本发明涉及齿轮轮系传动系统技术领域，具体地说是一种封闭差动人字齿轮轮系传动效率的计算方法。
背景技术：
人字齿轮传动系统是舰船等机械传动系统中的重要组成部分,其具有效率高、结构紧凑、工作可靠等优点,其动态特性将直接影响到传动系统的稳定性和可靠性。因此,开展人字齿轮传动系统的动力学特性研究具有重要的工程意义。
封闭差动人字齿轮传动系统是星型轮系封闭差动行星轮系的组合传动机构。封闭差动人字齿轮轮系利用多个行星轮和星轮分担载荷并形成功率分流，具有体积小、重量轻和承载能力高等优点，被广泛应用于航空发动机主减速器、起重机构和动力传动系统中。封闭差动人字齿轮轮系传动效率的高低直接关系到装置性能和能源消耗。
虽然目前轮系传动效率的计算方法较多，但是，针对封闭差动人字齿轮轮系的传动效率计算方法尚缺乏。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提出了一种封闭差动人字齿轮轮系传动效率的计算方法，能够快速简便地计算封闭差动人字齿轮轮系的传动效率。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
本发明实施例提供的一种封闭差动人字齿轮轮系传动效率的计算方法，所述封闭差动人字齿轮轮系的结构包括机架、差动级轮系和封闭级轮系，所述差动级轮系包括1个差动级太阳轮、n个差动级行星轮、1个差动级内齿轮和1个差动级行星架，所述封闭级轮系包括1个封闭级外齿轮、m个封闭级星轮和1个封闭级内齿轮，差动级内齿轮与封闭级外齿轮固连在同一轴上，差动级行星架与封闭级内齿轮固连在同一轴上，所述计算方法包括以下步骤：
s1，获取封闭差动人字齿轮轮系的相关数据；
s2，计算封闭级齿轮的传动比；
s3，绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系和转化轮系的功率流图；
s4，计算分流功率；
s5，计算功率流的功率损失；
s6，计算封闭差动人字齿轮轮系的传动效率。
作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤s1中，所述封闭差动人字齿轮轮系的相关数据包括：差动级行星轮个数n、封闭级外齿轮齿数z1、封闭级内齿轮齿数z2、封闭级星轮个数m、输入功率p、差动级太阳轮与差动级行星轮的啮合效率η1、差动级行星轮与差动级内齿轮的啮合效率η2、封闭级外齿轮与封闭级星轮的啮合效率η3和封闭级星轮与封闭级内齿轮的啮合效率η4。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s2的具体过程为：通过式(1)所示的封闭级齿轮传动比计算公式计算得到封闭级齿轮传动比i12，
式中，i12为封闭级齿轮传动比，z1为封闭级外齿轮齿数，z2为封闭级内齿轮齿数。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s3的具体过程包括以下步骤：
s31，给封闭差动人字齿轮轮系加上一个与差动级行星架角速度大小相等方向相反的附加转动得到转化轮系，原封闭差动人字齿轮轮系中的机架成为转化轮系的活动构件，原封闭差动人字齿轮轮系中的差动级行星架和封闭级内齿轮成为转化轮系的机架；
s32，绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图：封闭差动人字齿轮轮系中的构件用阿拉伯数字表示，输入功率用
s33，绘制不考虑啮合功率损失时转化轮系功率流图：转化轮系中的构件用阿拉伯数字表示，输入功率用
作为本实施例另一种可能的实现方式，在步骤s3中，绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图的具体过程为：
封闭差动人字齿轮轮系中的构件用阿拉伯数字表示，输入功率用
作为本实施例另一种可能的实现方式，在步骤s3中，绘制不考虑啮合功率损失时转化轮系功率流图的具体过程为：
给封闭差动人字齿轮轮系加上一个与差动级行星架角速度大小相等方向相反的附加转动得到转化轮系，原封闭差动人字齿轮轮系中的机架成为转化轮系的活动构件，原封闭差动人字齿轮轮系中的差动级行星架和封闭级内齿轮成为转化轮系的机架；
转化轮系中的构件用阿拉伯数字表示，输入功率用
