摘 要

由于石油资源的匮乏、分配问题以及环境污染问题逐渐严重，人们正在不断对新能源汽车技术进行研究、创新。而电动车以污染排放量几乎是零、结构简单以驾驶起来比较方便，成为未来汽车的发展趋势，不管是从环境，还是国家能源层面考虑，燃油车最终会被电动车代替，但这是一个过程，要解决当下电动车的不足，才能实现这个目标。为了促进电动汽车的长远发展，电动汽车需要安装新式减速器。

行星齿轮减速器相对于普通齿轮传动，其优点是体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、运转平稳，噪声低、输出扭矩大，速比大、效率高、性能安全。目前已经有了较普遍的应用，但是由于行星齿轮的传动方案有可多变性，因此设计也较为复杂。但是由于行星齿轮传动不只局限于高速大功率装置中，也可以使用在低速大扭矩的机械传动装置上，因此行星齿轮传动在各个领域都有着广泛应用，可作为配套部件用于起重、挖掘、运输、建筑等行业。

本文主要根据要求设计一台行星齿轮减速器箱，用于新能源汽车传动装置，主要分为以下三个阶段完成本次设计。

首先是传动方案的确定、减速器传动零件主要参数的设计、零件的尺寸设计及材料选择。根据设计要求确定传动比，进而确定了传动方案，再根据传动方案以及理论计算完成其减速器传动零件主要参数的设计、零件的尺寸设计及材料选择，最后再对设计零件进行强度校核计算。

其次是参数化的精确建模、装配仿真及干涉检验，确定设计方案的可行性。根据第一阶段设计的零件参数，利用CATIA精准建模得到各零件，进而进行虚拟装配，最后对减速器进行运动仿真及干涉检验。确定运动平稳，检验第一阶段设计的可靠性。

最后是对其中一对齿轮啮合进行有限元分析。利用ANSYS对齿轮啮合处进行接触有限元分析，重复后处理，使仿真结果接近现实，并检验了第一阶段设计零件的可靠性。

关键词：齿轮传动;结构计算；CATIA建模；ANSYS；静力学有限元分析

abstract

Due to the lack of oil resources, distribution problems and environmental pollution problems, people are constantly researching and innovating new energy vehicle technology. However, the electric vehicle with almost zero pollution emissions and simple structure is more convenient to drive, which becomes the development trend of the future automobile. Whether from the perspective of environment or national energy, the fuel vehicle will eventually be replaced by the electric vehicle, but this is a process, which can be achieved only by solving the shortcomings of the current electric vehicle. In order to promote the long-term development of electric vehicles, electric vehicles need to install a new type of reducer.

Compared with ordinary gear transmission, planetary gear reducer has the advantages of small volume, light weight, high bearing capacity, long service life, stable operation, low noise, large output torque, large speed ratio, high efficiency, and safe performance. At present, it has been widely used, but because the transmission scheme of planetary gear is changeable, the design is more complex. However, planetary gear drive is not only limited to high-speed and high-power devices, but also can be used in low-speed and high torque mechanical transmission devices. Therefore, planetary gear drive is widely used in various fields, and can be used as supporting parts in lifting, excavation, transportation, construction and other industries.

This paper mainly designs a planetary gear reducer box according to the requirements, which is used in the transmission device of new energy vehicles. It is divided into the following three stages to complete the design.

First, the determination of transmission scheme, the design of main parameters of transmission parts of reducer, the size design of parts and the selection of materials. According to the design requirements to determine the transmission ratio, and then determine the transmission plan, according to the transmission plan and theoretical calculation to complete the design of the main parameters of the transmission parts of the reducer, the size design and material selection of the parts, and finally carry out the strength check calculation of the design parts.

Secondly, accurate parametric modeling, assembly simulation and interference test are used to determine the feasibility of the design scheme. According to the parameters of the parts designed in the first stage, the parts are accurately modeled by CATIA, and then the virtual assembly is carried out. Finally, the motion simulation and interference inspection of the reducer are carried out. Make sure the motion is stable and check the reliability of the first stage design.

Finally, the finite element analysis of one pair of gears is carried out. The contact finite element analysis of gear engagement is carried out by ANSYS, and the post-processing is repeated, so that the simulation results are close to reality, and the reliability of the first stage design parts is tested.

