CN108959836B - 一种差动轮系传动效率的计算方法 - Google Patents

一种差动轮系传动效率的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种差动轮系传动效率的计算方法，它包括以下步骤：S1，获取差动轮系的相关数据；S2，计算行星架的角速度；S3，绘制差动轮系的功率流图；S4，绘制转化轮系的功率流图；S5，计算转化轮系中的输入功率；S6，计算功率流经过齿轮副的功率损失；S7，计算差动轮系的传动效率。本发明可快速简便计算差动轮系传动效率，计算方法简单，大大提高了计算的效率和准确性。

Description

一种差动轮系传动效率的计算方法
技术领域
本发明涉及齿轮轮系传动系统技术领域，具体地说是一种差动轮系传动效率的计算方法。
背景技术
差动轮系具有体积小，重量轻，传动比范围大，效率高和工作平稳等优点，此外，差动轮系可用于速度的合成与分解或用于变速传动，因此应用日益广泛。提高差动轮系传动效率能够提升产品的传动性能。因此，开展差动轮系传动效率研究具有重要的工程意义。
虽然差动轮系传动效率的计算方法较多，但目前的方法大部分较为繁琐和复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种差动轮系传动效率的计算方法，能够快速简便地计算差动轮系传动效率。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
本发明实施例提供的一种差动轮系传动效率的计算方法，所述差动轮系的结构包括机架、中心轮一、行星轮、中心轮二、行星架，功率由中心轮一和中心轮二分别输入，功率由行星架输出，其特征是，所述计算方法包括以下步骤：
S1，获取差动轮系的相关数据；
S2，计算行星架的角速度；
S3，绘制差动轮系的功率流图；
S4，绘制转化轮系的功率流图；
S5，计算转化轮系中的输入功率；
S6，计算功率流经过齿轮副的功率损失；
S7，计算差动轮系的传动效率。
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S1中，所述差动轮系的相关数据包括：中心轮一角速度w1、中心轮一齿数Z1、中心轮二角速度w3、中心轮二齿数Z3、中心轮一输入功率P1、中心轮二输入功率P2、中心轮一与行星轮组成的齿轮副的啮合效率η1、行星轮与中心轮二组成的齿轮副的啮合效率η2。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S2的具体过程为：通过式(1)所示的行星架角速度计算公式计算得到行星架角速度wH，
Figure BDA0001816586630000021
式中，wH为行星架角速度，Z1为中心轮一齿数，w1为中心轮一角速度，Z3为中心轮二齿数，w3为中心轮二角速度。
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S3中，绘制差动轮系功率流图的具体过程为：
差动轮系中的构件用带圆圈的阿拉伯数字表示，齿轮副用
Figure BDA0001816586630000022
和
Figure BDA0001816586630000023
符号表示，功率流值不为0的构件之间的功率流方向用带箭头的实线表示，功率流值在实线上进行标注，功率流值为0的构件之间用实线连接，0值在实线上进行标注，输入功率一路经过中心轮一，经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副，经过行星轮，另一路经过中心轮二，经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副，经过行星轮，在行星轮处汇流，汇流功率经过行星架，输出差动轮系，最终形成差动轮系功率流。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S4的具体过程包括以下步骤：
S41，给差动轮系加上一个与行星架角速度大小相等方向相反的附加转动得到转化轮系，原差动轮系中的机架成为转化轮系的活动构件，原差动轮系中的行星架成为转化轮系的机架；
S42，绘制转化轮系的功率流图：转化轮系中的构件用带圆圈的阿拉伯数字表示，齿轮副用
Figure BDA0001816586630000034
和
Figure BDA0001816586630000032
符号表示，功率流值不为0的构件之间的功率流方向用带箭头的实线表示，功率流值在实线上进行标注，功率流值为0的构件之间用实线连接，0值在实线上进行标注，输入功率一路经过中心轮一，经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副，经过行星轮，另一路经过中心轮二，经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副，经过行星轮，在行星轮处汇流，输出转化轮系，最终形成转化轮系功率流。
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S5中，计算转化轮系中的输入功率的具体过程为：
通过转化轮系中中心轮一的输入功率计算公式、转化轮系中中心轮二的输入功率计算公式计算得到转化轮系中中心轮一的输入功率P1 H、转化轮系中中心轮二的输入功率P2 H。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述转化轮系中中心轮一的输入功率计算公式为：
Figure BDA0001816586630000033
式中，P1 H为转化轮系中中心轮一的输入功率，w1为中心轮一角速度，wH为行星架的角速度，P1为中心轮一输入功率。
所述转化轮系中中心轮二的输入功率计算公式为：
Figure BDA0001816586630000041
式中，P2 H为转化轮系中中心轮二的输入功率，w3为中心轮二角速度，wH为行星架的角速度，P2为中心轮二输入功率。
