大传动比混合式行星减速器的优化设计及动态分析

随着世界油气资源的日益紧缺，自升式海上钻井平台得到了大力发展。目前 ，我国尚未掌握 自升式钻井平台上-种关键部件-大传动比混合式行星齿轮减速箱的设计和制造技术。笔者试图通过分枝界定算法对该齿轮箱关键参数进行离散优化，并运用多体动力学仿真分析对齿轮箱整体动态特性进行分析，为该型齿轮箱的设计和制造提供-种新的思路和技术参考。

1 总体设计方案根据自升式海洋钻井平台的特殊工作场所和丁作状况 ，选取多级串行行星减速机构来实现大传动比、大扭矩的工作需求。

海洋钻井平台自重大，上升和下降的速度很慢，通常 <5 mm/min；而驱动电机的转速通常高于 1 000 r/min，所以，这种减速器要能够实现很高 的减 速 比(约 5 000～6 000)和输 出扭 矩 (约300 000 N·m以上)，才能驱动钻井平台缓慢上升和下降。这种减速器的主要设计要求如下。

① 输入轴最大转速 ：1 164 r/min；② 电机最大传动转矩 ：691 N·nl；③ 减速器总传动比 ：5 500～5 600；④ 设计最短寿命：150 h。

该减速器采用平行轴轮系与行星轮系相混合的形式进行传动。行星传动部分的结构形式为：单级2K-H(NGW型)。为了保证运行过程的稳定和传动部件的均载，行星轮数选为3，单级行星传动的传动比范围选为：f 2.1 10.6。

由于海洋钻井平台上空问较为狭窄，所以将减速器的外部形状设计成L型，将多级平行轴齿轮放在输入端；将串联多级行星齿轮传动与输出端相连，以有效利用纵向空间。最终的传动布局如图 1所示 。

输出端图 1 大传动 比混合式齿轮减速器传动原 理图齿圈3齿圈2齿圈12 齿轮参数的优化在大传动比混合式齿轮减速器中含有多种传动元件，如斜齿轮传动、直齿轮传动、动轴与不动轴传动等，这些传动元件在保证其强度的前提下，还需充分考虑它们的振动、噪声、可靠性等问题。各个传动元件的工作状况不同，且齿轮的模数、齿数等参数通常是离散型数据 ，在设计过程收稿 日期 ：2013-3-14作者简介：谭 昕 (1972- )，男，副教授 ，博士，研究方向：机械传动和机械系统动力学。

58 江汉 大学 学报(自然科 学版 ) 总第4l卷fl(M) inf( n D)；若 M 是不确定的 ，则令6)搜索最优解。令 ( P )u ：，并且计算 mina(M)l M∈ ， minfl(M)lM∈ ，若 6[ <∞ ，则 选 择 X ∈D 使 得f(x ) ，置 十1 k，转步骤2)；重复以上算 褂ir 。

组表达离散或者整数变量的状态 ，其中，数组中MIDPstruct( Left-or-Right ，1， branch-vari-able-index ，1， xlower ，0， xupper ，100000， solu-tion ，zeros(xdimension，1)， obj-value ，100， LB ，zeros(xdimension，1)， UB ，zeros(xdimension，1))。

其中：Left-or Right 表示左右节点； branch-variable- index 表示分枝变量的下标 ； xlower 和xupper 分别表示分枝变量的下界和上界； solu-tion 表示解向量； obj-value 表示 目示函数的值；LB 和 UB 分别表示该节点中变量的下界和上界向量；zeros表示清零矩阵。

2.3 优化计算结果本文略去对目标鬲数 、约束条件和具体优化计算过程的介绍，表1所示为优化计算结果。

表1 各级齿轮的传动比、齿数及模数分配根据优化结果绘制的减速箱 维冈如图2所示 。