• 中国科技核心期刊
  • JST收录期刊
  • Scopus收录期刊
  • DOAJ收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

定轴式三分支齿轮传动系统均载特性试验研究

严海 杨圣 文立华 孟凡明 曹浩

严海, 杨圣, 文立华, 等. 定轴式三分支齿轮传动系统均载特性试验研究[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(6): 1-9 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0085
引用本文: 严海, 杨圣, 文立华, 等. 定轴式三分支齿轮传动系统均载特性试验研究[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(6): 1-9 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0085
YAN Hai, Yang Sheng, WEN LiHua, Meng Fanming, Cao Hao. Experimental study on load sharing characteristics of fixed axis tri-branching gear transmission system[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0085
Citation: YAN Hai, Yang Sheng, WEN LiHua, Meng Fanming, Cao Hao. Experimental study on load sharing characteristics of fixed axis tri-branching gear transmission system[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0085

定轴式三分支齿轮传动系统均载特性试验研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0085
基金项目: 国家重点研发计划(No.2022YFB4201100).
详细信息
    作者简介:

    严海:严 海(1984-), 男, 博士, 高级工程师, 主要研究方向为总体结构设计与振动噪声控制

  • 中图分类号: TH132.41; U664.21

Experimental study on load sharing characteristics of fixed axis tri-branching gear transmission system

  • 摘要: 针对目前齿轮传动系统均载特性试验未考虑齿侧间隙、轴偏心角等加工和安装误差等对均载特性的影响, 文中以定轴式功率三分支齿轮传动系统为研究对象, 搭建了齿轮传动系统均载特性试验台, 试验台设计中, 通过在轴承座处加装薄垫片实现齿侧间隙的精准调整, 通过定制偏心套结构实现轴偏心角度的可控调节。为探究均载特性的影响规律, 测试了不同工况下分流级与汇流级中心轮的齿根应力, 并采用温度补偿应变片消除温度干扰对测试精度的影响, 重点分析了负载、齿侧间隙及轴偏心角度与均载特性的关联关系。研究结果表明: 汇流级齿轮的均载特性优于分流级; 两级齿轮的均载效果均随载荷增大而提升; 轴偏心角度对齿轮均载特性的影响显著。

     

  • 图  1  三分支齿轮传动系统

    Figure  1.  Tri-branching gear transmission system

    图  2  试验台功能结构图

    Figure  2.  Functional structure diagram of the test bench

    图  3  均载试验实物图

    Figure  3.  Physical drawing of load sharing test

    图  4  基齿厚法调整齿侧间隙原理图

    Figure  4.  Schematic diagram of tooth side clearance adjustment by base tooth thickness method

    图  5  偏心套安装示意图

    Figure  5.  Installation diagram of eccentric sleeve

    图  6  偏心套安装角度与轴偏心角度关系图

    Figure  6.  Relationship between eccentric sleeve installation angle and shaft eccentric angle

    图  7  分流级太阳轮应变片位置

    Figure  7.  Position of strain gauge of split stage sun gear

    图  8  应变片静态标定图

    Figure  8.  Static calibration diagram of strain gauge

    图  9  静态标定试验扭矩-应变图

    Figure  9.  Torque strain diagram for static calibration test

    图  10  均载系数随扭矩变化图

    Figure  10.  Variation diagram of load sharing coefficient with torque

    图  11  均载系数随齿侧间隙变化图

    Figure  11.  Variation of load sharing coefficient with backlash

    图  12  均载系数随偏心套周向安装位置变化图

    Figure  12.  Variation of load sharing coefficient with the circumferential installation position of eccentric sleeve

    表  1  齿轮参数表

    Table  1.   Parameters of gears

    齿轮 模数mn /mm 齿数z 螺旋角β / ° 齿宽B /mm 变位系数x
    z1 2.5 50 16 33 0.144
    z2i 2.5 62 16 33 0
    z3i 3.0 23 16 40 0
    z4 3.0 71 16 40 −0.224
    下载: 导出CSV

