Vibration characteristic analysis of a high-speed dual-planetary speed-increasing gearbox

HUANG Hongtao; SHI Yibo; CHEN Junhao; HUANG Shuaizong; HOU Nai; SHI Lubing

doi:null

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Vibration characteristic analysis of a high-speed dual-planetary speed-increasing gearbox

更新时间：2026-04-13

- Vibration characteristic analysis of a high-speed dual-planetary speed-increasing gearbox
- Journal of Mechanical Transmission Pages: 1-11(2026)
- 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
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：
  CLC： TH132.4
- Received：17 December 2025，
  
  Online First：13 April 2026，
- 稿件说明：
移动端阅览
黄红涛，史祎博，陈俊豪，等.高速双联行星增速齿轮箱振动特性分析［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-11.

HUANG Hongtao，SHI Yibo，CHEN Junhao，et al.Vibration characteristic analysis of a high-speed dual-planetary speed-increasing gearbox［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-11.
黄红涛，史祎博，陈俊豪，等.高速双联行星增速齿轮箱振动特性分析［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-11. DOI：

HUANG Hongtao，SHI Yibo，CHEN Junhao，et al.Vibration characteristic analysis of a high-speed dual-planetary speed-increasing gearbox［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-11. DOI：

摘要

目的

针对高速涡轮起动机用双联行星增速齿轮箱在极端高速工况下振动特性研究匮乏、双联行星轮结构内部激励复杂、箱体振动贡献机制不明、动态响应峰值与共振规律不清等问题，以高速涡轮起动机转子强度测试试验中的双联行星增速齿轮箱为研究对象，分析其振动特性。

方法

首先，利用仿真软件建立了包含柔性箱体的传动系统刚柔耦合动力学模型；其次，对系统进行模态分析，获取了前15阶固有频率与振型，并通过坎贝尔图判定了工作转速下的共振风险；最后，分析了系统的动态传动误差、动态接触载荷及箱体表面振动加速度。

结果

研究结果表明，该增速箱在工作转速与最高转速下均能有效避开共振区；动态传动误差与动态接触载荷在输入轴转速12

000~13 500 r/min区间内出现峰值；箱体在

方向的振动最为显著。通过振动测试试验验证了仿真模型的准确性，试验与仿真结果的相对误差小于5%，表明所建模型能够有效预测系统的振动行为，可为同类高速行星齿轮箱的动力学设计与优化提供依据与实践参考。

Abstract

Objective

Aiming at the problems of insufficient research on the vibration characteristics of the dual planetary speed-increasing gearbox for high-speed turbine starters

complex internal excitations in the dual planetary gear structure

unclear contribution mechanism of the gearbox vibration

and ambiguous laws of dynamic response peaks and resonance under extreme high-speed operating conditions

taking the dual-planetary speed-increasing gearbox used in the rotor strength test of a high-speed turbine starter as the research object

its vibration characteristics were analyzed.

Methods

Firstly

a rigid-flexible coupling dynamic model of the transmission system

including a flexible housing

was established using simulation software. Secondly

a modal analysis of the system was conducted to obtain the first 15 natural frequencies and modal shapes

and the resonance risk under operating speeds was assessed using a Campbell diagram. Finally

the dynamic transmission error

dynamic contact load

and housing surface vibration acceleration of the system were analyzed.

Results

The research results indicate that the speed-increasing gearbox effectively avoids resonance zones under both operating and maximum speeds. The dynamic transmission error and dynamic contact load exhibit peak values within the input shaft speed range of 12 000-13 500 r/min

with the most significant vibration observed in the

-direction of the housing. The accuracy of the simulation model is validated through vibration tests

with the relative error between test and simulation results being within 5%. This demonstrates that the developed model can effectively predict the vibration behavior of the system

providing a basis and pract

ical reference for the dynamic design and optimization of similar high-speed planetary gearboxes.

关键词

Keywords

references

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 ： 1 - 18 .

