行星增速箱临界转速预测与模型修正

黄红涛; 史祎博; 陈俊豪; 脱云盛; 黄帅宗; 侯耐; 师陆冰; 屈阳华

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.013

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

行星增速箱临界转速预测与模型修正

·实验研究·测试技术· | 更新时间：2026-04-15

- 行星增速箱临界转速预测与模型修正
- Critical speed prediction and model correction of a dual-planetary gear speed increaser
- 机械强度 2026年48卷第4期页码：112-121
- 作者机构：
  
  1.郑机所（郑州）传动科技有限公司，郑州 450001］
  2.吉林大学机械与航空航天工程学院，长春 130025
  3.中国机械总院集团郑州机械研究所有限公司，郑州 450001
  4.北京长征天民高科技有限公司，北京 100176
  5.HJJ装备部驻郑州地区军事代表室，郑州 450005
- 作者简介：
  
  黄红涛，男，1979年生，河南漯河人，正高级工程师；主要研究方向为高可靠长寿命精密齿轮传动技术；E-mail：13937183652@163.com。
- 基金信息：
  
  河南省中央引导地方科技发展基金项目(Z20241471007)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.013
  中图分类号： TH132.425;TH113.1
- 收稿：2025-11-28，
  
  修回：2025-12-03，
  
  纸质出版：2026-04-15
- 稿件说明：
移动端阅览
黄红涛，史祎博，陈俊豪，等. 行星增速箱临界转速预测与模型修正［J］. 机械强度，2026，48（4）：112-121.

HUANG Hongtao，SHI Yibo，CHEN Junhao，et al. Critical speed prediction and model correction of a dual-planetary gear speed increaser［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：112-121.
黄红涛，史祎博，陈俊豪，等. 行星增速箱临界转速预测与模型修正［J］. 机械强度，2026，48（4）：112-121. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.013.

HUANG Hongtao，SHI Yibo，CHEN Junhao，et al. Critical speed prediction and model correction of a dual-planetary gear speed increaser［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：112-121. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.013.

摘要

目的

针对某型超高速双联行星增速齿轮箱在强度测试中可能面临的共振风险，开展其动力学特性预测研究，旨在建立高置信度的临界转速预测模型。

方法

首先，构建了包含柔性箱体的刚柔耦合动力学模型，通过模态分析与Campbell图预测其临界转速；其次，通过搭建振动测试台进行降速试验，识别了系统实际临界转速；最后，针对仿真与试验的偏差，分析了轴承支承刚度对前3阶临界转速的灵敏度规律，并采用参数反演优化方法对轴承支承刚度进行了修正。

结果

结果表明，输入轴与行星轴轴承支承刚度分别对1阶、3阶临界转速起主导作用；修正后的模型预测值与试验值误差小于5%，为该类增速器的动力学设计、状态预测及故障诊断提供了可靠的模型基础。

Abstract

Objective

In order to accurately predict the dynamic characteristics of an ultra-high-speed dual-planetary gear speed increaser used in rotor strength tests and to avoid resonance risks

this study conducts an in-depth investigation through a combination of simulation and testing.

Methods

Firstly

a rigid-flexible coupled dynamic model of the transmission system including a flexible housing was constructed. The natural frequencies and vibration modes were obtained through modal analysis and Campbell diagram analysis

and the critical speeds were predicted. Secondly

a vibration test bench was built

and the actual critical speeds of the system were identified through a run-down test. Finally

addressing the discrepancies between initial simulation and test results

the sensitivity of the first three orders of critical speeds to various bearing support stiffnesses was systematically analyzed. On this basis

a parameter inversion optimization method was employed to correct the bearing stiffnesses in the model.

Results

The results indicate that the bearing stiffnesses of the input shaft and planetary shaft predominantly govern the first and third-order critical speeds

respectively

while all three bearing stiffnesses collectively influence the second-order critical speed. The error between the corrected predicted critical speeds and the test values is less than 5%. This research provides a reliable method and model basis for the dynamic design

condition prediction

and fault diagnosis of this type of high-speed planetary speed increaser.

关键词

Keywords

references

朱新龙，熊禾根 . 基于Romax的减速箱箱体有限元模态分析［J］. 机械传动， 2013 ， 37 （ 2 ）： 94 - 96 .

ZHU Xinlong ， XIONG Hegen . Finite element modal analysis of reducer box based on Romax ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2013 ， 37 （ 2 ）： 94 - 96 . （In Chinese）

宿博康，唐长亮，王立勇，等 . 汇流行星排固有特性分析与试验研究［J］. 重庆理工大学学报（自然科学）， 2020 ， 34 （ 11 ）： 100 - 108 .