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s4的具体过程为：
通过式(2)所示的虚功率比计算公式计算得到分流功率v，
式中，v为分流功率，p为输入功率，i12为封闭级齿轮传动比。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s5的具体过程包括以下步骤：
s51，通过第一级齿轮功率损失计算公式计算得到功率流经过差动级行星轮的功率损失l1；
s52，通过第二级齿轮功率损失计算公式计算得到功率流经过差动级内齿轮的功率损失l2；
s53，通过第三级齿轮功率损失计算公式计算得到功率流经过封闭级星轮的功率损失l3；
s54，通过第四级齿轮功率损失计算公式计算得到功率流经过封闭级内齿轮的功率损失l4。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述第一级齿轮功率损失计算公式为：
l1＝p(1-η1n)(3)
式中，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，p为输入功率，η1为差动级太阳轮与差动级行星轮啮合效率，n为差动级行星轮个数；
所述第二级齿轮功率损失计算公式为：
l2＝(p-l1)(1-η2n)(4)
式中，l2为功率流经过差动级内齿轮的功率损失，p为输入功率，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，η2为差动级行星轮与差动级内齿轮啮合效率，n为差动级行星轮个数；
所述第三级齿轮功率损失计算公式为：
l3＝(p-v-l1-l2)(1-η3m)(5)
式中，l3为功率流经过封闭级星轮的功率损失，p为输入功率，v为分流功率，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，l2为功率流经过差动级内齿轮的功率损失，η3为封闭级外齿轮与封闭级星轮啮合效率，m为封闭级星轮个数；
所述第四级齿轮功率损失计算公式为：
l4＝(p-v-l1-l2-l3)(1-η4m)(6)
式中，l4为功率流经过封闭级内齿轮的功率损失，p为输入功率，v为分流功率，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，l2为功率流经过差动级内齿轮的功率损失，l3为功率流经过封闭级星轮的功率损失，η4为封闭级星轮与封闭级内齿轮啮合效率，m为封闭级星轮个数。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤s6的具体过程为：
通过式(7)所示的封闭差动人字齿轮轮系传动效率计算公式计算得到封闭差动人字齿轮轮系传动效率η，
式中，η为封闭差动人字齿轮轮系传动效率，p为输入功率，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，l2为功率流经过差动级内齿轮的功率损失，l3为功率流经过封闭级星轮的功率损失，l4为功率流经过封闭级内齿轮的功率损失。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明实施例技术方案的一种封闭差动人字齿轮轮系传动效率的计算方法根据封闭差动人字齿轮轮系的结构，计算封闭级齿轮的传动比，绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图和转化轮系功率流图，计算分流功率和功率流经过齿轮的各种功率损失，最终获得封闭差动人字齿轮轮系的传动效率。本发明可快速简便计算封闭差动人字齿轮轮系传动效率，不仅计算快速简便，而且计算效率高、准确性高。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种封闭差动人字齿轮轮系传动效率的计算方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种封闭差动人字齿轮轮系的传动原理图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图的示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种不考虑啮合功率损失时转化轮系功率流图的示意图；
