減速器的案例
長(zhǎng)江學(xué)者石照耀剖析精密減速機(jī)國(guó)產(chǎn)化之路—山坳上的機(jī)器人精密減速器
第四次增長(zhǎng)的增長(zhǎng)點(diǎn)主要在3個(gè)領(lǐng)域：第一是汽車自動(dòng)變速器；第二是精密減速機(jī)；第三是軌道交通用齒輪箱。目前齒輪行業(yè)在這三個(gè)點(diǎn)上風(fēng)口比較多。
汽車自動(dòng)變速器曾經(jīng)是我國(guó)齒輪行業(yè)的一個(gè)痛。我國(guó)年產(chǎn)近2900萬輛汽車，自動(dòng)變速箱曾幾乎全依賴進(jìn)口和外資企業(yè)生產(chǎn)，齒輪行業(yè)100多億的逆差主要來源于自動(dòng)能變速箱的進(jìn)口。
這兩年我國(guó)在自動(dòng)變速箱方面迎來了大突破，AT、DCT、CVT全部突破，全面開花。國(guó)產(chǎn)自動(dòng)變速器的發(fā)展帶來兩個(gè)結(jié)果：國(guó)內(nèi)自動(dòng)變速器市場(chǎng)在劇烈地重新洗牌；另外手動(dòng)變速器的市場(chǎng)需求下降，手動(dòng)變速器企業(yè)的日子越來越難過。
增長(zhǎng)點(diǎn)之二就是精密減速器，涉及面很寬。數(shù)控機(jī)床曾經(jīng)連齒輪都沒有更別說減速器了，現(xiàn)在高檔數(shù)控機(jī)床都帶有精密減速器，因?yàn)樘砑?em>減速器能提高整個(gè)機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。此外自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)減速器的需求也很大。這個(gè)市場(chǎng)國(guó)內(nèi)發(fā)展很快，空白點(diǎn)也很多，現(xiàn)在成規(guī)模進(jìn)口；再一個(gè)是機(jī)器人的關(guān)節(jié)減速器；還有智能器具和IT設(shè)備對(duì)精密減速器的需求，也是風(fēng)投最熱的一塊。比如全屏手機(jī)的鏡頭，就是由微小減速器驅(qū)動(dòng)彈出的，各種密碼鎖也對(duì)減速器有巨量需求；值得特別關(guān)注的是：“控制+電機(jī)+減速器”集成為“機(jī)電動(dòng)力模塊”將是未來增長(zhǎng)最快的。
第三個(gè)增長(zhǎng)點(diǎn)是軌道交通的。現(xiàn)在和諧號(hào)、復(fù)興號(hào)上的高鐵齒輪箱已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化了，高鐵齒輪箱要求比較高，壽命是30年，風(fēng)電要求是20年，一輛高鐵一年跑80萬公里，30年是2400萬公里。
那么第四次增長(zhǎng)有什么特點(diǎn)呢？前三次基本上是引進(jìn)、消化、再創(chuàng)新，現(xiàn)在減速器技術(shù)只能靠自己研發(fā)了。第四次增長(zhǎng)的特點(diǎn)，一是自有技術(shù)，二是綜合性。在座的很多搞研究的，這是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，減速器行業(yè)的專家收入都很高，這個(gè)領(lǐng)域的機(jī)會(huì)還是蠻多的。
展開 基于ADAMS的車輛減速器制動(dòng)性能分析
摘 要：制動(dòng)性能作為評(píng)價(jià)車輛減速器的重要指標(biāo)，通常需在駝峰編組站通過實(shí)際測(cè)量的雷達(dá)測(cè)速曲線獲得。為進(jìn)一步優(yōu)化減速器制動(dòng)性能的獲取方式，采用虛擬樣機(jī)仿真的方法對(duì)車輛減速器建模并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。首先，基于車輛減速器的工作原理，結(jié)合車輛減速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，構(gòu)建了“車輛-鋼軌-減速器”的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型；然后，以21t軸重、走行速度5m/s(18km/h)的車輛為例，利用仿真模型分析減速器的制動(dòng)能力。結(jié)果表明：該模型的分析結(jié)果與減速器制動(dòng)性能的理論值和實(shí)測(cè)結(jié)果相吻合，可為后續(xù)減速器的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考。
關(guān)鍵詞：車輛減速器;動(dòng)力學(xué)模型;制動(dòng)性能;駝峰編組站;重力鉗夾式;
隨著我國(guó)鐵路貨運(yùn)的快速發(fā)展，為更好的適應(yīng)重載需求，需對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行全面升級(jí)。編組站作為鐵路貨運(yùn)的核心樞紐，正不斷通過技術(shù)創(chuàng)新提高其工作效率和性能，為重載貨運(yùn)順利發(fā)展提供有力保障。
車輛減速器作為編組站的主要調(diào)速設(shè)備，用于間隔制動(dòng)位和目的制動(dòng)位調(diào)速，直接影響編組站調(diào)車作業(yè)效率。目前，車輛減速器主要采用重力鉗夾式減速器，其對(duì)車輛車輪的制動(dòng)力可根據(jù)車輛自重進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，并通過兩側(cè)制動(dòng)軌完成制動(dòng)減速[1]。