    表  2  参试设备型号及参数表

    Table  2.   Model and parameters of test equipment

    名称型号参数
    动态应变测量仪CT931616通道; 采样频率20 kHz
    导电滑环H75158-12-B039412通道; 额定电流5 A;
    转速5 000 r/min
    应变片CHENGTEC120-2AA灵敏度系数 2.0±1%;
    动态响应频率范围 0~100 kHz
    扭矩转速功率仪CYT-30B与转速扭矩传感器CYT-302配套使用
    转速扭矩传感器CYT-302最大转速6 000 r/min;
    最大扭矩3 000 N·m
    电动机YVF2-225M-2电压380 V; 额定功率45 KW;
    频率范围50~100 Hz
    磁粉制动器CZ-40额定转矩400 N·m
    变频器V780额定功率55 KW
    梅花弹性联轴器XL9-3/ XL13-1转矩1 950 N·m, 转速4 750 r/min
    DJM09-1转矩3 328 N·m, 转速9 000 r/min
    下载: 导出CSV

    表  3  太阳轮应变片布置位置表

    Table  3.   Layout of strain gauges for sun gear

    通道编号 轮齿所属
    太阳轮
    所在轮
    齿编号
    应变
    片组
    应变片
    角度
    1分流级
    太阳轮
    1[A1 a1]
    218[A2 a2]120°
    334[A3 a3]240°
    4汇流级
    太阳轮
    1[B1 b1]
    525[B2 b2]120°
    649[B3 b3]240°
    下载: 导出CSV
  • [1] 余放, 王明为. 船舶减速装置的加工与设计[M]. 北京: 国防工业出版社, 2009.
    [2] HEATH G F, BOSSLER R B. Advanced rotor craft transmission(ART) program-final report: NASA CR-191057, ARL-CR-4[R]. Washington: NASA, 1993.
    [3] KISH J G. Sikorsky aircraft advanced rotor craft transmission(ART) program-final report: NASA CR-191079, ARL-CR-49[R]. Washington: NASA, 1993.
    [4] 张多丽, 周建星, 王海伟, 等. 偏心误差对分扭-并车齿轮传动系统均载性能的影响[J]. 机械传动, 2024, 48(11): 16-22. doi: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.11.003

    ZHANG D L, ZHOU J X, WANG H W, et al. Influence of eccentricity errors on load sharing performance of the split torque and the power confluence gear transmission system[J]. Journal of mechanical transmission, 2024, 48(11): 16-22. doi: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.11.003
    [5] 李旺, 赵宁, 蔺彦虎, 等. 同轴面齿轮分扭传动的动态均载特性[J]. 西安交通大学学报, 2020, 54(9): 109-116. doi: 10.7652/xjtuxb202009012

    LI W, ZHAO N, LIN Y H, et al. Dynamic load sharing characteristics of the concentric torque split face gear transmission[J]. Journal of Xi’an Jiaotong university, 2020, 54(9): 109-116. doi: 10.7652/xjtuxb202009012
    [6] 林何, 王三民. 参数对分扭-并车齿轮传动系统动载和均载特性的影响[J]. 机械传动, 2019, 43(5): 18-22. doi: 10.16578/j.issn.1004.2539.2019.05.004

    LIN H, WANG S M. Influence of parameter on dynamic load and load sharing characteristic of split torque-combine power gear transmission system[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2019, 43(5): 18-22. doi: 10.16578/j.issn.1004.2539.2019.05.004
    [7] 靳广虎, 高鹏, 周镇宇, 等. 两次载荷分流齿轮传动构型的静力学均载特性[J]. 航空动力学报, 2020, 35(10): 2104-2114.

    JIN G H, GAO P, ZHOU Z Y, et al. Static load sharing characteristic of twice load split gear transmission configuration[J]. Journal of Aerospace Power, 2020, 35(10): 2104-2114.
    [8] ZSCHIPPANG H A, LANZ N, KUCUK A K, et al. Face-gear drive: assessment of load sharing, transmission characteristics and root stress based on a quasi-static analysis[J]. Mechanism and Machine Theory, 2020, 151: 103914. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2020.103914
    [9] HU Z H, TANG J Y, WANG Q S, et al. Investigation of nonlinear dynamics and load sharing characteristics of a two-path split torque transmission system[J]. Mechanism and Machine Theory, 2020, 152: 103955. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2020.103955
    [10] 姚澜, 赵兵, 徐景文, 等. 功率分流式齿轮系统均载特性影响因素分析[J]. 制造业自动化, 2016, 38(9): 50-53. doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2016.09.014