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S6中，计算功率流经过齿轮副的功率损失的具体过程为：
通过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失计算公式、行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失计算公式计算得到功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失L1、功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失L2。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失计算公式为：
L1＝(1-η1)P1 H (4)
式中，L1为功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失，P1 H为转化轮系中中心轮一的输入功率，η1为中心轮一与行星轮组成的齿轮副的啮合效率；
所述行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失计算公式为：
Figure BDA0001816586630000042
式中，L2为功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失，P2 H为转化轮系中中心轮二的输入功率，η2为行星轮与中心轮二组成的齿轮副的啮合效率。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S7的具体过程为：
通过式(6)所示的差动轮系传动效率计算公式计算得到差动轮系的传动效率η，
Figure BDA0001816586630000051
式中，η为差动轮系的传动效率，P1为中心轮一输入功率，P2为中心轮二输入功率，L1为功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失，L2为功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失。本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明实施例技术方案的一种差动轮系传动效率的计算方法，根据差动轮系的结构，计算行星架的角速度，绘制差动轮系的功率流图，绘制转化轮系的功率流图，计算转化轮系中的输入功率，计算功率流经过齿轮副的功率损失，计算差动轮系的传动效率。本发明可快速简便计算差动轮系传动效率，计算方法简单，大大提高了计算的效率和准确性。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种差动轮系传动效率的计算方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种差动轮系的传动原理图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种差动轮系功率流图的示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种转化轮系功率流图的示意图；
图2中符号表示：0、机架，1、中心轮一，2、行星轮，3、中心轮二，H、行星架；
图3和图4中符号表示：①、中心轮一，②、行星轮，③、中心轮二，
Figure BDA0001816586630000061
行星架，
Figure BDA0001816586630000062
中心轮一与行星轮组成的齿轮副，
Figure BDA0001816586630000063
行星轮与中心轮二组成的齿轮副。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图2所示，差动轮系的结构包括机架0、中心轮一1、行星轮2、中心轮二3和行星架H，功率由中心轮一1和中心轮二3分别输入，功率由行星架H输出。
针对上述差动轮系的结构，本发明提供了一种差动轮系传动效率的计算方法，如图1所示，它包括以下步骤：S1，获取差动轮系的相关数据；S2，计算行星架的角速度；S3，绘制差动轮系的功率流图；S4，绘制转化轮系的功率流图；S5，计算转化轮系中的输入功率；S6，计算功率流经过齿轮副的功率损失；S7，计算差动轮系的传动效率。
本发明实施例提供的一种差动轮系传动效率的计算方法，其具体实现过程包括以下步骤：
步骤1，获取差动轮系的相关数据：中心轮一角速度w1、中心轮一齿数Z1、中心轮二角速度w3、中心轮二齿数Z3、中心轮一输入功率P1、中心轮二输入功率P2、中心轮一与行星轮组成的齿轮副的啮合效率η1、行星轮与中心轮二组成的齿轮副的啮合效率η2，如表1所示。
表1
Figure BDA0001816586630000071
步骤2：使用步骤1中的中心轮一齿数Z1,中心轮一角速度w1，中心轮二齿数Z3，中心轮二角速度w3，通过式(7)所示的行星架角速度计算公式计算得到行星架角速度wH，
Figure BDA0001816586630000072
式中，wH为行星架角速度，Z1为中心轮一齿数，w1为中心轮一角速度，Z3为中心轮二齿数，w3为中心轮二角速度。
步骤3：绘制差动轮系功率流图，差动轮系中的构件用带圆圈的阿拉伯数字表示，齿轮副用
Figure BDA0001816586630000073
和
Figure BDA0001816586630000074
符号表示，功率流值不为0的构件之间的功率流方向用带箭头的实线表示，功率流值在实线上进行标注，功率流值为0的构件之间用实线连接，0值在实线上进行标注，输入功率一路经过中心轮一，经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副，经过行星轮，另一路经过中心轮二，经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副，经过行星轮，在行星轮处汇流，汇流功率经过行星架，输出差动轮系，最终形成差动轮系功率流，差动轮系的功率流图如图3所示，图3中符号表示：①、中心轮一，②、行星轮，③、中心轮二，
