Vibration characteristics and micro⁃geometry modification design of high⁃speed NW planetary transmission under time⁃varying conditions

PEI Bang; HAN Jinghao; HUANG Shuaizong; XU Liupeng; GUO Nan; QU Yanghua; SHI Lubing

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Vibration characteristics and micro⁃geometry modification design of high⁃speed NW planetary transmission under time⁃varying conditions

更新时间：2026-06-26

- Vibration characteristics and micro⁃geometry modification design of high⁃speed NW planetary transmission under time⁃varying conditions
- Journal of Mechanical Transmission Pages: 1-10(2026)
- 作者机构：
  
  1.郑机所（郑州）传动科技有限公司，郑州 450001］
  2.中国机械总院集团郑州机械研究所有限公司，郑州 450001
  3.HJJ装备部驻郑州地区军事代表室，郑州 450005
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：
  CLC： TH132.425
- Received：01 February 2026，
  
  Revised：2026-05-11，
  
  Accepted：12 May 2026，
  
  Online First：26 June 2026，
- 稿件说明：
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裴帮，韩璟颢，黄帅宗，等.高速NW行星传动时变工况振动特性研究与修形设计［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-10.

PEI Bang，HAN Jinghao，HUANG Shuaizong，et al.Vibration characteristics and micro⁃geometry modification design of high⁃speed NW planetary transmission under time⁃varying conditions［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-10.
裴帮，韩璟颢，黄帅宗，等.高速NW行星传动时变工况振动特性研究与修形设计［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-10. DOI：

PEI Bang，HAN Jinghao，HUANG Shuaizong，et al.Vibration characteristics and micro⁃geometry modification design of high⁃speed NW planetary transmission under time⁃varying conditions［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-10. DOI：

摘要

目的

针对某NW型行星减速箱在高速变载工况下动态激励过大、结构振动突出的问题，开展轮齿微观修形参数的多目标优化研究，以提升高速复杂工况下行星传动系统的噪声、振动、平顺性（Noise

Vibration

and Harshness

NVH）性能。

方法

首先，基于有限元网格缩聚与多体动力学理论，构建了包含柔性箱体、轴承支撑及齿轮非线性啮合特性的减速箱耦合动力学仿真模型；其次，提取时变运行载荷谱中的典型稳态工况节点，通过轮齿接触分析和动态传动误差解算，量化表征了修形前轮齿表面的偏载与动载荷激振特征；再次，引入了线性加权综合适应度函数，应用遗传算法对太阳轮及各级行星轮的螺旋线鼓形量、斜度及齿廓修形参数进行了多元多目标寻优配置，并与蒙特卡洛随机抽样策略的寻优效率进行了对比验证；最后，搭建了变转速阶次分析试验台，对优化前后的减速箱箱体振动加速度进行了对照实测。

结果

研究表明，遗传算法由于具备良好的进化搜索机制，其寻优效果显著优于蒙特卡洛法。在主激振频率（180阶次）对应的典型工况下，经遗传算法优化修形后，一级齿轮副的传动误差降低51.1%，最大接触应力减小12.8%；动力学仿真中系统最大振动加速度由347.26 m/s

骤降至137.98 m/s

，降幅达60.26%；试验测得箱体最大振动加速度由997.4 m/s

降至581.4 m/s

，有效抑制了时变工况下的偏载与异常高频噪声，验证了所提微观修形方案的工程应用价值。

Abstract

Objective

To address the prominent dynamic excitation and severe structural vibration issues of an NW‑type planetary gearbox under high‑speed and varying load conditions

a multi-objective micro-geometry tooth modification optimization methodology was investigated.

Methods

Firstly

a coupled system dynamic model incorporating a flexible housing

bearing stiffness

and non-linear gear meshing features was formulated using finite element sub-structuring techniques. Secondly

based on the extracted operational load profiles

multi-node steady-state contact characteristics and dynamic transmission errors (DTEs) were resolved via tooth contact analysis (TCA) to identify the baseline misalignments. Thirdly

parametric optimization swings utilizing a linear-weighted comprehensive fitness function were executed via a genetic algorithm (GA) to determine the optimized combination of helix crown

helix slope

and profile modification variables across the sun and planetary gears

the search efficiency of which was comparatively verified against the Monte Carlo random sampling strategy. Finally

test verifications were subsequently conducted on a variable-speed order analysis drivetrain platform to record the chassis vibration accelerations before and after micro-geometry implementation.

Results

Parameter sweeps indicate that the evolutionary GA scheme exhibits superior convergence stability and searching accuracy over the statistical Monte Carlo routine. Under the dominant 180th meshing order frequency

implementing the GA-optimized modifications trims the DTE of the first-stage gear pair by 51.1% and minimizes the peak contact stress by 12.8%. Dynamic simulations demonstrate that the peak vibration acceleration of the housing drops from 347.26 m/s

to 137.98 m/s

yielding a 60.26% reduction. Laboratory order tracking matching the numerical trajectories confirms that the maximum measured vibration acceleration drops from 997.4 m/s

to 581.4 m/s

which successfully suppresses tooth flank corner contact and substantiates the outstanding engineering applicability for noise

vibration

and harshness (NVH) mitigation.

关键词

Keywords

references

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