YANG Jun . Study on dynamics characteristics of planetary gear transmission system of wind turbine under varying loads ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2012 ： 1 - 18 .

徐尤南，李明钦，刘汕娟，等 . TBM减速器两级行星齿轮传动系统动力学特性研究［J］. 机械传动， 2024 ， 48 （ 3 ）： 118 - 124 .

XU Younan ， LI Mingqin ， LIU Shanjuan ， et al . Research on dynamic characteristics of the two-stage planetary gear transmission system of TBM reducers ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 118 - 124 .

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 .

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 .

胡士华，万里荣，覃莉莉，等 . 基于ANSYS和SIMPACK的齿轮副激励对箱体的振动响应分析［J］. 西部交通科技， 2024 （ 1 ）： 193 - 196 .

HU Shihua ， WAN Lirong ， TAN Lili ， et al . Analysis of vibration response of gearbox casing induced by gear pair excitation based on ANSYS and SIMPACK ［J］. Western China Communications Science & Technology ， 2024 （ 1 ）： 193 - 196 .

王慧斌，李德友，段雪晴，等 . 基于谐响应分析的冲击式水轮机转轮共振预测［J］. 大电机技术， 2024 （ 2 ）： 50 - 57 .

WANG Huibin ， LI Deyou ， DUAN Xueqing ， et al . Resonance prediction of pelton turbine runner based on harmonic response analysis ［J］. Large Electric Machine and Hydraulic Turbine ， 2024 （ 2 ）： 50 - 57 .

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 .

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 .

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 .

鲁文佳，朱丽莎 . 传递误差对行星齿轮动态特性的影响［J］. 肇庆学院学报， 2023 ， 44 （ 5 ）： 54 - 64 .

LU Wenjia ， ZHU Lisha . Influence of transmission error on dynamic characteristics for the planetary gears ［J］. Journal of Zhaoqing University ， 2023 ， 44 （ 5 ）： 54 - 64 .

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 .

王光良，汪辉，韦进光，等 . 基于Romax的某六档手动变速器静力学及动态特性分析［J］. 数字制造科学， 2023 ， 21 （ 3 ）： 168 - 172 .

WANG Guangliang ， WANG Hui ， WEI Jinguang ， et al . Static and dynamic analysis of a six-speed manual transmission based on Romax ［J］. Digital Manufacture Science ， 2023 ， 21 （ 3 ）： 168 - 172 .

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 ： 31 - 34 .

QI Na . Research on structure and characteristics of double-clutch planetary gear reducer based on Romax Designer ［D］. Zibo ： Shandong University of Technology ， 2024 ： 31 - 34 .

朱新龙 . 基于Romax的NGW31型行星齿轮减速器的仿真分析与优化［D］. 武汉：武汉科技大学， 2013 ： 34 - 42 .

ZHU Xinlong . Simulation analysis and optimization of NGW31 planetary gear reducer based on Romax ［D］. Wuhan ： Wuhan University of Science and Technology ， 2013 ： 34 - 42 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Study on the Vibration Characteristic and Modal Analysis of Automobile Transmission Shell

Finite Element Analysis and Experimental Study on the Vibration Characteristic of the Vertical Column of Cycloid Gear Grinding Machine

Modal Analysis of Two Stage Helical Gear Mining Reducer based on ANSYS Workbench

Impact of radial modification coefficient of bevel gears on load-bearing characteristics of differential

Effect of rotational symmetry order on topology optimization of gears

Related Author

Wu Wenxuan

Zhang Jiping

Ma Weijin

Wang Junyuan

Wang Huiliang

Fang Yi

Ren Xiaozhong

Lin Qiang

Related Institution

School of Mechanical and Power Engineering,North University of China

School of Mechatronics Engineering, Henan University of Science & Technology

School of Mechanical Electronic & Information Engineering,China University of Mining and Technology

Innovation and Entrepreneurship Center, Zhengzhou University of Aeronautics

School of Mechanical Engineering, Zhengzhou University of Aeronautics

⁰