Figure BDA0001816586630000075
行星架，
Figure BDA0001816586630000076
中心轮一与行星轮组成的齿轮副，
Figure BDA0001816586630000077
行星轮与中心轮二组成的齿轮副。
步骤4：给差动轮系加上一个与行星架角速度大小相等方向相反的附加转动得到转化轮系，原差动轮系中的机架成为转化轮系的活动构件，原差动轮系中的行星架成为转化轮系的机架。
步骤5：绘制转化轮系功率流图，转化轮系中的构件用带圆圈的阿拉伯数字表示，齿轮副用
Figure BDA0001816586630000081
和
Figure BDA0001816586630000082
符号表示，功率流值不为0的构件之间的功率流方向用带箭头的实线表示，功率流值在实线上进行标注，功率流值为0的构件之间用实线连接，0值在实线上进行标注，输入功率一路经过中心轮一，经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副，经过行星轮，另一路经过中心轮二，经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副，经过行星轮，在行星轮处汇流，输出转化轮系，最终形成转化轮系功率流，转化轮系功率流图如图4所示，图4中符号表示：①、中心轮一，②、行星轮，③、中心轮二，
Figure BDA0001816586630000083
行星架，
Figure BDA0001816586630000084
中心轮一与行星轮组成的齿轮副，
Figure BDA0001816586630000085
行星轮与中心轮二组成的齿轮副。
步骤6：使用步骤1中的中心轮一角速度w1，中心轮一输入功率P1，步骤2中计算的行星架角速度wH，通过式(8)所示的转化轮系中中心轮一的输入功率计算公式计算得到转化轮系中中心轮一的输入功率P1 H，
Figure BDA0001816586630000086
式中，P1 H为转化轮系中中心轮一的输入功率，w1为中心轮一角速度，wH为行星架的角速度，P1为中心轮一输入功率。
步骤7：使用步骤1中的中心轮二角速度w3，中心轮二输入功率P2，步骤2中计算的行星架的角速度wH，通过式(9)所示的转化轮系中中心轮二的输入功率计算公式计算得到转化轮系中中心轮二的输入功率P2 H，
Figure BDA0001816586630000091
式中，P2 H为转化轮系中中心轮二的输入功率，w3为中心轮二角速度，wH为行星架的角速度，P2为中心轮二输入功率。
步骤8：使用步骤1中的中心轮一与行星轮组成的齿轮副的啮合效率η1，步骤6中计算的转化轮系中中心轮一的输入功率P1 H，通过式(10)所示的中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失计算公式计算得到功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失L1，
L1＝(1-η1)P1 H (10)
式中，L1为功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失，P1 H为转化轮系中中心轮一的输入功率，η1为中心轮一与行星轮组成的齿轮副的啮合效率。
步骤9：使用步骤1中的行星轮与中心轮二组成的齿轮副的啮合效率η2、步骤7中计算的转化轮系中中心轮二的输入功率P2 H，通过式(11)所示的行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失计算公式计算得到功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失L2，
Figure BDA0001816586630000092
式中，L2为功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失，P2 H为转化轮系中中心轮二的输入功率，η2为行星轮与中心轮二组成的齿轮副的啮合效率。
步骤10：使用步骤1中的中心轮一输入功率P1、中心轮二输入功率P2、步骤8中计算的功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失L1、步骤9中计算的功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失L2，通过式(12)所示的差动轮系传动效率计算公式，计算得到差动轮系的传动效率η，
Figure BDA0001816586630000101
式中，η为差动轮系的传动效率，为中心轮一输入功率为L1为功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失，L2为功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失。
行星架的角速度wH、转化轮系中中心轮一的输入功率P1 H、转化轮系中中心轮二的输入功率P2 H、功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失L1、功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失L2、差动轮系的传动效率η的计算结果如表2所示。
表2
Figure BDA0001816586630000102
本发明根据差动轮系的结构，计算行星架的角速度，绘制差动轮系的功率流图，绘制转化轮系的功率流图，计算转化轮系中的输入功率，计算功率流经过齿轮副的功率损失，计算差动轮系的传动效率。本发明可快速简便计算差动轮系传动效率，计算方法简单，大大提高了计算的效率和准确性，其实施的有益效果也是显而易见的。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种差动轮系传动效率的计算方法，所述差动轮系的结构包括机架、中心轮一、行星轮、中心轮二、行星架，功率由中心轮一和中心轮二分别输入，功率由行星架输出，其特征是，所述计算方法包括以下步骤：