制動(dòng)性能是車輛減速器的重要技術(shù)指標(biāo)，目前主要是通過雷達(dá)測(cè)速曲線計(jì)算的方式獲取。這種現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式，不僅對(duì)駝峰正常溜放作業(yè)有一定影響，且需要耗費(fèi)大量的人力、物力。邱戰(zhàn)國(guó)等[2]提出通過測(cè)出單臺(tái)減速器對(duì)單個(gè)車輛制動(dòng)時(shí)的減速度后，依據(jù)實(shí)時(shí)算法計(jì)算減速器的單位制動(dòng)能高；郭玉華等[3]提出利用中值濾波法對(duì)雷達(dá)測(cè)速曲線進(jìn)行濾波處理，通過編程實(shí)現(xiàn)減速器單位制動(dòng)能高的實(shí)時(shí)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)展示。但這些研究均依托于實(shí)測(cè)的雷達(dá)速度曲線，對(duì)減速器的制動(dòng)性能進(jìn)行計(jì)算，雖然有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，但適用范圍有一定的局限性。
展開 工業(yè)機(jī)器人精密減速器的應(yīng)用及現(xiàn)狀
減速器在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，通常它把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，并傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。目前成熟并標(biāo)準(zhǔn)化的減速器有：圓柱齒輪減速器、渦輪減速器、行星減速器、行星齒輪減速器、RV減速器、擺線針輪減速器和諧波減速器。80-90年代以來，在新興產(chǎn)業(yè)如航空航天、機(jī)器人和醫(yī)療器械等發(fā)展的需求下，需要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)的高性能精密減速器，其中RV減速器和諧波減速器是精密減速器中重要的兩種減速器。
RV（Rot-Vector）減速器
RV減速器是在擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有二級(jí)減速和中心圓盤支承結(jié)構(gòu)。自1986年投入市場(chǎng)以來，因其傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、低振動(dòng)、剛性大和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人的“御用”減速器。
諧波減速器
諧波減速器由三部分組成：諧波發(fā)生器、柔性論和剛輪，其工作原理是由諧波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形，靠柔輪與剛輪嚙合來傳遞動(dòng)力，并達(dá)到減速的目的；按照波發(fā)生器的不同有凸輪式、滾輪式和偏心盤式。諧波減速器傳動(dòng)比大、外形輪廓小、零件數(shù)目少且傳動(dòng)效率高。單機(jī)傳動(dòng)比可達(dá)到50-4000，而傳動(dòng)效率高達(dá)92%-96%。
行星減速器
行星顧名思義行星減速器就是有三個(gè)行星輪圍繞一個(gè)太陽輪旋轉(zhuǎn)的減速器。行星減速器體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。具有功率分流、多齒嚙合獨(dú)用的特性；是一種用途廣泛的工業(yè)產(chǎn)品，其性能可與其它軍品級(jí)行星減速器產(chǎn)品相媲美，卻有著工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的價(jià)格，被應(yīng)用于廣泛的工業(yè)場(chǎng)合。
精密減速器在工業(yè)機(jī)器人上的作用
工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力源一般為交流伺服電機(jī)，因?yàn)橛擅}沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，其伺服電機(jī)本身就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，為什么工業(yè)機(jī)器人還需要減速器呢？
展開 細(xì)高齒的電動(dòng)汽車減速器設(shè)計(jì)
耐久疲勞試驗(yàn)工況設(shè)置參考QC/T 1022—2015《純電動(dòng)乘用車用減速器總成技術(shù)條件》，分為高速低扭和低速高扭兩種工況，時(shí)間總計(jì)430 h。
噪聲測(cè)試時(shí)，減速器置于半消音室中，麥克風(fēng)布置在減速器前、后、上、左4個(gè)方向，距離減速器殼體表面1 m位置處。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，選取運(yùn)行工況為輸入轉(zhuǎn)速6 000 r/min，輸入扭矩116 N·m。
整個(gè)減速器試驗(yàn)過程如圖3所示。
圖3 減速器臺(tái)架試驗(yàn)
3.2 試驗(yàn)結(jié)果
在試驗(yàn)過程中，減速器沒有發(fā)生滲漏油現(xiàn)象；試驗(yàn)完成后且經(jīng)拆解檢驗(yàn)，主要零部件無斷裂、齒面嚴(yán)重點(diǎn)蝕(點(diǎn)蝕面積超過4 mm2或者深度超過0.5 mm)、剝落、軸承卡滯等異常現(xiàn)象，減速器耐久疲勞試驗(yàn)合格。
