行星差动齿轮箱速比及功率分配计算

陈华平，冯仲，刘小刚，杨胜，郭宗礼

（陕西秦川机床工具集团有限公司，陕西 宝鸡 721009）

行星差动齿轮箱速比及功率分配计算

陈华平，冯仲，刘小刚，杨胜，郭宗礼

（陕西秦川机床工具集团有限公司，陕西 宝鸡 721009）

本文以Maag DPPV风电行星差动齿轮机构为例，使用Romax软件建立了此行星差动齿轮机构的虚拟样机模型，验证了行星差动机构传动比与功率分流的内在规律，同时建立的Romax模型为后续系统分析齿轮箱的可靠性提供了基础，这也为行星差动齿轮机构的分析提供了一条新途径。

行星差动齿轮箱；传动比；功率分流；Romax

0 引言

行星差动齿轮机构广泛应用于石油化工、工程机械、造纸、污水处理、风电和航空航天等领域，其速比计算、功率分配是设计的重要内容，但是现存的手册、文献对其计算资料很少。根据相关论文论述[1-2]，行星差动机构传动比与功率分流的内在规律为：行星差动机构的传动比等于各功率流单独流经路线上行星机构的传动比之和；功率流的百分比为该支路传动比与总传动比的比值。此论述的计算方法简单快捷，从而缩短了布置概念方案设计的时间，提高了设计效率。本文以Maag DPPV风电行星差动齿轮箱为例，利用论文论述很容易列出了此机构的传动比及功率分流公式；然后利用Romax软件建立虚拟样机模型，通过仿真分析,求得齿轮装置的输出转速与传动比，以及功率分流比例，验证了此论述的正确性；同时建立的Romax模型也为后续系统分析整个齿轮箱提供了基础。

1 Maag DPPV行星差动齿轮机构结构简述

Maag DPPV行星差动齿轮机结构如图1所示。

za1：第一级太阳轮齿数；zb1：第一级行星轮齿数；zc1：第一级内齿圈齿数；

za2：第二级太阳轮齿数；zb2：第二级行星轮齿数；zc2：第二级内齿圈齿数；

z1：平行级小齿轮轮齿数；z2：平行级大齿轮轮齿数。

一级行星架、二级齿圈同时输入，二级行星架固定，一级齿圈与二级太阳轮固联，一级太阳轮输出后与平行级大齿轮固联，平行级小齿轮总输出。

2 Maag DPPV行星差动齿轮机构传动比、功率分流比例计算

2.1 传动比和功率分流公式

根据相关论文论述[1-2]，Maag DPPV行星差动齿轮机构行星级可以等效成如图2所示的行星轮系。

行星系速比和功率流百分比公式为：

2.2 实例计算

已知：齿轮箱输入转速n=15.7rpm，P=3299.71KW

将数值代入公式（1）（2）（3）中，得 ：

一级行星系功率流百分比=27.404%

二级行星系功率流百分比=72.596%

其中，平行级速比[3]

3 行星差动齿轮机构建模及仿真分析

3.1 RomaxDesigner软件介绍

RomaxDesigner是目前较完整的轴承、齿轮、齿轮箱和机械传动系统仿真机产品设计与分析软件，目前已成为齿轮传动领域的行业标准。广泛应用于汽车、船舶、风力发电、工程机械、轴承设计以及航空航天等领域的齿轮传动系统设计。

图1 Maag DPPV行星差动齿轮机结构简图

图2 等效结构图

3.2 齿轮机构建模

图3所示为根据Maag DPPV行星差动齿轮机构结构简图建立的Romax虚拟样机模型，模型中建立了两级行星和一级平行轴。

Maag DPPV行星差动齿轮机构的运行工况的初始工况为：输入转速为15.7rpm，输入功率为3299.71kw，动力输入为一级行星架。在RomaxDesigner软件中将初始工况作为一个载荷谱，运行虚拟样机模型，分析后完成的界面如图4所示。

4 仿真结果分析

从图5中可以看出：一级传递功率=1st carrier shaft DW+1st carrier shaft UW；

二级传递功率=1st carrier rigid link left+1st carrier rigid link right。

相关论文论述计算的速比及功率分流百分比与Romax仿真数值比较如表1所示。

从表1中可以清楚得出，相关论文所推导的转速计算值、功率分流百分比与仿真分析值是一致的，并且转向结果与实际情况是符合的。

5 结论

（1）通过实例计算，论文论述与Romax软件仿真在转速和传动比，以及功率分流百分比完全一致，从而验证了论文论述是完全正确的；

（2）利用论文论述中的公式计算速比和功率分流，非常简单明了，具有很好的实用性。根据笔者的经验，可以利用相关论述的公式，对概念设计方案排布、齿轮参数的分配等能起到事半功倍的效果[4]；

表1 相关论文论述计算的速比及功率分流百分比与Romax仿真数值比较

图3 虚拟样机仿真模型

图4 工况运行完成界面

图5 功率分流计算报告图

（3）利用RomaxDesigner软件建立的虚拟仿真分析，各齿轮的运动情况十分清楚，比理论分析更容易判断工作状况，可为后续系统分析整个齿轮箱提供计算基础，这也为行星齿轮机构的分析提供了一条新途径。

[1]冯仲,等.复杂行星轮系传动比计算的简化法[J].机械传动,2012（3）:95-96.

[2]冯仲.行星差动轮系功率分流和传动比的内在规律及速算法[J].机械传动,2012（12）:111-113.

[3] 孙恒,陈作模.机械原理[M].北京:高等教育出版社,1995.

[4] 陈甲虎, 冯仲, 高进, 陈华平.行星差动结构风电增速箱传动比及功率分流计算分析[J].风能,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。

陈华平（1981-），男，硕士，陕西秦川机床工具集团江苏风电分公司技术员，主要从事齿轮箱设计工作。