通过构建NGW(Planetary Gear Reducer，NGW)型行星齿轮系统模型，并使用SolidWorks 软件进行三维实体建模及网格划分，设定边界条件以模拟实际工作状态，最后通过模态分析探讨了系统的振动特性。
行星齿轮系统在低频范围内主要表现为径向位移，高频区域则涉及耦合变形现象。
引 言
在全球能源转型与环保需求攀升的大趋势下，新能源重型车产业蓬勃发展，其轮边减速器作为核心传动部件，对车辆整体性能至关重要。
此部件在复杂工况下需实现稳定减速增扭，确保车辆动力输出可靠、行驶安全高效，其动力学特性直接关乎车辆运行寿命与驾乘体验，构成该研究的核心背景。
研究目的在于深度剖析新能源重型车轮边减速器动力学特性，精准掌握其在多工况下的运行规律及性能表现，借由优化设计提升其稳定性、可靠性与耐久性，为车辆传动系统集成创新筑牢根基、开辟路径。
当前，虽轮边减 速器研究已获进展，但新能源重型车应用场景多元复杂，既有成果难以全面满足需求。
因此，本文研究精准揭示动力学特性可填补理论空白，为产品设计、性能预测及优化提供科学依据，提升新能源重型车动力传动系统的协同适配性与整体性能。
借由优化设计与寿命延长同时降低成本、减少维护频次，增强产品市场竞争力与用户满意度，有力推动新能源重型车产业技术革新与可持续发展，为绿色交通体系建设注入强劲动力，在行业发展进程中发挥关键引领与支撑作用。
轮边减速器结构设计
设备基本结构设计：轮边减速器作为车桥的关键组件，负责在恶劣环境下实现最后一级减速和增扭功能。鉴于其工作环境的严酷性以及需要在有限空间内为驱动轮提供充足的载荷，轮边减速器基本结构如图1所示。
太阳轮位于中心位置，周围环绕着多个行星轮进行旋转运动，从而实现功率的有效分配。
每个行星轮承担相对较小的部分负荷，这样的分布有助于平衡惯性力的作用，并且增加了啮合齿的数量，进而提高了整个系统运行过程中的稳定性、抗冲击性能及减振效果。
此外，外圈采用了内啮合的方式，这不仅显著增强了减速器的承载能力，同时也有效地缩小了整体体积，使得即使在紧凑的空间条件下也能输出较大的扭矩，很好地满足了新能源重型车辆对于复杂工况下高负荷需求的挑战，确保了车桥系统的稳定高效运作，以适应各种复杂多变的道路条件。
图1 轮边减速器基本结构
轮边减速器模型建构：以NGW型行星齿轮系统为对象，构建新能源重型车辆轮边减速器动力学特性分析模型，其模型结构如图2所示。
其中太阳轮(齿数为24、齿宽为90mm、20CrMnTi材质，密度为7860 kg/m3 ，泊松比为0.29)、三个行星轮(齿数为36，齿宽为90mm，材料为20CrMnTi)、中心齿圈(齿数为96，齿宽为90mm，材料为40Cr，密度为7850kg/m3，泊松比为0.28)、销轴与转架为45号钢(密度为7850kg/m3，弹性模量为200GPa，泊松比为0.3)省略非关键件。
图2 轮边减速器模型结构
用SolidWorks建三维实体模型(转架466mm×250mm、销轴 90mm×250mm)，经装配确定啮合关系，设置齿轮接触对(外啮合太阳轮与行星轮、内啮合行星轮与齿圈等接触定义及摩擦系数)和销轴与转架接触关系，
对非关键部件自由网格划分，齿轮齿面六面体网格划分，箱体有199061个节点、122 988 个单元，行星架有154676个节点、98732个单元，其网格划分细节如图3所示，并设置边界条件(太阳轮等转动约束、输入转速及转矩设置、中心齿圈固定)。
图3 网格细节划分
行星齿轮系统动力学计算
在行星齿轮系统动力学计算中，公式是精确描述系统行为的关键数学工具。如太阳轮在X方向的动力学微分方程为：
