盾构刀盘驱动用行星齿轮减速器（硕士论文）

zengxiaodong · 发表于 2022-3-28 08:02

submariner 发表于 2022-3-27 14:22
我前些天看到一家官网宣传他们的风电齿轮箱指标是260N.m/kg；
但没有任何细节说明，真不知道是怎么做到 ...

哪家的官网？我去看看具体是什么技术路线。

260N.m/kg确实是一大进步，很不容易！

zengxiaodong · 发表于 2022-3-28 16:01

submariner 发表于 2022-3-27 14:22
我前些天看到一家官网宣传他们的风电齿轮箱指标是260N.m/kg；
但没有任何细节说明，真不知道是怎么做到 ...

我来猜想一下：

如果行星齿轮用5个行星轮，传动比只能到4.5左右，这样的一个齿轮箱，转矩密度达到260N.m/kg是可以的。

但是，由于传动比太小，导致电机的转矩太大，为此，可以再次用1级行星齿轮箱增速，同样用5个行星轮，传动比4.5左右。

这样的2级齿轮箱总传动比20.25，估计转矩密度达到260N.m/kg是可能的，而且后面的永磁半直驱电机也好设计。

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2022-3-29 08:05

转矩密度看来不能脱离电机来简单化比较和讨论。

以上面一层楼贴子的实例来说明可以清楚看到，如果仅用1级行星齿轮箱，那么电机转矩势必要求很大，但是此时齿轮箱的重量最轻，故转矩密度很高。

如果增加1级行星齿轮箱，那么电机的转矩可以大幅度减小，也就是电机体积、重量、成本会显著降低，不过此时齿轮箱的重量显然是增加了，从而齿轮箱转矩密度就减小了。

更进一步，假设再增加1级，变成3级行星齿轮增速箱，那么电机转速进一步提高，转矩继续减小，但是齿轮箱的重量却更大了！

中速级方案
中速级.png

高速级方案

submariner · 发表于 2022-3-29 08:51

zengxiaodong 发表于 2022-3-28 16:01
我来猜想一下：

如果行星齿轮用5个行星轮，传动比只能到4.5左右，这样的一个齿轮箱，转矩密度达到260N ...

五个行星轮怎么才能使均载系数接近1.0？

zengxiaodong · 发表于 2022-3-29 09:01

submariner 发表于 2022-3-29 08:51
五个行星轮怎么才能使均载系数接近1.0？

所以啊，要增加转矩密度，并没有什么捷径，就是增加行星轮数量而已，但是，如何均载就成为了至关重要的问题，所谓柔性销技术就是为此应运而生的！

至于功率分流，其实不能解决什么问题：

上述4.5增速比的行星齿轮箱，其实输入转矩分成两部分：3.5+1.0，其中3.5传到内齿圈，1.0传到太阳轮。
如果增加1级行星齿轮，那么这个1.0其实是传递到了第二级的行星架，这不正就是“功率分流”嘛！

计算功率分流比：1/4.5=22%；3.5/4.5=78%
这与31%和69%分配比没有本质上的区别，而且我们还可以得到一个有趣的推论：

那就是传动比低的行星齿轮箱，转矩密度更大，除了行星轮数量多以外，太阳轮的转矩贡献也更大。

zengxiaodong · 发表于 2022-3-29 12:24

submariner 发表于 2022-3-29 08:51
五个行星轮怎么才能使均载系数接近1.0？

铁姆肯甚至推出了集成柔性销的轴承，既解决跑外圈问题，也轴向预紧以优化滚子接触状态，可谓是目前最完善的行星轮支承结构！

03-利用集成式柔性销轴承来提高行星齿轮系统的性能.pdf (1.12 MB, 下载次数: 39)

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2022-3-30 10:02

NGW行星齿轮传动，42楼提到的搞8个行星轮，总感觉不可行，因为单级传动比太小了，而且轴承很不好设计（用楼上图示的铁姆肯集成柔性销轴承才可行）。

本帖35楼表格列出了行星轮数量与传动比的关系，可见NGW型传动，4~5个行星轮是合理可行的！

zengxiaodong · 发表于 2022-3-30 15:39

3级行星齿轮的传动比分别为：4.5238、4.5238、6.087

总的传动比为：124.569

所以，电机的转速和转矩分别为：872r/min、220761N.m

根据这个参数初步设计的永磁同步发电机如下

20MW发电机.png

这台发电机的轴向长度为675mm，其有效材料用量，大体上与前述4台发电机的总和相当（铜2956kg、稀土磁铁389kg）。

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2022-3-30 15:52

电磁数据（铜损17kW、铁损136kW）

无标题.png

材料消耗

zengxiaodong · 发表于 2022-3-31 10:10

比较了本帖10楼和52楼的3级传动方案，定性上的结论如下：

1、从有效材料的角度来说，2种方案的有效材料重量相差并不多；

2、但是，3级行星齿轮的方案有3个内齿圈，此零件加工难度要增加很多；

3、而且，3级行星齿轮的方案其行星架的重量也是不小的，如果计及行星架，应该是3级行星齿轮方案的重量明显更重；

4、从均载性能来说，由于行星齿轮存在多余约束（而且不能在装配时精密调整），仅靠浮动和柔性来补偿，均载性能不及多电机方案；

5、行星齿轮方案还需要多个齿形花键联轴器来实现太阳轮浮动，这个花键也是一个故障高发零件；

6、行星齿轮方案如果采用斜齿轮的话，还需要考虑轴向力的问题，这会大大增加结构的复杂性；

7、由于行星轮架自身转动，因此，行星轮的轴承润滑是一个需要额外关注的问题......

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