(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 202210819739.X (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 徐州徐工矿业机 械有限公司 地址 221000 江苏省徐州市徐州经济技 术 开发区和平大道169号 (72)发明人 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　 (74)专利代理 机构 徐州市三联专利事务所 32220 专利代理师 张帅 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种矿用自卸车轮毂驱动单元概念设计方 法 (57)摘要 本发明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。 权利要求书2页 说明书6页 附图7页 CN 115130222 A 2022.09.30 CN 115130222 A 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。 6.根据权利要求5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。 7.根据权利要求5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： 所权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115130222 A 2述的MATLAB中fgoalat tain工具函数包括： 主程序： mai n， 界面程序： generalface1～4、 yhemptyparami nput， 界面数值传递 程序： next、 next1～4， 约束程序： co nfun、 para gear、 qiangdu、 qiangdu1～4， 目标函数程序： objfun， 输出程序： dispresult1。 8.根据权利要求7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 述约束程序分为几何约束条件和强度约束条件； 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； 强度约束条件 包含： 接触强度： 弯曲强度： 胶合强度： 9.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， 异形件和壳体进 行有限元导入， 添加测试载荷 谱， 经过分析计算， 得到齿轮、 花键和轴承安全系数， 为了得到 较准确的应力分析 结果， 对行星架、 内齿圈和输出齿圈进行有限元分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115130222 A 3