图2和图3中符号表示：1、机架，2、差动级太阳轮，3、差动级行星轮，4、差动级内齿轮，5、差动级行星架，6、封闭级外齿轮，7、封闭级星轮，8、封闭级内齿轮；
图4中符号表示：1′、转化轮系活动构件，2、差动级太阳轮，3、差动级行星轮，4、差动级内齿轮，5′和8′、转化轮系机架，6、封闭级外齿轮，7、封闭级星轮。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图2所示，封闭差动人字齿轮轮系的结构包括机架1、差动级轮系和封闭级轮系，所述差动级轮系包括1个差动级太阳轮2、n个差动级行星轮3、1个差动级内齿轮4和1个差动级行星架5，所述封闭级轮系包括1个封闭级外齿轮6、m个封闭级星轮7和1个封闭级内齿轮8，差动级内齿轮4与封闭级外齿轮6固连在同一轴上，差动级行星架5与封闭级内齿轮8固连在同一轴上。针对上述封闭差动人字齿轮轮系的结构，本发明提供了一种封闭差动人字齿轮轮系传动效率的计算方法，如图1所示，它包括以下步骤：s1，获取封闭差动人字齿轮轮系的相关数据；s2，计算封闭级齿轮的传动比；s3，绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系和转化轮系的功率流图；s4，计算分流功率；s5，计算功率流的功率损失；s6，计算封闭差动人字齿轮轮系的传动效率。
实施例1
本发明实施例提供的一种封闭差动人字齿轮轮系传动效率的计算方法，其具体实现过程包括以下步骤：
步骤1，获取封闭差动人字齿轮轮系的相关数据：差动级行星轮个数n、封闭级外齿轮齿数z1，封闭级内齿轮齿数z2、封闭级星轮个数m、输入功率p，如表1所示；差动级太阳轮与差动级行星轮的啮合效率η1、差动级行星轮与差动级内齿轮的啮合效率η2、封闭级外齿轮与封闭级星轮的啮合效率η3、封闭级星轮与封闭级内齿轮的啮合效率η4，如表2所示。
表1
表2
步骤2：使用步骤1中的封闭级外齿轮齿数z1，封闭级内齿轮齿数z2，通过式(1)所示的封闭级齿轮传动比计算公式，计算得到封闭级齿轮传动比i12，
式中，i12为封闭级齿轮传动比，z1为封闭级外齿轮齿数，z2为封闭级内齿轮齿数。
步骤3：给封闭差动人字齿轮轮系加上一个与差动级行星架角速度大小相等方向相反的附加转动得到转化轮系，原封闭差动人字齿轮轮系中的机架成为转化轮系的活动构件，原封闭差动人字齿轮轮系中的差动级行星架和封闭级内齿轮构成为转化轮系的机架。
步骤4：绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图，封闭差动人字齿轮轮系中的构件用阿拉伯数字表示，输入功率用
步骤5：绘制不考虑啮合功率损失时转化轮系功率流图，转化轮系中的构件用阿拉伯数字表示，输入功率用
步骤6：使用步骤1中的输入功率p和步骤2中计算的封闭级齿轮传动比i12，通过式(2)所示的虚功率比计算公式，计算得到分流功率v，
式中，v为分流功率，p为输入功率，i12为封闭级齿轮传动比。
步骤7：使用步骤1中的差动级太阳轮与差动级行星轮的啮合效率η1、输入功率p和差动级行星轮个数n，通过第一级齿轮功率损失计算公式，计算得到功率流经过差动级行星轮的功率损失l1，所述第一级齿轮功率损失计算公式为：
l1＝p(1-η1n)(3)
式中，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，p为输入功率，η1为差动级太阳轮与差动级行星轮啮合效率，n为差动级行星轮个数。
步骤8：使用步骤1中的差动级行星轮与差动级内齿轮的啮合效率η2、输入功率p、差动级行星轮个数n和步骤7中计算的功率流经过差动级行星轮的功率损失l1，通过第二级齿轮功率损失计算公式，计算得到功率流经过差动级内齿轮的功率损失l2，
所述第二级齿轮功率损失计算公式为：
l2＝(p-l1)(1-η2n)(4)
式中，l2为功率流经过差动级内齿轮的功率损失，p为输入功率，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，η2为差动级行星轮与差动级内齿轮啮合效率，n为差动级行星轮个数。
步骤9：使用步骤1中的封闭级外齿轮与封闭级星轮的啮合效率η3、输入功率p、封闭级星轮个数m、步骤6中计算的分流功率v、步骤7中计算的功率流经过差动级行星轮的功率损失l1和步骤8中计算的功率流经过差动级内齿轮的功率损失l2，通过第三级齿轮功率损失计算公式，计算得到功率流经过封闭级星轮的功率损失l3，
