行星差動齒輪箱速比及功率分配計算

陳華平，馮仲，劉小剛，楊勝，郭宗禮

（陜西秦川機床工具集團有限公司，陜西 寶雞 721009）

行星差動齒輪箱速比及功率分配計算

陳華平，馮仲，劉小剛，楊勝，郭宗禮

（陜西秦川機床工具集團有限公司，陜西 寶雞 721009）

本文以Maag DPPV風(fēng)電行星差動齒輪機構(gòu)為例，使用Romax軟件建立了此行星差動齒輪機構(gòu)的虛擬樣機模型，驗證了行星差動機構(gòu)傳動比與功率分流的內(nèi)在規(guī)律，同時建立的Romax模型為后續(xù)系統(tǒng)分析齒輪箱的可靠性提供了基礎(chǔ)，這也為行星差動齒輪機構(gòu)的分析提供了一條新途徑。

行星差動齒輪箱；傳動比；功率分流；Romax

0 引言

行星差動齒輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于石油化工、工程機械、造紙、污水處理、風(fēng)電和航空航天等領(lǐng)域，其速比計算、功率分配是設(shè)計的重要內(nèi)容，但是現(xiàn)存的手冊、文獻對其計算資料很少。根據(jù)相關(guān)論文論述[1-2]，行星差動機構(gòu)傳動比與功率分流的內(nèi)在規(guī)律為：行星差動機構(gòu)的傳動比等于各功率流單獨流經(jīng)路線上行星機構(gòu)的傳動比之和；功率流的百分比為該支路傳動比與總傳動比的比值。此論述的計算方法簡單快捷，從而縮短了布置概念方案設(shè)計的時間，提高了設(shè)計效率。本文以Maag DPPV風(fēng)電行星差動齒輪箱為例，利用論文論述很容易列出了此機構(gòu)的傳動比及功率分流公式；然后利用Romax軟件建立虛擬樣機模型，通過仿真分析,求得齒輪裝置的輸出轉(zhuǎn)速與傳動比，以及功率分流比例，驗證了此論述的正確性；同時建立的Romax模型也為后續(xù)系統(tǒng)分析整個齒輪箱提供了基礎(chǔ)。

1 Maag DPPV行星差動齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡述

Maag DPPV行星差動齒輪機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

za1：第一級太陽輪齒數(shù)；zb1：第一級行星輪齒數(shù)；zc1：第一級內(nèi)齒圈齒數(shù)；

za2：第二級太陽輪齒數(shù)；zb2：第二級行星輪齒數(shù)；zc2：第二級內(nèi)齒圈齒數(shù)；

z1：平行級小齒輪輪齒數(shù)；z2：平行級大齒輪輪齒數(shù)。

一級行星架、二級齒圈同時輸入，二級行星架固定，一級齒圈與二級太陽輪固聯(lián)，一級太陽輪輸出后與平行級大齒輪固聯(lián)，平行級小齒輪總輸出。

2 Maag DPPV行星差動齒輪機構(gòu)傳動比、功率分流比例計算

2.1 傳動比和功率分流公式

根據(jù)相關(guān)論文論述[1-2]，Maag DPPV行星差動齒輪機構(gòu)行星級可以等效成如圖2所示的行星輪系。

行星系速比和功率流百分比公式為：

2.2 實例計算

已知：齒輪箱輸入轉(zhuǎn)速n=15.7rpm，P=3299.71KW

將數(shù)值代入公式（1）（2）（3）中，得 ：

一級行星系功率流百分比=27.404%

二級行星系功率流百分比=72.596%

其中，平行級速比[3]

3 行星差動齒輪機構(gòu)建模及仿真分析

3.1 RomaxDesigner軟件介紹

RomaxDesigner是目前較完整的軸承、齒輪、齒輪箱和機械傳動系統(tǒng)仿真機產(chǎn)品設(shè)計與分析軟件，目前已成為齒輪傳動領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、風(fēng)力發(fā)電、工程機械、軸承設(shè)計以及航空航天等領(lǐng)域的齒輪傳動系統(tǒng)設(shè)計。