減速器噪聲測(cè)試結(jié)果如圖4所示，前方聲壓級(jí)數(shù)據(jù)為71.30 dB(A)，后方聲壓級(jí)數(shù)據(jù)為73.33 dB(A)，左側(cè)聲壓級(jí)數(shù)據(jù)為81.70 dB(A)，上方聲壓級(jí)數(shù)據(jù)為72.96 dB(A)。因?yàn)?em>減速器左側(cè)殼體面積較大，輻射噪聲數(shù)據(jù)偏大。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，要求減速器加載噪聲應(yīng)不大于83 dB(A)，結(jié)果表明符合標(biāo)準(zhǔn)，而且前、后、上3個(gè)方向的噪聲結(jié)果遠(yuǎn)低于83 dB(A)。
圖4 減速器噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)
4 結(jié)論
文中基于細(xì)高齒思路設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車減速器，并對(duì)減速器開展了臺(tái)架耐久疲勞性能試驗(yàn)和噪聲測(cè)試，通過以上分析研究，可以得出以下結(jié)論：
(1)標(biāo)準(zhǔn)壓力角下，提高齒頂高系數(shù)超過1.3時(shí)，齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度可以滿足安全設(shè)計(jì)要求。
(2)齒輪端面重合度略超過2時(shí)，傳動(dòng)更平穩(wěn)，有利于提高減速器的NVH性能。
(3)采用細(xì)高齒設(shè)計(jì)減速器齒輪時(shí)，要充分考慮齒輪材料的選取及熱處理工藝，保證齒輪的綜合性能。
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五菱丨同軸式電驅(qū)橋減速器的開發(fā)
電驅(qū)橋總成一般包括電機(jī)、減速器、橋管、半軸等主要部件。考慮體積、成本和可靠性等因素，將電機(jī)與減速器同時(shí)集成在電驅(qū)橋上是目前的趨勢(shì)。
目前市場(chǎng)上的大多數(shù)電驅(qū)橋減速器為偏軸式（展開式）減速器，采用定軸式圓柱齒輪的兩級(jí)減速結(jié)構(gòu)，其電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸相對(duì)輸出軸（差速器）的中心線是偏置布置的（如圖1）。這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)時(shí)間比較早，工藝相對(duì)成熟，但是無法解決電機(jī)偏置所帶來的問題：
圖1 采用偏軸式減速器的電驅(qū)橋結(jié)構(gòu)圖
減速器的徑向尺寸較大，影響電動(dòng)車輛的整車布置，特別是影響動(dòng)力電池或電機(jī)控制器的安裝空間。
由于電機(jī)重量較大，電機(jī)偏置懸掛會(huì)導(dǎo)致橋體上的彈簧座板承受額外的傾覆力矩，導(dǎo)致電驅(qū)橋在車輛運(yùn)行過程中出現(xiàn)低頻抖動(dòng)，產(chǎn)生額外噪聲，影響駕駛舒適性。
電機(jī)軸與減速器輸入軸在進(jìn)行花鍵耦合時(shí)，容易由于內(nèi)外花鍵不同心而引起可靠性問題和NVH問題。
以上亟需解決的難題，關(guān)鍵點(diǎn)就在于減速器上。而采用同軸減速器結(jié)構(gòu)的電驅(qū)橋，因其結(jié)構(gòu)緊湊，在電動(dòng)汽車上應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，能較好地解決上述問題。
在現(xiàn)有技術(shù)中的同軸式電驅(qū)橋大部分為行星齒輪減速結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)较蚝洼S向尺寸都控制的較好，是電驅(qū)橋中結(jié)構(gòu)最緊湊的設(shè)計(jì)之一。但行星減速用的內(nèi)齒圈制造難度大，而且行星齒輪需求數(shù)量多，總的成本高，在同樣動(dòng)力下至少是普通定軸式齒輪兩倍以上的成本，所以不能夠很好的廣泛運(yùn)用。
有鑒于此，某公司設(shè)計(jì)研發(fā)了一種采用定軸式圓柱齒輪作同軸減速器的電驅(qū)橋總成，這種結(jié)構(gòu)讓電機(jī)總成和差速器總成實(shí)現(xiàn)了同軸居中，由于這兩部分合起來的重量在電驅(qū)橋上占比最大的，保證了重心基本居中。另外，定軸式齒輪的生產(chǎn)廠家比較多，工藝成熟且產(chǎn)量大。因此，這種同軸式電驅(qū)橋不僅解決了偏軸式電驅(qū)橋的上述缺點(diǎn)，又比行星式同軸橋具有更好成本優(yōu)勢(shì)。
展開 國(guó)產(chǎn)減速器迎快速快發(fā)展期
減速機(jī)行業(yè)在我國(guó)發(fā)展歷史已有近40年，減速機(jī)產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。目前，減速機(jī)用量比較大的行業(yè)主要有：工業(yè)機(jī)器人、電力機(jī)械、冶金機(jī)械、環(huán)保機(jī)械、電子電器等，這些行業(yè)使用減速機(jī)產(chǎn)品的數(shù)量已占全國(guó)各行業(yè)使用減速機(jī)總數(shù)的40%~60%。
RV減速器或?qū)⑷〈C波減速器
工業(yè)機(jī)器人用減速器主要分為5類，分別是：（1）諧波齒輪減速器；（2）擺線針輪行星減速器；（3）RV減速器；（4）精密行星減速器；（5）濾波齒輪減速器。不同類型的精密減速器在傳動(dòng)效率、減速比方面各不相同。