所述第三级齿轮功率损失计算公式为：
l3＝(p-v-l1-l2)(1-η3m)(5)
式中，l3为功率流经过封闭级星轮的功率损失，p为输入功率，v为分流功率，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，l2为功率流经过差动级内齿轮的功率损失，η3为封闭级外齿轮与封闭级星轮啮合效率，m为封闭级星轮个数。
步骤10：使用步骤1中的封闭级星轮与封闭级内齿轮的啮合效率η4、输入功率p、封闭级星轮个数m、步骤6中计算的分流功率v、步骤7中计算的功率流经过差动级行星轮的功率损失l1、步骤8中计算的功率流经过差动级内齿轮的功率损失l2和步骤9中计算的功率流经过封闭级星轮的功率损失l3，通过第四级齿轮功率损失计算公式，计算得到功率流经过封闭级内齿轮的功率损失l4，
所述第四级齿轮功率损失计算公式为：
l4＝(p-v-l1-l2-l3)(1-η4m)(6)
式中，l4为功率流经过封闭级内齿轮的功率损失，p为输入功率，v为分流功率，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，l2为功率流经过差动级内齿轮的功率损失，l3为功率流经过封闭级星轮的功率损失，η4为封闭级星轮与封闭级内齿轮啮合效率，m为封闭级星轮个数。
步骤11：使用步骤1中输入功率p、步骤7中计算的功率流经过差动级行星轮的功率损失l1、步骤8中计算的功率流经过差动级内齿轮的功率损失l2、步骤9中计算的功率流经过封闭级星轮的功率损失l3和步骤10中计算的功率流经过封闭级内齿轮的功率损失l4，通过式(7)所示的封闭差动人字齿轮轮系传动效率计算公式，计算得到封闭差动人字齿轮轮系传动效率η，
式中，η为封闭差动人字齿轮轮系传动效率，p为输入功率，l1为功率流经过差动级行星轮的功率损失，l2为功率流经过差动级内齿轮的功率损失，l3为功率流经过封闭级星轮的功率损失，l4为功率流经过封闭级内齿轮的功率损失。
封闭级齿轮传动比i12、分流功率v、功率流经过差动级行星轮的功率损失l1、功率流经过差动级内齿轮的功率损失l2、功率流经过封闭级星轮的功率损失l3、功率流经过封闭级内齿轮的功率损失l4、封闭差动人字齿轮轮系传动效率η的计算结果如表3所示。
表3
本实施例根据封闭差动人字齿轮轮系的结构，计算封闭级齿轮的传动比，绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图和转化轮系功率流图，计算分流功率和功率流经过齿轮的各种功率损失，最终获得封闭差动人字齿轮轮系的传动效率。本发明可快速简便计算封闭差动人字齿轮轮系传动效率，不仅计算快速简便，而且计算效率高、准确性高，其实施的有益效果也是显而易见的。
实施例2
与实施例1不同的是，在绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系和转化轮系的功率流图过程中采用了不同的实现方案。本实施例中将绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图的过程和绘制不考虑啮合功率损失时转化轮系功率流图的过程进行独立完成，而且不分先后顺序，具体体现为：
(1)绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图的具体过程为：封闭差动人字齿轮轮系中的构件用阿拉伯数字表示，输入功率用
(2)绘制不考虑啮合功率损失时转化轮系功率流图的具体过程为：
给封闭差动人字齿轮轮系加上一个与差动级行星架角速度大小相等方向相反的附加转动得到转化轮系，原封闭差动人字齿轮轮系中的机架成为转化轮系的活动构件，原封闭差动人字齿轮轮系中的差动级行星架和封闭级内齿轮成为转化轮系的机架；
转化轮系中的构件用阿拉伯数字表示，输入功率用
与实施例1中步骤3至步骤5相比，实施例2体现了灵活的算法设计，将绘制不考虑啮合功率损失时封闭差动人字齿轮轮系功率流图和转化轮系功率流图进行独立完成，且不分先后顺序，可同时执行其操作，不仅设计灵活，而且提供了计算效率。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。