮毂转动，实现车辆的正常行驶，确定轮毂驱动单元尺寸要求，确定电机的连接尺寸及电机选择，在此基础上确定轮毂减速机的输出扭矩、速比、质量要求、传动效率和整个减速机的设计寿命、大修周期。
[0017]所述的步骤2选出最优传动形式包括：传动方式有链传动、带传动、凸轮传动、齿轮传动、摩擦传动、摆线齿轮、液力传动等形式，在众多实现方式中需要根据约束条件筛选出可行的传动方案，约束条件主要有：轴向尺寸、径向尺寸、重量要求，传动比条件，寿命要求和结构布置，综合考虑上述因素，选出最优的传动形式为齿轮传动。
[0018]所述的步骤3确定合理的轮毂驱动单元主要零件布置方案，由于矿卡整车载重大，后桥采用两个轮胎并排承载的形式，根据选定的轮胎型号，将在两个轮胎之间的轴向距离分为左边、中间和右边，左边靠近机架的位置需要安装制动器，在中间的位置包含的部件有机架和轮毂，故行星排可以布置在中间或者右边。
[0019]所述的步骤4对于两级NGW型行星传动，依据机械手册优选出传动比的大致数值，筛选太阳轮齿数的大致范围，对于低速重载的齿轮传动选取压力角为25
°
，一般情况为20
°
，查机械手册表优先选取一级和二级行星轮个数分别为3、4，采用MATLAB中fgoalattain工具函数，以质量最轻和承载能力最优为目标优化出满足边界条件和强度要求的齿轮基本参数。
[0020]所述的采用MATLAB中fgoalattain工具函数在优化程序中，编写GUI界面程序，采用主程序调用子程序的形式，输入边界约束条件包含：传动系统结构、刀具参数等条件；材料类型、工况设置等条件；设计变量参数以变位系数、齿数、模数、压力角、齿宽等参数作为输入变量，以质量最轻和承载能力最优为优化目标，采用两次优化的方式进行求解，在第一次优化设计中得出满足传动比要求的齿数，确认最终传动比，在第二次优化中得出满足整车需求的模数、变位系数、压力角、齿宽等齿轮基本参数。
[0021]所述的MATLAB中fgoalattain工具函数包括：
[0022]主程序：main，
[0023]界面程序：generalface1～4、yhemptyparaminput，
[0024]界面数值传递程序：next、next1～4，
[0025]约束程序：confun、paragear、qiangdu、qiangdu1～4，
[0026]目标函数程序：objfun，
[0027]输出程序：dispresult1。
[0028]所述约束程序分为几何约束条件和强度约束条件；
[0029]几何约束条件包含：安装条件、同心条件、邻接条件、齿顶厚条件、重合度限制和根切限制；
[0030]强度约束条件包含：
[0031]接触强度：
[0032]弯曲强度：
[0033]胶合强度：
[0034]所述步骤5根据工况分析各零件受力情况，建立传动系统模型校核零件强度进行寿命分析，轮毂驱动减速机由旋转件和异形件组成，在Masta软件中建立旋转类零部件，异形件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，其特征在于，包括步骤：步骤1：根据车速需求、轮胎规格和接口尺寸确定边界条件；步骤2：根据轴径向尺寸、重量要求、传动比条件、寿命要求和结构布置的约束条件选出最优传动形式；步骤3：确定合理的轮毂驱动单元主要零件布置方案；步骤4：以质量最轻和承载能力最优为目标利用编制程序优化齿轮参数，包括模数、齿数、齿宽和变位系数；步骤5：根据工况分析各零件受力情况，建立传动系统模型校核零件强度进行寿命分析。2.根据权利要求1所述的一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，其特征在于：所述的步骤1确定边界条件包括，根据整车需求、桥荷分配和空间布置情况选取轮胎规格，包括断面宽度、高宽比、轮辋直径，其中前轮是单胎，后轮是双胎；轮毂驱动单元一侧通过机架外侧与桥壳总成连接，内部连接电机，机架相对静止；另一侧通过轮毂与轮胎连接，电机与驱动单元通过半轴连接，以驱动轮毂转动，实现车辆的正常行驶，确定轮毂驱动单元尺寸要求，确定电机的连接尺寸及电机选择，在此基础上确定轮毂减速机的输出扭矩、速比、质量要求、传动效率和整个减速机的设计寿命、大修周期。3.根据权利要求1所述的一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，其特征在于：所述的步骤2选出最优传动形式包括：传动方式有链传动、带传动、凸轮传动、齿轮传动、摩擦传动、摆线齿轮、液力传动等形式，在众多实现方式中需要根据约束条件筛选出可行的传动方案，约束条件主要有：轴向尺寸、径向尺寸、重量要求，传动比条件，寿命要求和结构布置，综合考虑上述因素，选出最优的传动形式为齿轮传动。4.根据权利要求1所述的一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，其特征在于：所述的步骤3确定合理的轮毂驱动单元主要零件布置方案，由于矿卡整车载重大，后桥采用两个轮胎并排承载的形式，根据选定的轮胎型号，将在两个轮胎之间的轴向距离分为左边、中间和右边，左边靠近机架的位置需要安装制动器，在中间的位置包含的部件有机架和轮毂，故行星排可以布置在中间或者右边。5.根据权利要求1所述的一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方法，其特征在于：所述的步骤4对于两级NGW型行星传动，依据机械手册优选出传动比的大致数值，筛选太阳轮齿数的大致范围，对于低速重载的齿轮传动选...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿飞，时维方，翟许光，张超，张珂，贾伟，陈楚东，房康宁，佟文豪，孙磊，
申请(专利权)人：徐州徐工矿业机械有限公司，
类型：发明
国别省市：