式中：ms为太阳轮质量，其数值依据材料密度与几何尺寸精确测定;cs，x为太阳轮X方向支撑阻尼，通过专业阻尼测试设备获取;ks，x为太阳轮X方向支撑刚度;Fsp，i为太阳-行星齿轮副啮合力，由弹性力和阻尼力构成，依据齿轮啮合原理及力学分析精确计算;
λsp，i为太阳轮相对于第i个行星轮所处位置角度，依齿轮几何布局与运动关系精确推导得出;μ为摩擦系数，由大量实验数据统计分析确定，无量纲;x2s、x1s、xs 分别为太阳轮质心在X方向的加速度、速度与位移，通过高精度传感器测量或基于动力学模型严密计算得出。
此方程精准刻画太阳轮在X方向受力与运动的复杂动态平衡关系。行星齿轮系统模态分析中的特征方程：
式中：K为刚度矩阵，由各齿轮及构件的刚度参数依据系统结构拓扑关系精确组建;M为质量矩阵，依据各构件质量特性及分布状况严格构建;w为系统固有频率;A为振幅向量，其元素对应系统各阶模态振幅，由方程求解与归一化处理精确确定。
轮边减速器动力学特性
如图4所示的模态振型云图分析，行星齿轮系统在低阶振动(即前10阶)时，主要表现为沿着径向的振动变形特性。
随着振动阶次的提高，特别是在第10~第12阶的高阶振动模式中，观察到了扭转变形与径向变形相结合的复杂振动形态。
这一现象揭示了，在低频振动范围内，行星齿轮系统的动态行为主要体现为沿径向的位移变化;而在高频区域，则更多地呈现出耦合变形的特征，即同时涉及多种变形模式的复合效应。
图4 模态振型云图(单位：mm)
为了深入探究疲劳点蚀对行星齿轮固有特性的影响，分别针对未受损状态及存在点蚀缺陷的系统进行了详细的模态分析。通过这一过程，绘制出了相应的固有频率及其振幅变化曲线，如图5所示。
图5 行星齿轮系统模态对比
从图5所得数据中可以观察到，在某些特定阶次下，例如第4阶和第8阶时，当考虑点蚀效应后，系统的固有频率出现了较为明显的变化。
从整体趋势来看，无论是在未考虑还是已考虑点蚀影响的情况下，随着模态阶数的增长，行星齿轮系统的固有频率均呈现出逐渐升高的趋势。
尽管局部损伤可能会引起特定频率范围内的波动，但总体上，行星齿轮结构的基本振动特性仍然遵循着一定的规律性。
此外，通过对这些曲线的分析还可以进一步揭示出电蚀对于整个传动系统稳定性的潜在影响程度，为后续的设计优化提供理论依据。
当引入点蚀因素后，虽然低阶模态下固有频率略有提升，但对于更高阶数而言，这种差异变得不那么明显，疲劳点蚀对于整个行星齿轮系统的固有频率影响有限。
结 论
新能源重型车轮边减速器的动力学特性对于确保车辆在多变工况下的可靠性与效率至关重要。本文通过深入分析，得出以下结论：
1)通过对轮边减速器进行动力学模拟与实验验证，明确了其在复杂工况下的动态响应特性。行星齿轮系统在低频范围内主要表现为径向位移，而在高频区域则更多地涉及耦合变形现象。
2)基于动力学分析结果，提出了针对轮边减速器结构设计的优化建议。通过改进齿轮副啮合方式和调整支撑刚度，可以有效提升系统的抗振性能和稳定性，延长使用寿命。
3)分析了新型材料与先进制造工艺在轮边减速器中的应用潜力，指出通过采用高性能材料和精密加工工艺，可以进一步提升减速器的承载能力和耐久性。
未来的研究方向可以从以下几个方面展开：
1)结合物联网和大数据技术，开发智能监测系统，实时跟踪轮边减速器的运行状态，预测潜在故障，从而实现主动维护和提高运营效率。
2)考虑到新能源重型车在不同地理位置和气候条件下的广泛应用，未来应深入研究轮边减速器在极端环境下的适应性和可靠性，以满足更为严苛的应用需求。
参考文献：略
作者简介：唐军仓(1981—)，男，陕西宝鸡人，本科，毕业于国家开放大学机械设计制造及其自动化专业，从事高精度齿轮工艺开发 工作。