摘要：本文主要针对工程机械动力分流型齿轮箱功率流展开分析，思考了工程机械动力分流型齿轮箱功率流的要求以及在具体的应用过程中如何提高应用效果，供参考。
关键词：工程机械，动力分流型，齿轮箱，功率流
前言
对于工程机械动力分流型齿轮箱功率流来说，一定要明确工程机械动力分流型齿轮箱功率流的要求，明确工程机械动力分流型齿轮箱功率流的具体的措施，提高其应用效果。
1、齿轮箱概述
随着风力发电在绿色发电领域的快速发展，尤其是在目前我国环境严重污染的大环境下，采取绿色、可持续的风电能源发展方向，是缓解我国能源配比，减少污染的必然选择。风电产业的蓬勃发展推动了该领域制造业同行的对比竞争。尤其是随着风电机组单机功率的不断扩展，使得齿轮箱在功率传递方式及结构设计方面不断的进行优化改进。
齿轮箱作为机组中最重要也是所占机组成本较大的部件，其成本大约是机组成本的17%左右，由于受到风载的变载冲击，以及极限风况、极端温度变化等因素的影响，齿轮箱故障占到机组故障总数已超40%，成为机组中最薄弱的一环。为提高机组运行可靠性，满足20年的设计寿命要求，除了加强对齿轮箱油液分析、前期故障监测分析以外，采用合适的功率传递方式及结构设计已成为亟待发展解决的问题。
近年来，为提高机组发电功率与发电效率，风电机组朝着提高单机容量，降低单位千瓦质量，提高机组利用率及提升系统可靠性的方向发展。为适合这种发展需求，就必然面临选择使用何种功率传递方式的齿轮箱。对此，本文列举了目前国内外几种功率传递方式的设计路线，分别介绍各设计特点，并比较分析各自的优缺点。
2、动力分流型齿轮箱简介
2.1动力分流形齿轮箱的参数与传动简图
本文以工程机械中常见的一种动力分流形齿轮箱为例，计算其传动比，为最终功率的分配提供计算的输入数据。一级：太阳轮12齿，行星37，齿圈87；二级：太阳轮18，行星26，齿圈69；三级：太阳轮21，行星轮24，齿圈69齿轮箱速比169.89。
2.2传动比计算
假设行星轮与内齿轮转动方向相同，根据齿轮啮合处节圆线速度相等，可列如下方程：
ωs1•Rs1=ωp1•Rp1+ωc1•Rs1（1）
ωr1•Rr1=ωp1•Rp1-ωc1•Rr1（2）
ωs2•Rs2=ωp2•Rp2+ωc2•Rs2（3）
ωr2•Rr2=ωp2•Rp2-ωc2•Rr2（4）
ωs3•Rs3=ωp3•Rp3+ωc3•Rs3（5）
ωr3•Rr3=ωp3•Rp3-ωc3•Rr3（6）
由于第三级行星架固定，3个内齿轮为一体有如下等式成立：
ωc3=0（7）
ωr3=ωr2=ωr1（8）
解式（1）～（6）可得：
传动比i=ωs1/ωr3=-169.89（负号代表输入与输出方向相反）
亦可根据式（1）～（6）得出各级传递的速比，由于篇幅所限省略。
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其中：ωc1-第一级行星架角速度；ωc2-第二级行星架角速度；ωc3-第三级行星架角速度；Rsn-第n级太阳轮节圆半径；Rpn-第n级行星轮节圆半径；Rrn-第n级内齿轮节圆半径。
3、功率分流
为实现齿轮箱承载能力最大时齿轮箱体积和重量最小，达到功率密度最大化的目的，设计公司采用了功率分流技术。在风电齿轮箱行业中，采用功率分流这一设计理念具有代表性的技术主要是MAAG和BOSCH。
MAAG设计采用了两级行星轮分流，第三级平行轴传动。Ⅱ级传动中的齿圈和I级传动中的行星齿轮由低速轴驱动。I级传动中输入扭矩经过分流，一部分分配到随低速轴转动的行星架。另一部分被分配到Ⅱ级传动的齿圈。在该传动中，行星架获得了31-35%的扭矩，Ⅱ级内齿圈则传递了其余65-69%的扭矩部分。