SU Bokang ， TANG Changliang ， WANG Liyong ， et al . Analysis and experimental research on the inherent characteristics of the confluent planetary row ［J］. Journal of Chongqing University of Technology （Natural Science）， 2020 ， 34 （ 11 ）： 100 - 108 . （In Chinese）

张俊，刘先增，焦阳，等 . 基于刚柔耦合模型的行星传动固有特性分析［J］. 机械工程学报， 2014 ， 50 （ 15 ）： 104 - 112 .

ZHANG Jun ， LIU Xianzeng ， JIAO Yang ， et al . Vibration analysis of planetary gear trains based on a discrete-continuum dynamic model ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2014 ， 50 （ 15 ）： 104 - 112 . （In Chinese）

王成龙，章翔峰，周建星，等 . 行星传动系统柔性齿圈行波振动特性分析［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 11 ）： 216 - 225 .

WANG Chenglong ， ZHANG Xiangfeng ， ZHOU Jianxing ， et al . Analysis of traveling wave vibration characteristics of flexible gear ring in planetary transmission system ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 11 ）： 216 - 225 . （In Chinese）

杨军 . 风力发电机行星齿轮传动系统变载荷激励动力学特性研究［D］. 重庆：重庆大学， 2012 ： 81 - 106 .

YANG Jun . Study on dynamics characteristics of planetary gear transmission system of wind turbine under varying loads ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2012 ： 81 - 106 . （In Chinese）

刘振皓 . 车辆复合行星传动系统动力学特性研究［D］. 武汉：武汉大学， 2012 ： 90 - 103 .

LIU Zhenhao . Research on dynamic characteristics of vehicle compound planetary gear train sets ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2012 ： 90 - 103 . （In Chinese）

汤兆平，涂松，王曼宇，等 . 多工况下新能源汽车二级减速器传动系统的动态特性分析［J］. 重庆理工大学学报（自然科学）， 2022 ， 36 （ 8 ）： 75 - 85 .

TANG Zhaoping ， TU Song ， WANG Manyu ， et al . Dynamic analysis of double-stage reducer transmission system of new energy vehicle under multi-conditions ［J］. Journal of Chongqing University of Technology （Natural Science）， 2022 ， 36 （ 8 ）： 75 - 85 . （In Chinese）

齐娜 . 基于Romax Designer的双离合行星齿轮减速器结构及特性研究［D］. 淄博：山东理工大学， 2024 ： 16 - 42 .

QI Na . Research on structure and characteristics of double-clutch planetary gear reducer based on Romax Designer ［D］. Zibo ： Shandong University of Technology ， 2024 ： 16 - 42 . （In Chinese）

齐娜，王士军，杜雅宁，等 . 基于Romax的双离合精密行星齿轮减速器力学性能分析［J］. 制造技术与机床， 2023 （ 8 ）： 83 - 88 .

QI Na ， WANG Shijun ， DU Yaning ， et al . Mechanical properties analysis of double clutch precision planetary gear reducer based on Romax ［J］. Manufacturing Technology & Machine Tool ， 2023 （ 8 ）： 83 - 88 . （In Chinese）

聂卫健，邓旺群，徐友良，等 . 高速柔性转子临界转速随支承刚度和轮盘质量的变化规律［J］. 燃气涡轮试验与研究， 2015 ， 28 （ 3 ）： 19 - 24 .

NIE Weijian ， DENG Wangqun ， XU Youliang ， et al . Analysis on the changes of high-speed flexible rotor critical speeds with supporting stiffness and disk mass ［J］. Gas Turbine Experiment and Research ， 2015 ， 28 （ 3 ）： 19 - 24 . （In Chinese）

屈美娇，陈果，冯国全 . 支承刚度对整机耦合振动影响的定量分析［J］. 推进技术， 2018 ， 39 （ 7 ）： 1605 - 1616 .

QU Meijiao ， CHEN Guo ， FENG Guoquan . Quantitative analysis for effects of supports stiffness on whole aero-engine coupling vibration ［J］. Journal of Propulsion Technology ， 2018 ， 39 （ 7 ）： 1605 - 1616 . （In Chinese）

许京荆，陈立全，汪鑫，等 . 考虑整机耦合的航空发动机临界转速分析［J］. 机械设计与制造， 2024 （ 10 ）： 157 - 162 .

XU Jingjing ， CHEN Liquan ， WANG Xin ， et al . Critical speed analysis of aero-engine considering rotor casing coupling effect ［J］. Machinery Design & Manufacture ， 2024 （ 10 ）： 157 - 162 . （In Chinese）

梁康源 . 基于传递矩阵法和有限元法的汽轮机转子临界转速对比分析［J］. 机电工程技术， 2025 ， 54 （ 18 ）： 194 - 198 .

