(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210865482.1 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 中国第一汽车股份有限公司 地址 130011 吉林省长 春市长春汽车经济 技术开发区新红旗大街1号 (72)发明人 康一坡　闫博　张尤龙　刘明远　 (74)专利代理 机构 长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 专利代理师 张岩 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 行星齿轮机构的均载系数计算方法 (57)摘要 本发明涉及一种行星齿轮机构的均载系数 计算方法， 包括搭建行星齿轮机构 装配有限元模 型； 依次定义有限元模型材料属性、 弹簧单元的 刚度、 有限元模型的边界条件： 固定与电机相连 的对分式壳体上的螺栓孔； 定义有限元模型的初 始温度； 施加载荷1 ‑3； 调整所有 零部件至理想装 配位置； 确定 行星齿轮机构的第1啮合位置； 定义 计算工况； 进行有限元分析； 计算行星齿轮机构 处于第1啮合位置的均载系数； 进行行星齿轮机 构齿轮啮合位置调整及相应位置的均载系数计 算； 考虑零部件的制造误差和装配误差， 重复上 述步骤进行行星齿轮机构均载系数计算。 本发明 实现了行星齿轮机构均载系数的高精度预测； 评 价行星齿轮机构的均载系数更加合理； 提高了计 算速度。 权利要求书4页 说明书11页 附图8页 CN 115310224 A 2022.11.08 CN 115310224 A 1.一种行星 齿轮机构的均载系数计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 搭建行星 齿轮机构装配有限元模型： 分别对行星齿轮机构中的太阳轮、 行星齿轮、 行星架、 内齿圈、 壳体、 轴承的内圈和外圈 进行实体网格划分， 并定义相接触部件之间为接触关系将其装配在一 起； S2、 定义有限元模型 材料属性： 定义各零部件有限元模型 材料的弹性模量E、 泊松比μ、 材 料密度ρ 、 热膨胀系数α； S3、 定义步骤S1中弹簧单 元的刚度K： S4、 定义有限元模型的边界条件： 固定与电机相连的对分式 壳体上的螺 栓孔； S5、 定义有限元模型的初始温度： 在步骤S1中所有零部件有限元模型 上施加初始温度； S6、 施加载荷1： 载荷1为温度载荷， 即在步骤S1中所有零部件有限元模型上施加高温载 荷； S7、 施加载荷2： 载荷2为输入轴上扭矩M， 其借助RBE3单元施加到输入轴上， RBE3单元从 点选择远离太阳轮一端的输入轴端面中心点， 主点选择远离太阳轮一端的输入轴端面上的 节点， M施加到RBE 3单元从点上； S8、 施加载荷3： 载荷3为离心力， 步骤S1中所有旋转零部件 的离心力， 具体见计算公式 (3)‑(9)； w2＝2 π n2                                (4) 公式(3)‑(4)中： F2为太阳轮的网格单元离心力； m2为太阳轮的网格单元质量； r2为太阳 轮的网格单 元旋转半径； w2为太阳轮的角速度； n2为太阳轮的转速； w3＝2 π n3                                (6) 公式(5)‑(7)中： F3为行星架的网格单元离心力； m3为行星架的网格单元质量； r3为行星 架的网格单元旋转半径； w3为行星架的角速度； n3为行星架的转速； z2为太阳轮齿数； zR为内 齿圈齿数； 公式(8)‑(9)中： F4为行星齿轮的网格单元离心力； m4为行星齿轮的网格单元质量； r4为 行星齿轮的网格单元公转旋转半径； w4为行星齿轮的公转角速度， w4＝w3； r41为行星齿轮的 