RV減速器相比諧波傳動(dòng)具有很強(qiáng)的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定。相比之下，諧波傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)精度會(huì)隨著時(shí)間增長(zhǎng)而顯著降低。因此，RV減速器在先進(jìn)機(jī)器人傳動(dòng)中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢(shì)。
外資品牌主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn)品牌或逆襲
全球減速器市場(chǎng)上日本企業(yè)納斯博斯克和哈默納科形成壟斷局面；而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局尚未定型，目前減速器行業(yè)雖以外資品牌為主，但國(guó)產(chǎn)品牌伴隨我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的崛起，也將快速發(fā)展。
我國(guó)2017年減速器需求約30萬臺(tái)。其中，國(guó)產(chǎn)主要減速器廠商（剔除上海機(jī)電，主要是上海機(jī)電為納博特斯克與國(guó)內(nèi)公司的合資子公司，且其中客戶群體包含四大家族）出貨量占據(jù)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額約為20%，近80%的市場(chǎng)份額由外資品牌占據(jù)。
由于國(guó)產(chǎn)減速器極具價(jià)格優(yōu)勢(shì)且國(guó)產(chǎn)機(jī)器人本體企業(yè)崛起，2017年，國(guó)產(chǎn)減速器在出貨量上取得了新的突破。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在RV減速器方面，出貨量排名前十的企業(yè)中，共有5家中資企業(yè)；其中南通鎮(zhèn)康表現(xiàn)最好，位列第三，排在日本企業(yè)納博特斯克和住友之后。在諧波減速器方面，出貨量排名前是的企業(yè)中，共有8家中資企業(yè)，其中蘇州綠的表現(xiàn)最好，出貨量?jī)H次于日本巨頭哈默納克。
展開 減速器分類及工作原理
一、減速器
減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。減速器結(jié)構(gòu)緊湊，效率較高，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，使用維護(hù)方便，可以成批生產(chǎn)，因此應(yīng)用非常廣泛。
減速器的工作原理：
減速器一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動(dòng)設(shè)備，把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其它高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過減速機(jī)的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，普通的減速機(jī)也會(huì)有幾對(duì)相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動(dòng)比。
減速器的基本構(gòu)造：
減速器主要由傳動(dòng)零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體及其附件所組成。其基本結(jié)構(gòu)有三大部分：（1）齒輪、軸及軸承組合；（2）箱體；（3）減速器附件；
齒輪、軸及軸承組合小齒輪與軸制成一體，稱齒輪軸，這種結(jié)構(gòu)用于齒輪直徑與軸的直徑相關(guān)不大的情況下，如果軸的直徑為d，齒輪齒根圓的直徑為df，則當(dāng)df-d≤6～7mn時(shí)，應(yīng)采用這種結(jié)構(gòu)。（我們推薦你關(guān)注“機(jī)械工程師”公眾號(hào)，第一時(shí)間掌握干貨知識(shí)、行業(yè)信息）而當(dāng)df-d＞6～7mn時(shí)，采用齒輪與軸分開為兩個(gè)零件的結(jié)構(gòu)，如低速軸與大齒輪。此時(shí)齒輪與軸的周向固定平鍵聯(lián)接，軸上零件利用軸肩、軸套和軸承蓋作軸向固定。
箱體是減速器的重要組成部件，它是傳動(dòng)零件的基座，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造，對(duì)于重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。
減速器附件：
為了保證減速器的正常工作，除了對(duì)齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給予足夠的重視外，還應(yīng)考慮到為減速器潤(rùn)滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時(shí)箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設(shè)計(jì)。
大多數(shù)減速器的箱體采用中等強(qiáng)度的鑄鐵鑄造而成，重型減速器則采用高強(qiáng)度鑄鐵和鑄鋼，單件少量生產(chǎn)時(shí)也可用鋼板焊接而成。
展開 被日本壟斷的精密減速器，到底牛在哪？
全球工業(yè)機(jī)器人用的精密減速器基本為日本所壟斷，最近幾年，雖然國(guó)內(nèi)也有量產(chǎn)的RV減速器，但卻鮮有國(guó)產(chǎn)機(jī)器人企業(yè)選用，目前中國(guó)市場(chǎng)的減速器普遍依賴進(jìn)口。
