行星齿轮系统载荷分配行为机理及影响因素分析

将中心构件轴承弹性变形和太阳轮-行星轮-内齿圈支路的弹性变形分别集中在行星架轴承和行星轮轴承中心得到行星齿轮系统的等效模型,并采用行星架刚体运动来模拟行星齿轮系统的载荷分配行为,从而得到行星齿轮系统的载荷分配求解模型.在此基础上得到了载荷分配与轴承等效刚度、各种误差之间的定量关系,分析了各种影响因素对载荷分配的影响规律.结果表明:当行星架轴承与行星轮轴承的等效刚度相差2个数量级以上时,载荷分配只与行星轮轴承等效刚度和行星轮切向位置误差有关,减小行星轮切向位置误差和行星轮轴承等效刚度可实现均载;行星轮和太阳轮偏心误差使系统受到周期性激励,动态载荷系数增大,因此减小行星轮和太阳轮偏心误差可实现动态均载.     

支撑刚度对行星传动系统动态均载特性的影响

考虑了行星架微位移、时变啮合刚度、旋转阻尼和构件自重,建立了行星传动系统动力学微分方程.利用多领域工程系统建模、分析与优化语言Modelica进行求解,分析了各主要构件支撑刚度对行星传动系统均载特性的影响.研究结果表明:刚性支撑条件下,较小的系统误差都将引起行星轮间载荷分配严重不均匀.一个或者多个构件的支撑刚度小于107N/m时系统能获得较好的均载效果.在构件支撑刚度敏感区间,随着该构件支撑刚度的增大,系统均载性能将迅速恶化.多个构件支撑刚度减小时,系统的均载效果比单个构件支撑刚度减小要好.改变其中某个行星轮的支撑刚度会使载荷在行星轮间重新分配,降低某个行星轮的支撑刚度,其分配的载荷减小.      

偏心与齿频误差对封闭差动人字齿轮传动系统动态均载特性的影响分析

基于集中参数理论,建立了封闭差动人字齿轮传动系统动力学模型,模型中考虑了支撑的弹性变形、啮合齿轮副的时变啮合刚度激励、误差激励以及中间浮动构件的影响.引入斜齿轮啮合刚度公式按并联方式计算了人字齿时变啮合刚度,采用傅里叶级数法求解系统动力学方程,获得了系统动态均载系数,分析了偏心与齿频误差对系统均载特性的影响.研究结果表明:差动级均载系数对齿频误差敏感,随齿频误差的增加而增大,均载系数基本不受偏心误差的影响;封闭级均载系数对偏心误差敏感,随偏心误差的增加而增大,均载系数基本不受齿频误差的影响;齿频误差对差动级均载系数的影响比偏心误差对封闭级均载系数的影响大,差动级均载系数大于封闭级均载系数.      

弧齿锥齿轮功率分流传动系统建模与承载特性分析

针对齿轮功率分流的平行轴传动,星型传动和行星传动形式,提出了一种新型交叉轴传动形式的弧齿锥齿轮功率分流传动系统并介绍了其构成及工作状态.在此基础上,计算了系统各齿轮副的传递功率,分析了系统在各安装误差作用下的功率分流情况.研究表明,在输入齿轮、其相对的输出齿轮的轴交角误差或其相邻的输出齿轮的轴向误差单独影响下,系统主承载齿轮副传递的功率减小,可大大提高系统承载能力,并有利于功率分流均载;系统各齿轮都具有安装误差时,各齿轮副承载情况受误差累加或相反作用的影响.      

误差对同轴六分支分扭人字齿轮传动系统静均载性能影响

以同轴六分支分扭人字齿轮传动系统为研究对象,依据各齿轮受力状态建立该系统的静力平衡方程。考虑到制造误差和安装误差及输入输出轮浮动导致的错位,基于当量啮合误差理论,分析误差的存在性,最后根据系统功率闭环特征建立系统变形协调方程,形成了同轴六分支人字齿轮传动系统静均载分析方法,并结合实例求出系统各齿轮之间静均载系数及分支静均载系数。研究结果表明:在无误差或各齿轮误差均相同为常值时,第Ⅰ级各齿轮静态啮合力为1.773×105 N,第Ⅱ级各齿轮静态啮合力为3.673×105 N,系统具有很好静均载性能,系统分支静均载系数为1,该系统构成功率闭环误差可相互抵消;制造和安装误差幅值同时作用为50 μm时,求得制造误差下分支静均载系数变化幅度比安装误差下分支静均载系数要大,可知制造误差对系统静均载性能影响程度要大;分扭和并车误差幅值同时作用为50 μm时,并车级比分扭级静均载性能更容易受误差的影响,因此输出构件应该有浮动量。综上所述,随制造或安装误差增大或减少,都会对系统静均载性能造成不良的影响,其研究成果可为同轴减速器传动系统制造误差和安装误差精度确定,均载系数确定提供科学依据。      