Key words: gear transmission; structural calculation; CATIA modeling; ANSYS; static finite element analysis

目 录

摘要 3

第1章 绪论 1

1.1 国内外发展状况 1

1.2 行星齿轮减速器的类型以及特点 1

1.2.1 行星齿轮减速器的介绍 1

1.2.2 2K—H型行星齿轮传动 2

1.3研究意义 2

第2章 行星齿轮减速器的总体结构设计 4

2.1 设计任务及参考车辆主要参数 4

2.2 传动方案比较 5

2.3 齿轮结构设计 9

2.3.1 齿轮的材料选取及热处理工艺、制造工艺制定 9

2.3.2 齿轮各主要参数确定 11

2.3.3 齿轮几何尺寸计算 17

2.3.4 啮合要素验算 20

2.3.5 齿轮强度验算 22

2.4 各轴及轴承结构设计 36

2.4.1 轴材料选取以及最小轴径确定 36

2.4.2 轴承选用及校核 40

2.4.3 花键结构设计及校核 44

2.4.5 各轴的轴向尺寸及轴径确定 50

2.5 本章小结 51

第3章 基于CATIA的零件建模 52

3.1对齿轮的建模过程 52

3.1.1 输入齿轮基本参数及建立渐开线关系式 52

3.1.2 建立齿轮基本圆 53

3.1.3 建立渐开线 53

3.1.4 创建齿形 54

3.1.5 创建其他特征 56

3.2 对轴的建模过程 57

3.3 对轴承的建模过程 57

3.3.1 创建内外圈 57

3.3.2 创建圆柱滚子 58

3.3.3 创建挡边圈 59

3.4 行星架的建模 60

3.5 箱体总成主要零件的建模 61

3.4.1 前后轴承盖的建模过程 61

3.4.2 高速级以及低速级箱体的建模过程 62

3.4.3 低速级箱体盖的建模 63

3.6 最终装配图形 63

3.7本章总结 63

第4章 渐开线圆柱齿轮接触有限元分析 65

4.1软件简介 65

4.2齿轮与轴接触分析 65

4.2.1划分网格、添加约束 65

4.2.2结果展示及分析 66

4.3高速级齿轮接触分析 67

4.3.1划分网格、添加约束 67

4.3.2结果展示及分析 67

4.4高速级行星架静力分析 69

4.4.1划分网格、添加约束 69

4.2.2结果展示及分析 69

第5章 结论与展望 72

5.1结论 72

5.2展望 72

致谢 74

参考文献 75

第1章 绪论

1.1 国内外发展状况

国内发展现状：自20世纪90年代以来，我国就开启了新能源汽车的研发计划，直至今日，在新能源汽车研发领域已投放了大量研究基金。汽车是否完全需要电动化或是以混合动力形式为主，并且确定我国如今研究的新能源汽车最终实现哪种模式，还要充分考虑我国基本国情，也一定要合乎我国汽车长远后续发展的特点，即针对性的看待问题解决问题。因此新能源汽车需要按照不同地区、城市的特色有所不同。

由于目前新能源汽车的市场份额占据较少，因此如今新能源汽车的迅速发展和获得广泛应用的障碍就是成本较高。通过市场调查和相关研究，我们近乎确定不久将来纯电动汽车在各个城市内都必定有着不小的市场份额，相比之下混合动力汽车由于技术瓶颈尚未突破、并且研发、制造、维修成本均较高。电池的研发注定成为纯电动汽车得到更广泛的推崇最重要的因素。至今我国主要研发磷酸铁锂电池，以较长的工作寿命、较高的安全系数、工作电压稳定、转化效率高、不具记忆性等优势，在其他电池未有明显突破前，磷酸铁锂电池应该成为首选。新能源汽车未来良好，我国应该把握住这个千载难逢的反超机会，我国才有可能接轨世界最先进的汽车技术，才能完成从制造大国到科技大国的境界提升，同时对节约资源等环境问题的解决都有重要意义。

国外发展现状：在90年代，日本就已经明确针对温室效应制定降低二氧化碳释放的方针，并且确定了新能源汽车的前景规划；随后的《巴黎协定》更具针对性的提出了世界各国控制温室效应的计划。直至2018年，很多个国家都纷纷对传统内燃机销售做出限制或者禁止的政策，以法国、英国为例，已确定在2040年前终止传统内燃机汽车的市场流动。