    YAO L, ZHAO B, XU J W, et al. Influence factor analysis of load sharing characteristic of power split gear system[J]. Manufacturing automation, 2016, 38(9): 50-53. doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2016.09.014
    [11] DONG H, ZHANG H Q, ZHAO X L, et al. Study on the load sharing characteristics of face-gear four-branching split torque transmission system[J]. Advances in Mechanical Engineering, 2021, 13(4): 1-15.
    [12] 周建星, 董海军. 基于非线性动力学的行星传动均载性能分析[J]. 机械科学与技术, 2008, 6: 808-811. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2011.04.026

    ZHOU J X, DONG H J. On load sharing characteristic of planetary gear system based on nonlinear dynamics[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2008, 6: 808-811. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2011.04.026
    [13] AYDOĞAN M Ö, SARIBAY Z B, ÖZGUVEN H N. Non-linear dynamic modeling and analysis of split-torque face gear drive systems[J]. Journal of Vibration and Acoustics, 2023, 145(3): 031003. doi: 10.1115/1.4056632
    [14] GONG F, ZHU R P, WANG Q B. Dynamics modeling and load sharing performance optimization of concentric face gear split torque transmission systems[J]. Applied Sciences 2023: 13(7): 4352.
    [15] KRANZ T L, Delgado I R. Experimental study of split-path transmission load sharing: NASA TM-107202 [R]. Washington: NASA, 1996.
    [16] 谭援强, 胡聪芳, 张跃春, 等. 封闭差动行星齿轮箱动态均载性能试验研究[J]. 机械工程学报, 2016, 52(9): 28-35.

    TANG Y Q, HU C F, ZHANG Y C, et al. Testing research on dynamic load sharing performance of encased differential planetary gearbox[J]. Journal of Mechanical Engineering 2016; 52(9): 28-35.
    [17] 靳朝举. 风电齿轮箱行星结构动态均载测试方法研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2014.
    [18] 吴样洋. 多级斜齿行星齿轮传动系统动力学研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2016.
    [19] 王怀宾. 大功率风电组行星均载特性的试验研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2017.
    [20] 杨望. 多柔性支撑行星齿轮传动系统动态均载研究[D]. 重庆: 重庆交通大学, 2018.
    [21] 黎康康, 张保松, 靳国忠, 等. 行星传动齿轮箱均载特性影响试验研究[J]. 现代制造工程, 2019, 2: 87-94. doi: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2019.02.016

    LI K K, ZHANG B S, JIN G Z, et al. Experimental study on the influence of load sharing characteristics of planetary transmission gearbox[J]. Modern Manufacturing Engineering, 2019, 2: 87-94. doi: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2019.02.016
    [22] 陈振. 单级人字齿轮行星传动系统动力学特性试验研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017.
    [23] 胡升阳, 沈刚, 方宗德, 等. 行星传动系统均载与动载系数试验测量改进设计[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2024, 45(2): 359-366.

    HU S Y, SHEN G, FANG Z D, et al. Improvement and design of an experimental measurement method for load sharing coefficient and dynamic load factor of a planetary transmission system[J]. Journal of Harbin Engineering University 2024, 45(2): 359-366.
    [24] 靳广虎, 高鹏, 严岳胜, 等. 刚度和齿隙对功率分流传动系统均载特性影响的敏感度分析[J]. 中南交通大学(自然科学版), 2021, 5(4): 1149-1159. doi: 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.04.012

    JIN G H, GAO P, YAN Y S, et al. Sensitivity analysis of influence of stiffness and backlash on load sharing characteristics of power split drive system[J]. Journal of Central South University(Science and technology), 2021, 5(4): 1149-1159. doi: 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.04.012
  • 加载中
图(12) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  2
  • HTML全文浏览量:  2
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-07-05
  • 修回日期:  2025-08-05
  • 录用日期:  2025-08-18
  • 网络出版日期:  2025-12-01

目录

    /

    返回文章
    返回
    服务号
    订阅号