▲日本安川機(jī)器人揮刀削豌豆
01
作為傳統(tǒng)的制造強(qiáng)國(guó)，德國(guó)、意大利、日本等國(guó)家的減速機(jī)產(chǎn)品在材料、設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量控制、精度、功率密度、可靠性和使用壽命等方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
減速器在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，通常它把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，并傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。
在航空航天、機(jī)器人和醫(yī)療器械等發(fā)展的推動(dòng)下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)的高性能精密減速器需求加大，其中RV減速器和諧波減速器更是精密減速器中重要的兩種減速器。
精密減速機(jī)，是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，其利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置。
▲Nabtesco減速機(jī)
目前全球能夠提供規(guī)模化且性能可靠的精密減速器生產(chǎn)企業(yè)不多，絕大多數(shù)市場(chǎng)份額都被日本企業(yè)占據(jù)：Nabtesco的RV減速器約占60%，Harmonica的諧波減速器約占15%，還有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。尤其在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用比例，是壓倒性的。
▲拆解精密減速機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
Nabtesco(納博特斯克)是由帝人精機(jī)和納博克(1956年生產(chǎn)了日本第一個(gè)自動(dòng)門)這兩家日本公司強(qiáng)強(qiáng)合并組成。作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和零部件的生產(chǎn)商，這兩家公司都在其特定的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，掌握了高端核心技術(shù)，控制著很大的市場(chǎng)份額。
作為世界上最大的精密擺線針輪減速機(jī)制造商，Nabtesco生產(chǎn)高性能減速機(jī)、中空軸減速機(jī)，以及單軸伺服執(zhí)行器和控制器。
展開 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)噪聲優(yōu)化
2.2 彈性軸段單元?jiǎng)恿W(xué)建模
技術(shù)人員在面對(duì)減速器傳動(dòng)軸、簡(jiǎn)化型電機(jī)轉(zhuǎn)子、規(guī)則化齒輪輪輻等類型部件時(shí)，可使用鐵木辛柯梁?jiǎn)卧瓿蓜?dòng)力學(xué)建模。之所以選擇該建模方式，主要是因?yàn)榻柚祟愋湍Ｐ涂梢詭椭夹g(shù)人員實(shí)時(shí)掌控構(gòu)件情況，了解其運(yùn)行狀態(tài)，提高減速器運(yùn)行穩(wěn)定性。需要注意的是，在模型構(gòu)建過程中，技術(shù)人員需要使用有限元法，也就是說需要使用公式（1）所代表的可以代表自由度的單元位移量。
公式（1）中子元素所代表內(nèi)容如圖 1 所示。
3 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器振動(dòng)噪聲及優(yōu)化
3.1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器振動(dòng)噪聲臺(tái)架試驗(yàn)方案
為明確電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器振動(dòng)噪聲出現(xiàn)原因及所造成的危害，在實(shí)際工作中，以借助假設(shè) T 型試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。需要注意的是，在架設(shè)過程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求選擇測(cè)試設(shè)備，明確設(shè)備安裝位置 [4]。測(cè)試條件與試驗(yàn)工況如下：
1. 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器振動(dòng)噪聲測(cè)試設(shè)備：在試驗(yàn)過程中，技術(shù)人員需要使用比利時(shí) LMS SCADAS Mobile 便攜式移動(dòng)數(shù)采系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有 4～40 個(gè)通道，且每個(gè)通道采樣率均為 204.8kHz，分辨率為 24 位，信噪比為105dB，數(shù)據(jù)傳輸率為 3.8M 采樣點(diǎn) / 秒。同時(shí)，在測(cè)試過程中，技術(shù)人員還需要使用測(cè)試軟件完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)
記錄分析。