基于变形协调和间隙浮动的双路功率分流系统均载特性分析

针对双路功率分流系统的载荷均匀分布问题,建立了该系统的静力学模型,并根据系统构成功率流动闭环的特点,推导出扭转角变形协调条件,将该条件联立力矩平衡条件和弹性支承条件,计算出了各齿轮副传递的扭矩,得到系统的均载系数.从静力学角度分析了各构件安装误差和均载特性的关系,并分析了间隙浮动对均载特性的影响.结果表明:齿轮2存在安装误差为0.03mm的情况下,间隙量为0.8mm即可满足基本构件浮动,得到均载系数为1.0038,间隙浮动有利于提高均载性能.对比实验和理论分析的结果,同一误差条件下,功率分配分别为53.88%和53.50%,从而验证了该方法的正确性.      

考虑安装误差的GTF星型齿轮传动系统均载特性影响规律

作为下一代民用航空发动机主要发展方向之一的齿轮传动涡扇发动机（GTF）,其引入了星型齿轮传动系统,为探究安装误差对星型齿轮传动系统均载特性的影响规律,基于商用软件建立GTF星型齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型,以均载系数为考查指标进行仿真分析。分别考虑太阳轮、齿圈安装误差对系统的影响,并引入柔性支撑刚度改善载荷分配不均的问题,系统地分析其影响规律。结果表明：在健康工况条件下,各啮合副接触力分布均匀,系统的均载特性良好;随着安装误差的增大,均载系数呈增大趋势,内、外啮合副均载系数较健康工况下的最多增大了21.1%和21.4%,系统的均载特性变差;通过添加柔性支撑并调整支撑刚度,内、外啮合副的均载系数减小到1.00952和1.00187,系统均载特性趋于合理,基本改善了载荷分配不均的问题。     

Method of stability region determination for planetary gear train＇s parameters based on nonlinear vibration model

研究了行星齿轮非线性传动系统参数稳定域计算的一般方法.该方法通过选取合理的失稳阀值,根据考查参数域内系统的运动状态选取合适的数值积分时间段,以循环套嵌的手段计算考查参数在各自范围内不同组合下的系统位移响应最大值,比较失稳阀值以判稳,参数稳定域的图形输出等5个步骤完成对行星轮系参数稳定域的计算.最后,以四自由度行星轮系纯扭转非线性振动模型为例,以行星轮输入转速、系统的齿侧间隙以及齿轮副的啮合阻尼系数为考查参数,分别计算得到了系统的单参数稳定域、双参数稳定域以及三参数稳定域,为行星轮系的设计取值提供了重要参考.     

行星齿轮非线性振动系统参数稳定域的计算方法

研究了行星齿轮非线性传动系统参数稳定域计算的一般方法.该方法通过选取合理的失稳阀值,根据考查参数域内系统的运动状态选取合适的数值积分时间段,以循环套嵌的手段计算考查参数在各自范围内不同组合下的系统位移响应最大值,比较失稳阀值以判稳,参数稳定域的图形输出等5个步骤完成对行星轮系参数稳定域的计算.最后,以四自由度行星轮系纯扭转非线性振动模型为例,以行星轮输入转速、系统的齿侧间隙以及齿轮副的啮合阻尼系数为考查参数,分别计算得到了系统的单参数稳定域、双参数稳定域以及三参数稳定域,为行星轮系的设计取值提供了重要参考.      

齿轮分扭传动的均载行为机理及参数匹配分析

为提高分扭传动系统的均载特性,通过构建误差、载荷的分析图,剖析了影响均载性能的机理;考虑支撑刚度、扭转刚度以及齿轮副的时变啮合刚度,采用集中质量法建立了传动系统的动力学模型。通过龙格库塔法求解传动系统动力学模型,计算了传动系统的均载系数;运用正交试验法获得了齿侧间隙、中心距误差对均载特性的影响规律和权重。研究结果表明:齿侧间隙具有相关性,其取值应满足一定的规则;中心距误差无相关性,并车级中心距误差对均载和动载荷系数的影响权重较大。因此,为提高分扭传动构型的均载特性,齿侧间隙、中心距误差需采用参数匹配的设计方法。     