BOSCH齿轮箱设计与MAAG类似，不过其采用了三级行星一级平行轴的结构，特点是：第一，对第二级行星轮系的太阳轮和第三级行星轮系的内齿圈采用了浮动设计，更有利于整个齿轮箱的均载；第二，由于第二级和第三级行星传动的内齿圈与箱体分离，所以能有效减小齿轮箱传动所产生的振动；第三，通过功率分流很好的降低各个啮合齿轮副所传递的载荷，从而减小传动齿轮的尺寸，在同等尺寸条件下，该设计更有利于提高齿轮箱的容量，目前该结构主要应用于3MW及以上的风电齿轮箱中。
利用功率分流在两级传动中的差动特性，很好的降低了齿轮副的接触应力，从而实现功率密度的最大化。
4、减小齿轮传动载荷
4.1通过功率分流减小载荷
设计时尽管装置传递的设计载荷一般是已经给定的，但可以通过功率分流等型式减少每对啮合副传递的计算载荷。常见的风电增速箱及偏航、变桨减速器均采用行星齿轮传动等功率分流方式以降低计算载荷，减小齿轮箱的尺寸，提高功率密度。随着设计制造水平的提高，目前行星轮的个数逐渐增多，可达6、7个甚至更多。采用多行星轮结构时，必须采用良好的均载方式和精密的制造装配技术。
4.2通过均载技术提高啮合副之间载荷分配均匀性
功率分流是提高齿轮传动功率密度的最有效手段，这也是目前行星齿轮传动应用日益广泛的重要原因。由于设计分析技术和制造精度保证技术的限制，使得行星轮的个数不能过多，要增加行星轮个数必须首先解决均载问题，均载方法和均载机构设计成为行星齿轮传动设计技术的关键。传统行星齿轮传动多采用太阳轮均载，随着风电机组单机容量的逐渐增大，许多新的均载方式在风电齿轮箱设计制造中得以应用，如柔性销轴、长太阳轮轴、薄壁齿圈等。柔性销轴结构除保留常规的太阳轮浮动外，还采用柔性的行星齿轮轴结构，使得行星轮得以浮动，有效提高了均载效果，为采用更多的行星轮提供了可能。同时，这种结构还采用单臂行星架，大大减小了行星架的轴向尺寸，减轻了行星架的重量。传统的太阳轮均载方法通常采用鼓形齿联接，结构简单、技术成熟，但只能在一定程度上解决太阳轮与行星轮啮合的均载问题;柔性销轴技术使行星轮浮动，可同时解决内啮合和外啮合的载荷不均问题，但柔性销轴的制造难度较大，涉及到材料性能、结构设计、制造工艺等技术难题，目前国内尚未完全掌握。
4.3通过轮齿修形提高轮齿载荷分布均匀性
齿轮轮齿的修形包括齿形修形、螺旋线修形、对角修形及三维拓扑修形等。通过修形可以达到:1)改善齿面载荷分布，提高承载能力;2)减小传递误差，降低齿轮传动噪音;3)降低摩擦损失，提高传递效率等。特别是通过修形可以明显改善载荷在齿宽方向的分布，提高齿轮的承载能力。在GB/T 3480标准所有载荷修正系数中，齿向载荷分布系数Kβ是影响因素最多、计算最复杂的。轴系结构尺寸设计不合理、制造装配误差较大时，有可能出现不合理的、较大数值的Kβ。
结束语
综上所述，在工程机械动力分流型齿轮箱功率流方面，我们要更加清楚其应用的方法和应用的需求，针对工程机械动力分流型齿轮箱功率流的具体的方案，提出更好的措施。
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论文作者:郝继鹏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/13
标签：齿轮箱论文; 行星论文; 功率论文; 载荷论文; 齿轮论文; 机组论文; 风电论文; 《基层建设》2018年第17期论文;