2.電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器測(cè)試條件及工況：具體情況如表 2、表 3 所示。
3.2 結(jié)果分析
3.2.1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器噪聲信號(hào)分析
結(jié)合上述測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析可知，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器出現(xiàn)位置為傳聲器處，伴隨軸轉(zhuǎn)速不斷提高，噪聲呈現(xiàn)為階次提高狀態(tài)，其中第 23 階與 46 階噪聲最為明顯。
展開 多源激勵(lì)下電機(jī)-減速器一體化系統(tǒng)NVH的研究
作者：
屈峰 劉棟良 李阿強(qiáng) 楊響攀丨杭州電子科技大學(xué)、臥龍電氣
摘要：針對(duì)電動(dòng)汽車中的噪聲、振動(dòng)與舒適性問題，對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)-減速器組成的動(dòng)力總成系統(tǒng)進(jìn)行了振動(dòng)與噪聲的研究。首先提出了一種綜合考慮電機(jī)-減速器總成系統(tǒng)的建模方法，并針對(duì)該模型進(jìn)行了模態(tài)分析；根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)了電機(jī)-減速器的基本參數(shù)，分析了使得電機(jī)與減速器振動(dòng)與噪聲的主要激勵(lì)源；然后針對(duì)電磁激勵(lì)與機(jī)械激勵(lì)，對(duì)電機(jī)-減速器系統(tǒng)的影響進(jìn)行了振動(dòng)與噪聲分析；最后進(jìn)行了多源激勵(lì)作用下，動(dòng)力總成振動(dòng)與噪聲特性的仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
筆者將建立永磁同步電機(jī)與減速器的動(dòng)力總成有限元模型，并對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行分析；然后分別對(duì)永磁同步電機(jī)電磁力特性與減速器齒輪傳動(dòng)特性進(jìn)行分析；最后通過施加電磁力與機(jī)械力，進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合振動(dòng)噪聲分析，并通過實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證考慮多源激勵(lì)的動(dòng)力總成一體化建模的可行性。
1 動(dòng)力總成建模與模態(tài)分析
1.1 動(dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模
該動(dòng)力總成系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，通過軸與減速器齒輪副將轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，因此，可以分成外殼系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)部分。
動(dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 動(dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1-電機(jī)端蓋；2-電機(jī)殼體；3-定子鐵心；4-轉(zhuǎn)子；5-電機(jī)與減速器連接面；6-減速器殼體；7-輸入軸；8-一級(jí)齒輪副；9-二級(jí)齒輪副；10-軸承；11-輸出軸
圖1中：1、2、3、5、6為動(dòng)力總成外殼系統(tǒng)；4、7、8、11為傳動(dòng)系統(tǒng)；10為軸承，用于殼體系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)的連接，電機(jī)通過轉(zhuǎn)子帶動(dòng)輸入軸，通過兩級(jí)齒輪副減低轉(zhuǎn)速增大轉(zhuǎn)矩。傳動(dòng)系統(tǒng)由于存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)以及齒輪嚙合效應(yīng)，通過軸承與殼體的連接直接將產(chǎn)生的振動(dòng)作用在殼體系統(tǒng)上。
因此，該動(dòng)力總成系統(tǒng)主要噪聲來源有：(1)殼體振動(dòng)；(2)減速器齒輪嚙合與嘯叫。
展開 被日本壟斷的精密減速器，到底厲害在哪？
全球工業(yè)機(jī)器人用的精密減速器基本為日本所壟斷，最近幾年，雖然國(guó)內(nèi)也有量產(chǎn)的RV減速器，但卻鮮有國(guó)產(chǎn)機(jī)器人企業(yè)選用，目前中國(guó)市場(chǎng)的減速器普遍依賴進(jìn)口。
▲日本安川機(jī)器人揮刀削豌豆
01
作為傳統(tǒng)的制造強(qiáng)國(guó)，德國(guó)、意大利、日本等國(guó)家的減速機(jī)產(chǎn)品在材料、設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量控制、精度、功率密度、可靠性和使用壽命等方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