扭转刚度对双输入圆柱齿轮分流传动系统动力学均载系数的影响

建立了双输入圆柱齿轮分流传动系统的弯扭耦合动力学模型,模型中考虑了各齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、啮合误差、啮合阻尼等因素.结合闭环结构特点,利用齿轮啮合线的相对位移和传动轴扭转位移消除方程中的刚体位移.采用4阶Runge-Kutta法求解系统动力学方程,获得了系统均载系数.结果表明:系统均载系数受输入轴扭转刚度影响小;分流级和并车级均载系数对双联齿轮轴的扭转刚度敏感,减小双联齿轮轴的扭转刚度可以改善系统的均载性能,当双联齿轮轴的扭转刚度小于1.1×105（N·m）/rad时,可将系统均载系数控制在1.06以内;输出轴扭转刚度的变化对分流级和并车级均载系数基本没有影响.      

封闭行星齿轮传动系统的扭振特性研究

本文建立了封闭行星齿轮传动系统的扭振计算模型,模型中考虑了行星轮和星轮的啮合相位,行星架的弹性变形和负载惯性。用数值解法获得了在受周期性变化的齿轮啮合刚度和齿频综合误差激励下的齿轮啮合动载荷和在不同的输入转速下的动载荷系数。分析了在星形轮系和行星轮系动力耦合情况下齿轮系统的动态特性,得出了对封闭行星齿轮传动设计有意义的结论。      

多激励下某直升机传动系统动载特性

针对由弧齿锥齿轮和行星轮系构成的直升机传动系统,构建了纯扭振动模型,采用集中参数法建立了齿侧间隙非线性动力学方程.通过有限元方法求得了时变啮合刚度,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对动力学方程进行了数值求解,借助动载系数、相图、Poincaré截面图、快速傅里叶变换频谱图等分析手段,研究了传动系统在时变啮合刚度、齿侧间隙、综合传动误差、外载荷等多种激励作用下系统的动载特性.结果表明啮合刚度对传动系统的影响最大,动载系数最大值为1.5;齿侧间隙对系统响应特性的影响是有限的;啮合误差在一定程度上抑制了齿轮系统的振动;外载荷波动对不同速级的影响不同,动载系数最大值发生在并车传动.     

斜齿行星齿轮传动系统振动模式与动载特性

斜齿行星传动在高速重载场合中应用越来越广泛,其振动模式和动载特性研究对减振降噪设计具有重要意义.针对斜齿行星齿轮传动系统,建立了随动坐标系,推导了含陀螺效应的多自由度间隙非线性动力学方程,求解了系统的固有特性.结果表明:斜齿行星齿轮系统存在3种典型振动模式,即轴向平移-扭转耦合振动模式(重根数r=1),径向平移振动模式(重根数r=2)和行星轮振动模式(重根数r=N－3,N>3);综合考虑啮合刚度、齿侧间隙、综合误差和外载荷等激励作用,研究了啮合相位差和激励方式对动载系数的影响规律,结果表明计入啮合相位差时动载系数有所增大,当刚度波动系数ζ=1.723时,系统分岔为2周期次谐响应,随着激励参数的变化,内啮合较外啮合更快的进入混沌状态.      

行星机构的可靠性分析与计算

行星机构的结构设计缺陷、制造与安装误差、支撑构件刚度不足等原因可能会使系统发生一定程度的偏载,从而会影响整个机构的使用寿命与可靠性。利用最小次序统计量的概念建立了行星齿轮系的可靠度计算模型,模型反映了偏载对齿轮系可靠性的影响。首先,对行星机构进行了详细的运动学和力学分析,计算得到了各个齿轮的随机载荷历程。根据Miner线性疲劳累积损伤法则,将随机载荷历程转化为等效恒幅载荷谱,并将其作为可靠性模型的载荷输入变量。然后,将特定齿轮的疲劳寿命数据进行统计处理,将统计结果作为可靠性模型的强度输入变量。最后,根据模型的计算结果定量地说明了偏载对行星齿轮系可靠性的影响程度,同时利用随机截尾数据处理方法对可靠性模型的有效性进行了验证。     

GTF发动机行星齿轮传动系统设计技术研究

行星齿轮传动系统作为齿轮驱动风扇(Geared Turbofan,GTF)发动机的关键部件,其传动功率大、空间结构紧凑、工作条件恶劣。为突破该部件设计关键技术,并为国内GTF发动机结构设计积累经验,在GTF发动机齿轮传动系统概念设计的基础上,开展了其初步设计,对齿轮进行疲劳强度分析;采用齿轮宏观参数优化和微观修形设计方法,提高齿轮承载能力,减小传递误差,改善齿轮接触区应力分布,提高齿轮传动系统的运动平稳性。