圖1 Maag DPPV行星差動齒輪機結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 等效結(jié)構(gòu)圖

3.2 齒輪機構(gòu)建模

圖3所示為根據(jù)Maag DPPV行星差動齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖建立的Romax虛擬樣機模型，模型中建立了兩級行星和一級平行軸。

Maag DPPV行星差動齒輪機構(gòu)的運行工況的初始工況為：輸入轉(zhuǎn)速為15.7rpm，輸入功率為3299.71kw，動力輸入為一級行星架。在RomaxDesigner軟件中將初始工況作為一個載荷譜，運行虛擬樣機模型，分析后完成的界面如圖4所示。

4 仿真結(jié)果分析

從圖5中可以看出：一級傳遞功率=1st carrier shaft DW+1st carrier shaft UW；

二級傳遞功率=1st carrier rigid link left+1st carrier rigid link right。

相關(guān)論文論述計算的速比及功率分流百分比與Romax仿真數(shù)值比較如表1所示。

從表1中可以清楚得出，相關(guān)論文所推導(dǎo)的轉(zhuǎn)速計算值、功率分流百分比與仿真分析值是一致的，并且轉(zhuǎn)向結(jié)果與實際情況是符合的。

5 結(jié)論

（1）通過實例計算，論文論述與Romax軟件仿真在轉(zhuǎn)速和傳動比，以及功率分流百分比完全一致，從而驗證了論文論述是完全正確的；

（2）利用論文論述中的公式計算速比和功率分流，非常簡單明了，具有很好的實用性。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，可以利用相關(guān)論述的公式，對概念設(shè)計方案排布、齒輪參數(shù)的分配等能起到事半功倍的效果[4]；

表1 相關(guān)論文論述計算的速比及功率分流百分比與Romax仿真數(shù)值比較

圖3 虛擬樣機仿真模型

圖4 工況運行完成界面

圖5 功率分流計算報告圖

（3）利用RomaxDesigner軟件建立的虛擬仿真分析，各齒輪的運動情況十分清楚，比理論分析更容易判斷工作狀況，可為后續(xù)系統(tǒng)分析整個齒輪箱提供計算基礎(chǔ)，這也為行星齒輪機構(gòu)的分析提供了一條新途徑。

[1]馮仲,等.復(fù)雜行星輪系傳動比計算的簡化法[J].機械傳動,2012（3）:95-96.

[2]馮仲.行星差動輪系功率分流和傳動比的內(nèi)在規(guī)律及速算法[J].機械傳動,2012（12）:111-113.

[3] 孫恒,陳作模.機械原理[M].北京:高等教育出版社,1995.

[4] 陳甲虎, 馮仲, 高進, 陳華平.行星差動結(jié)構(gòu)風(fēng)電增速箱傳動比及功率分流計算分析[J].風(fēng)能,2012(6):100-102.

The Differential Planet Gear Box Speed Ratio and Power Allocation Calculation

Chen Huaping, Feng Zhong, Liu Xiaogang, Yang Sheng, Guo Zongli
(Shaanxi Qinchuan Machine Tool Group Co.,Ltd.,Baoji Shaanxi 721009,China)

Trough an example of Maag DPPV wind power planetary differential gear unit, this paper set up the virtual prototype model of planetary differential by Romax sottware ,verfying inherent law of transmission ratio and power flow in planetary differential gear unit. It also provided the basis for system analysis of the reliability of gearbox by setting up Romax model, also provided a new method for analysis of the planetary differential gear unit.

differential planet gear box; transmission ratio; power flow; Romax

TM614

A

1674-9219(2013)09-0100-04

2013-07-24。

陳華平（1981-），男，碩士，陜西秦川機床工具集團江蘇風(fēng)電分公司技術(shù)員，主要從事齒輪箱設(shè)計工作。