网格单元自转旋转半径； w41为行星齿轮的自转角速度； R4为行星齿轮中心线的公转半径； r42 为行星齿轮的节圆半径； r22为太阳轮的节圆半径； S9、 调整所有零部件至理想装配位置： 不考虑零部件的制造误差和装配误差， 调整步骤S1中各零部件至理想装配位置； S10、 确定行星齿轮机构的第1啮合位置： 将行星齿轮旋转至内齿圈任一旋转对称平面权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115310224 A 2位置作为行星齿轮机构的第1啮合位置， 以计算此时的行星齿轮机构的均载系数， 评价零部 件结构设计的合理性； S11、 定义计算工况： 计算工况由步骤S4中的边界条件、 步骤S5中的初始 温度、 步骤S6中 的载荷1、 步骤S7中载荷2、 步骤S 8中载荷3组成； S12、 进行有限元分析： 按步骤S11中定义的计算工况， 考虑几何非线性计算模拟滚针的 弹簧单元在行星 齿轮公转方向上的切向力； S13、 计算行星 齿轮机构处于第1 啮合位置的均载系数： 将每个模拟滚针的弹簧单元在行星齿轮公转方向上的切向力乘以所支撑行星齿轮的 公转半径， 即获得行星齿轮轴传递的扭矩， 取其中的扭矩最大值与所有扭矩均值的比值作 为行星齿轮机构在1 啮合位置的均载系数， 具体见计算公式(10)； 公式(10)中： s1为均载系 数； fj为模拟滚针的第j个弹簧单元沿行星齿轮公转方向的切 向力； R4j为第j个弹簧单 元所支撑的行星 齿轮的公转半径； S14、 进行 行星齿轮机构齿轮啮合 位置调整及相应位置的均载系数计算： 将行星齿轮依次旋转至其他非旋转对称平面位置， 同时根据速比旋转太阳轮、 行星架， 获得行星齿轮机构的第2、 第3、 ……第x啮合位置， 在每个位置分别重复步骤S11至S13， 计算 相应啮合位置的均载系 数s2、 s3、……sx； 取s1、 s2、 s3、……sx中最大值作为行星齿轮机构的 均载系数； S15、 考虑零部件的制造误差和装配误差， 重复步骤S11至S14进行行星齿轮机构均载系 数计算。 2.根据权利要求1所述的一种行星齿轮机构的均载系数计算方法， 其特征在于： 步骤S1 中， 轴承滚动体采用弹簧单元进 行简化建模， 对于有外圈和内圈的轴承， 模拟滚动体的弹簧 单元两端节点分别连接在两个RBE3单元的从点上， 两个从点位于轴承几何中心线上， 其中 一个RBE3单元的从点选择外圈滚道几何中心， 主点选择外圈滚道上的节点， 另一个RBE3单 元的从点选择内圈滚道几何中心， 主点选择内圈滚道上 的节点； 对于没有外圈和内圈的滚 针轴承， 模拟滚针的弹簧单元两端节点同样连接在两个RBE3单元从点上， 两个从点位于滚 针轴承几何中心线上， 其中一个RBE3单元的从点选择滚针轴承中心线上一点， 主点选择与 滚针轴承外径侧相接触行星齿轮部位的网格节 点， 另一个RBE3单元的从点选择滚针轴承中 心线上另外一点， 主点选择与滚针轴承内径侧相 接触行星齿轮轴部位的网格节点； 弹簧单 元的数量 等于轴承的数量。 3.根据权利要求1所述的一种行星齿轮机构的均载系数计算方法， 其特征在于： 步骤S1 中， 所述轴承与壳体之间、 与所支撑 部件之间不 考虑过盈， 为 零间隙配合。 4.根据权利要求1所述的一种行星齿轮机构的均载系数计算方法， 其特征在于： 步骤 S3， 所述弹簧单元刚度K表征的是一个轴承中所有滚动体的综合刚度， 具体获取方法细分为 步骤S3‑1至步骤S3 ‑8； S3‑1、 建立单个滚动 体的有限元模型： 包括对滚动 体、 上平板和下平板三个零部件进行 网格划分， 其中接触位置的网格需要细划分， 以提高载荷传递精度和变形计算精度； 上平板权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115310224 A 3