S1，获取差动轮系的相关数据；
在步骤S1中，所述差动轮系的相关数据包括：中心轮一角速度w1、中心轮一齿数Z1、中心轮二角速度w3、中心轮二齿数Z3、中心轮一输入功率P1、中心轮二输入功率P2、中心轮一与行星轮组成的齿轮副的啮合效率η1、行星轮与中心轮二组成的齿轮副的啮合效率η2；
S2，计算行星架的角速度；
所述步骤S2的具体过程为：通过式(1)所示的行星架角速度计算公式计算得到行星架角速度wH，
Figure FDA0003831390400000011
式中，wH为行星架角速度，Z1为中心轮一齿数，w1为中心轮一角速度，Z3为中心轮二齿数，w3为中心轮二角速度；
S3，绘制差动轮系的功率流图；
在步骤S3中，绘制差动轮系功率流图的具体过程为：
差动轮系中的构件用带圆圈的阿拉伯数字表示，齿轮副用
Figure FDA0003831390400000012
和
Figure FDA0003831390400000013
符号表示，功率流值不为0的构件之间的功率流方向用带箭头的实线表示，功率流值在实线上进行标注，功率流值为0的构件之间用实线连接，0值在实线上进行标注，输入功率一路经过中心轮一，经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副，经过行星轮，另一路经过中心轮二，经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副，经过行星轮，在行星轮处汇流，汇流功率经过行星架，输出差动轮系，最终形成差动轮系功率流；
S4，绘制转化轮系的功率流图；
所述步骤S4的具体过程包括以下步骤：
S41，给差动轮系加上一个与行星架角速度大小相等方向相反的附加转动得到转化轮系，原差动轮系中的机架成为转化轮系的活动构件，原差动轮系中的行星架成为转化轮系的机架；
S42，绘制转化轮系的功率流图：转化轮系中的构件用带圆圈的阿拉伯数字表示，齿轮副用
Figure FDA0003831390400000021
和
Figure FDA0003831390400000022
符号表示，功率流值不为0的构件之间的功率流方向用带箭头的实线表示，功率流值在实线上进行标注，功率流值为0的构件之间用实线连接，0值在实线上进行标注，输入功率一路经过中心轮一，经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副，经过行星轮，另一路经过中心轮二，经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副，经过行星轮，在行星轮处汇流，输出转化轮系，最终形成转化轮系功率流；
S5，计算转化轮系中的输入功率；
在步骤S5中，计算转化轮系中的输入功率的具体过程为：
通过转化轮系中中心轮一的输入功率计算公式、转化轮系中中心轮二的输入功率计算公式计算得到转化轮系中中心轮一的输入功率P1 H、转化轮系中中心轮二的输入功率P2 H；
所述转化轮系中中心轮一的输入功率计算公式为：
Figure FDA0003831390400000031
式中，P1 H为转化轮系中中心轮一的输入功率，w1为中心轮一角速度，wH为行星架的角速度，P1为中心轮一输入功率；
所述转化轮系中中心轮二的输入功率计算公式为：
Figure FDA0003831390400000032
式中，P2 H为转化轮系中中心轮二的输入功率，w3为中心轮二角速度，wH为行星架的角速度，P2为中心轮二输入功率；
S6，计算功率流经过齿轮副的功率损失；
在步骤S6中，计算功率流经过齿轮副的功率损失的具体过程为：
通过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失计算公式、行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失计算公式计算得到功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失L1、功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失L2；
所述中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失计算公式为：
L1＝(1-η1)P1 H(4)；
式中，L1为功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失，P1 H为转化轮系中中心轮一的输入功率，η1为中心轮一与行星轮组成的齿轮副的啮合效率；
所述行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失计算公式为：
Figure FDA0003831390400000033
式中，L2为功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失，P2 H为转化轮系中中心轮二的输入功率，η2为行星轮与中心轮二组成的齿轮副的啮合效率；
S7，计算差动轮系的传动效率；
所述步骤S7的具体过程为：
通过式(6)所示的差动轮系传动效率计算公式计算得到差动轮系的传动效率η，
Figure FDA0003831390400000041
式中，η为差动轮系的传动效率，P1为中心轮一输入功率，P2为中心轮二输入功率，L1为功率流经过中心轮一与行星轮组成的齿轮副的功率损失，L2为功率流经过行星轮与中心轮二组成的齿轮副的功率损失。
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Title
2K-H型差动轮系传动效率简化计算的研究;王成等;《北京联合大学学报(自然科学版)》;20070615(第02期);全文 *

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