減速器在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，通常它把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，并傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。
在航空航天、機(jī)器人和醫(yī)療器械等發(fā)展的推動(dòng)下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)的高性能精密減速器需求加大，其中RV減速器和諧波減速器更是精密減速器中重要的兩種減速器。
精密減速機(jī)，是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，其利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置。
▲Nabtesco減速機(jī)
目前全球能夠提供規(guī)模化且性能可靠的精密減速器生產(chǎn)企業(yè)不多，絕大多數(shù)市場(chǎng)份額都被日本企業(yè)占據(jù)：Nabtesco的RV減速器約占60%，Harmonica的諧波減速器約占15%，還有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。尤其在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用比例，是壓倒性的。
▲拆解精密減速機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
Nabtesco(納博特斯克)是由帝人精機(jī)和納博克(1956年生產(chǎn)了日本第一個(gè)自動(dòng)門)這兩家日本公司強(qiáng)強(qiáng)合并組成。
展開 
純電動(dòng)汽車減速器的可靠性研究
作者：皮旭明、劉德福丨EDC電驅(qū)未來
本文從驅(qū)動(dòng)電機(jī)外特性曲線、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速器（變速器）的連接方式等方面分析了故障產(chǎn)生的機(jī)理，并采集了純電動(dòng)汽車道路試驗(yàn)的載荷譜作為設(shè)計(jì)輸入條件，對(duì)減速器及內(nèi)部差速器進(jìn)行了強(qiáng)度仿真分析，最后提出了典型故障模式的解決方法，提高其可靠性。
純電動(dòng)汽車經(jīng)過近十年的高速發(fā)展，其傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性、可靠性問題也值得我們深入研究。純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)包括與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的減速器和減速器內(nèi)含轉(zhuǎn)彎差速的差速器總成。差速器的輸出半軸齒輪與驅(qū)動(dòng)半軸相連，純電動(dòng)汽車在道路試驗(yàn)及售后使用時(shí)常出現(xiàn)差速器故障、驅(qū)動(dòng)半軸斷裂、動(dòng)力中斷和轉(zhuǎn)彎異響等問題。
近年來，隨著純電動(dòng)汽車的高速發(fā)展，其減速器可靠性的研究也取得了一些成果。這些研究均基于傳統(tǒng)燃油車思維對(duì)電動(dòng)汽車的可靠性進(jìn)行研究，沒有針對(duì)純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)其故障原因及可靠性進(jìn)行分析。本文首先分析了純電動(dòng)汽車減速器的一些常見但特有的故障，然后通過理論計(jì)算及仿真分析技術(shù)，挖掘出純電動(dòng)汽車減速器故障的產(chǎn)生機(jī)理，提出了一套提高減速器可靠性的方法，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。
展開 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)噪聲優(yōu)化
3.2 結(jié)果分析
3.2.1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器噪聲信號(hào)分析
結(jié)合上述測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析可知，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器出現(xiàn)位置為傳聲器處，伴隨軸轉(zhuǎn)速不斷提高，噪聲呈現(xiàn)為階次提高狀態(tài)，其中第 23 階與 46 階噪聲最為明顯。結(jié)合階次跟蹤定理可知，23 階與 46 階噪聲為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 1 級(jí)減速器齒輪副的 1 倍與 2 倍，即在優(yōu)化過程中，技術(shù)人員應(yīng)將電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器 1 級(jí)嚙合齒輪副處的噪聲優(yōu)化為主要工作內(nèi)容 [5]。
3.2.2 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱體振動(dòng)信號(hào)分析
在該次實(shí)驗(yàn)中，電驅(qū)動(dòng)箱各處振動(dòng)變化趨勢(shì)與加速度二者之間均存在正相關(guān)關(guān)系，即加速度越快，噪聲越大。
3.2.3 25Nm 加速工況測(cè)試結(jié)果
