基于Romax的双联行星减速器的轴承设计验证方法

陈培凯，刘勇

天津天海同步科技有限公司

双联螺旋行星排具有传动比范围大、传动时接触齿数多、传动均匀及噪声小等优点，非常适合用于新能源汽车减速器。但是，其复杂的设计以及装配结构都决定了在设计及制造阶段会有很大的困难和局限，轴承的寿命计算和选型就是其中一点。如轴承寿命过短，需要经常性地更换轴承，会降低减速器的综合使用性能，增加客户的维护成本。根据工作条件合理地选用轴承，使轴承既可满足使用要求，又可避免过高的经济成本，且还不影响其它零部件的选型设计模型建立。

建模

使用Romax分析轴承寿命时，若想使分析结果更加接近真实情况，使结果更加准确，需要把会影响到计算结果的模型轴齿参数、壳体参数、润滑以及工况条件等尽量准确全面地输入到软件中。以一个NN型双联螺旋行星减速器为例（见图1），需要考虑轴承尺寸、材料性能，各个轴齿的尺寸和材料种类，润滑剂种类和润滑方式、污染等级，轴承的预紧方式和预紧力及载荷谱等。

图1 NN型双联螺旋行星减速器

本文所参考的为NN型行星减速器，轴齿的参数、壳体的参数和减速器润滑情况已知。轴承的选型见表1，载荷谱见表2。

表1 减速器轴承选型

表2 减速器载荷谱设置

使用Romax软件对载荷谱下所有工况进行计算，会得到在整个载荷谱下的轴承寿命，见表3。

表3 载荷谱下的轴承寿命

结果分析和优化

从表3的结果中可以得出，输入轴的球轴承6005和输出轴的锥轴承32008X的寿命大于要求的10000h，并且远远超过这个数值。这是因为输入轴和输出轴在径向上的受力只有减速器本身的重力，行星轮传递到输入轴和输出轴上的力本身受力平衡相互抵消掉了。而行星轮轴上的圆柱滚子轴承NJ203的寿命并不满足要求，并且可以得出，靠近减速器输出端的轴承所受的载荷更大。

为了寻找问题原因，需要在单个极限工况下看NJ203的接触应力大小。计算结果见表4，最大接触应力已达4000MPa，超过了圆柱滚子轴承所能承受的极限应力。

表4 NJ203在极限工况（工况7）下的接触应力

现在需要单独对行星轮轴的轴承进行优化，其他输入条件不变。我们使用滚针轴承K28×40×25H，并根据所选轴承修改行星轮模型。因为该滚针轴承额定动载荷45.5kN，额定静载荷54kN，大于选择的NJ203，在最高转速上也会有所提升。重新导入Romax进行计算，得出K28×40×25H在载荷谱下的寿命，见表5。

表5 滚针轴承在载荷谱下的寿命

从新的计算结果可以看到，更换的滚针轴承K28×40×25H满足减速器的使用要求，并且轴承的损伤降到了0.1%以下，可以确定以这套轴承配置作为该NN型减速器的轴承选型。

结语

双联行星减速器的轴承承载情况是根据双联行星排结构的不同而变化的，输入输出轴上的轴承在不受到汽车自重的情况下不会承受太大的压力，一般寿命会很长。行星轮轴上的轴承受力受到齿轮参数和电动机输入大小的影响，并且在减速器上呈现一种靠近输出端承载更大的情况。如果采用的是大螺旋角的齿轮，还要考虑一定的轴向力。

所以，双联行星减速器的轴承选型是一个相对复杂的过程，需要关注到每一个重点。在减速器设计初期，利用Romax软件基于标准计算轴承寿命，确定轴承损伤，验证轴承选型的合理性，预先发现并解决潜在的问题，采用更加优化的设计，在很大程度上节省了设计师时间和人力上的成本。利用软件现在成为了企业快速、准确应对市场的一种快捷有效的途径。