LIANG Kangyuan . Comparative analysis of critical speed for steam turbine rotors using transfer matrix and finite element methods ［J］. Mechanical & Electrical Engineering Technology ， 2025 ， 54 （ 18 ）： 194 - 198 . （In Chinese）

王磊，裴世雄，张海凤 . 基于梁单元的汽轮发电机临界转速计算［J］. 机电工程技术， 2025 ， 54 （ 15 ）： 133 - 138 .

WANG Lei ， PEI Shixiong ， ZHANG Haifeng . Critical speed calculation of steam turbine generator based on beam element ［J］. Mechanical & Electrical Engineering Technology ， 2025 ， 54 （ 15 ）： 133 - 138 . （In Chinese）

蒋聪，乔思佳，朱钰珏，等 . 超高转速空气涡轮起动机转子临界转速研究［J］. 机械制造与自动化， 2024 ， 53 （ 5 ）： 73 - 76 .

JIANG Cong ， QIAO Sijia ， ZHU Yujue ， et al . Research on rotor critical speed of ultra-high speed air turbine starter ［J］. Machine Building & Automation ， 2024 ， 53 （ 5 ）： 73 - 76 . （In Chinese）

张强波，张帅，郏豪 . 基于有限元的风扇转子临界转速与振动特性研究［J］. 现代机械， 2025 （ 1 ）： 21 - 26 .

ZHANG Qiangbo ， ZHANG Shuai ， JIA Hao . Research on critical speed and vibration characteristics of fan rotor based on finite element method ［J］. Modern Machinery ， 2025 （ 1 ）： 21 - 26 . （In Chinese）

罗忠，刘凯宁，刘家希，等 . 支承动刚度对转子系统临界转速的影响及试验验证［J］. 机械工程学报， 2023 ， 59 （ 21 ）： 245 - 255 .

LUO Zhong ， LIU Kaining ， LIU Jiaxi ， et al . Influence of dynamic stiffness of support on critical speed of rotor system and experimental verification ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2023 ， 59 （ 21 ）： 245 - 255 . （In Chinese）

潘宏刚，李根稼，郭宝仁，等 . 双跨转子系统的临界转速影响因素分析［J］. 汽轮机技术， 2023 ， 65 （ 2 ）： 115 - 118 .

PAN Honggang ， LI Genjia ， GUO Baoren ， et al . Analysis of critical speed of two-span rotor system ［J］. Turbine Technology ， 2023 ， 65 （ 2 ）： 115 - 118 . （In Chinese）

潘宏刚，李根稼，郭宝仁，等 . 基于传递矩阵算法的支承变化对临界转速影响的灵敏度分析［J］. 汽轮机技术， 2022 ， 64 （ 6 ）： 416 - 420 .

PAN Honggang ， LI Genjia ， GUO Baoren ， et al . Sensitivity analysis of the influence of the support variation on the critical speed based on the transfer matrix algorithm ［J］. Turbine Technology ， 2022 ， 64 （ 6 ）： 416 - 420 . （In Chinese）

《航空发动机设计手册》编委会 . 第19册转子动力学及整机振动［M］// 航空发动机设计手册 . 北京：航空工业出版社， 2000 ： 63 - 65 .

Aeroengine Design Manual Editorial Board . Volume 19 ： rotor dynamics and whole engine vibration ［M］//Aeroengine design manual. Beijing ： Aviation Industry Press ，2000： 63 - 65 . （In Chinese）

韩涛翼，李纪永，赵彧，等 . 高转速涡轮发动机转子临界转速计算［J］. 西北工业大学学报， 2021 ， 39 （增刊1 ）： 47 - 53 .

HAN Taoyi ， LI Jiyong ， ZHAO Yu ， et al . Critical speed calculation of high speed turbine engine ［J］. Journal of Northwestern Polytechnical University ， 2021 ， 39 （ Suppl.1 ）： 47 - 53 . （In Chinese）

《航空发动机设计手册》编委会 . 第12册传动及润滑系统［M］// 航空发动机设计手册 . 北京：航空工业出版社， 2000 ： 120 - 123 .

Aeroengine Design Manual Editorial Board . Volume 12 ： transmission and lubrication systems ［M］//Aeroengine design manual. Beijing ： Aviation Industry Press ，2000： 120 - 123 . （In Chinese）

HARRIS T A ， KOTZALAS M N . Rolling Bearing Analysis-2 Volume Set ［M］. 5th Edition . Boca Raton ： CRC Press ， 2006 ： 52 - 53 .

BRITO G C ， MACHADO R D ， CHAVES NETO A . Experimental estimation of journal bearing stiffness for damage detection in large hydrogenerators ［J］. Shock and Vibration ， 2017 ： 4647868 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

新能源车高可靠涡旋压缩机模态及谐响应特性分析

考虑边界滑移状态的液体动静压球轴承稳定性分析

基于人工蜂群算法的复合材料层间内聚力模型参数反演

考虑接触效应的端齿连接转子动力学特性研究