M1 與 M2 均存在非常明顯的階次噪聲，且第 23 階與 46 階為噪聲發(fā)生變化的主要區(qū)域。結(jié)合測(cè)試結(jié)果與階次跟蹤定理可知，為降低階次噪聲對(duì)減速器運(yùn)行的影響程度，在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器運(yùn)行期間，技術(shù)人員可以通過優(yōu)化第二季減速器齒輪來提高傳遞準(zhǔn)確率，以此來降低誤差。
展開 一種同軸式電驅(qū)橋減速器的開發(fā)
電驅(qū)橋總成一般包括電機(jī)、減速器、橋管、半軸等主要部件。考慮體積、成本和可靠性等因素，將電機(jī)與減速器同時(shí)集成在電驅(qū)橋上是目前的趨勢(shì)。
目前市場(chǎng)上的大多數(shù)電驅(qū)橋減速器為偏軸式（展開式）減速器，采用定軸式圓柱齒輪的兩級(jí)減速結(jié)構(gòu)，其電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸相對(duì)輸出軸（差速器）的中心線是偏置布置的（如圖1）。這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)時(shí)間比較早，工藝相對(duì)成熟，但是無法解決電機(jī)偏置所帶來的問題：
圖1 采用偏軸式減速器的電驅(qū)橋結(jié)構(gòu)圖
減速器的徑向尺寸較大，影響電動(dòng)車輛的整車布置，特別是影響動(dòng)力電池或電機(jī)控制器的安裝空間。
由于電機(jī)重量較大，電機(jī)偏置懸掛會(huì)導(dǎo)致橋體上的彈簧座板承受額外的傾覆力矩，導(dǎo)致電驅(qū)橋在車輛運(yùn)行過程中出現(xiàn)低頻抖動(dòng)，產(chǎn)生額外噪聲，影響駕駛舒適性。
電機(jī)軸與減速器輸入軸在進(jìn)行花鍵耦合時(shí)，容易由于內(nèi)外花鍵不同心而引起可靠性問題和NVH問題。
以上亟需解決的難題，關(guān)鍵點(diǎn)就在于減速器上。而采用同軸減速器結(jié)構(gòu)的電驅(qū)橋，因其結(jié)構(gòu)緊湊，在電動(dòng)汽車上應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，能較好地解決上述問題。
在現(xiàn)有技術(shù)中的同軸式電驅(qū)橋大部分為行星齒輪減速結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)较蚝洼S向尺寸都控制的較好，是電驅(qū)橋中結(jié)構(gòu)最緊湊的設(shè)計(jì)之一。但行星減速用的內(nèi)齒圈制造難度大，而且行星齒輪需求數(shù)量多，總的成本高，在同樣動(dòng)力下至少是普通定軸式齒輪兩倍以上的成本，所以不能夠很好的廣泛運(yùn)用。
有鑒于此，某公司設(shè)計(jì)研發(fā)了一種采用定軸式圓柱齒輪作同軸減速器的電驅(qū)橋總成，這種結(jié)構(gòu)讓電機(jī)總成和差速器總成實(shí)現(xiàn)了同軸居中，由于這兩部分合起來的重量在電驅(qū)橋上占比最大的，保證了重心基本居中。另外，定軸式齒輪的生產(chǎn)廠家比較多，工藝成熟且產(chǎn)量大。因此，這種同軸式電驅(qū)橋不僅解決了偏軸式電驅(qū)橋的上述缺點(diǎn)，又比行星式同軸橋具有更好成本優(yōu)勢(shì)。
展開 基于simsolid平臺(tái)的主減速器殼體 模態(tài)與強(qiáng)度計(jì)算
目錄
一 背景... 3
二 技術(shù)參數(shù)及邊界條件... 3
2.1 CAD模型... 3
2.2等效載荷... 4
三 建模... 4
3.1 材料參數(shù)... 4
3.2 接觸處理... 5
3.3 載荷及約束... 6
3.3.1 載荷... 6
3.3.2 約束... 8
四 結(jié)果分析... 8
4.1 模態(tài)頻率與振型... 9
4.2 強(qiáng)度... 10
五 結(jié)論與建議... 12
一 背景
主減速器殼體作為減速器的承載結(jié)構(gòu)，殼體性能優(yōu)劣對(duì)減速器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到至關(guān)重要作用。汽車行駛過程中，造成減速器殼體失效的原因主要分為兩個(gè)方面，一方面殼收到機(jī)械負(fù)荷和沖擊載荷的共同作用，產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致破裂失效；另一方面，從發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪的動(dòng)力傳輸過程中產(chǎn)生的激勵(lì)，導(dǎo)致不同部件間產(chǎn)生耦合振動(dòng)，進(jìn)而引起共振失效。
因此，有必要對(duì)減速器殼體進(jìn)行固有頻率計(jì)算以及強(qiáng)度分析。
二 技術(shù)參數(shù)及邊界條件
2.1 CAD模型
主減速器三維模型
圖2.1：主減速器模型
減速器殼體各部件規(guī)格如下表所示：
2.2等效載荷
根據(jù)某車型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取1350Nm作為主減速器輸入軸扭矩。將輸入軸扭矩轉(zhuǎn)換成每個(gè)軸承外圈上的均布載荷。考慮到減速箱殼體的實(shí)際裝配工況，強(qiáng)度分析加載螺栓軸向預(yù)緊力，M10螺栓加載27600N，M8螺栓加載17300N。
主減速器殼體的受力主要是主動(dòng)齒輪大小端軸承和兩個(gè)差速器軸承，而軸承與殼體之間是過盈配合。故可以在軸承外圈上加載均布載荷,以此等效替代軸1350Nm輸入軸扭矩，如圖3.3所示。
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