三维修形对薄轮缘斜齿轮共振应力影响的实验研究

以８对具有不同辐板布置薄轮缘斜齿轮传动为对象，通过实验研究了三维修形对斜齿轮共振应力的影响。运用建立在有限元法、柔度矩阵和数学规划法基础上的三维修形方法获得了每对齿轮副的修形曲线。结果表明，采用三维修形技术将显著降低薄轮缘斜齿轮中的应力波动和振动水平，有利于延长齿轮传动的工作寿命。     

基于ANSYS的多辐板风扇盘结构 优化设计技术

基于ANSYS优化平台,建立了风扇盘子午面优化设计模型,筛选了主要的优化设计变量.针对典型风扇盘设计问题,分别进行了单辐板及多辐板结构优化设计.结果表明,在满足轮盘变形、强度要求的条件下,多辐板风扇盘比单辐板风扇盘可明显减轻质量,并且其应力分布更为均匀,说明对于轮缘较宽的风扇盘,多辐板轮盘结构具有明显优越性.同时,多辐板轮盘结构还有利于增强轮缘弯曲刚度.      

辐板厚度变化对整体叶盘结构力学性能的影响

以发动机第四级等厚辐板整体叶盘结构为例,采用有限单元法,探讨辐板厚度变化对整体叶盘结构强度、振动及由反向温度场引起的轮盘稳定性的影响。结果表明,调整辐板厚度,可在不同程度上改变整体叶盘结构的振动特性、强度应力水平及轮盘稳定性。随着辐板厚度的增加,盘片耦合振动频率呈增加趋势,但叶片振动频率几乎不变,盘体静强度呈抛物线趋势,盘体稳定性增加。     

航空发动机齿轮副动态啮合过程与齿根裂纹扩展轨迹影响因素研究

为了研究航空发动机中附件齿轮箱中的一对齿轮副在动态啮合过程中的响应特性和齿根裂纹的扩展对齿轮系统的影响,利用有限元仿真分析法,基于显示动力学和线弹性断裂力学研究了该齿轮副动态啮合过程和齿根裂纹扩展轨迹影响因素。含有齿根裂纹的齿轮在啮合过程会产生额外的振动和噪声,会引起转速、啮合力、啮合频率、接触应力产生较大波动;齿根裂纹的扩展轨迹不同会导致齿轮系统两种典型的失效模式:轮缘断裂失效或齿断裂失效,发生轮缘断裂的可能性受到轮缘厚度与齿高比值和裂纹初始位置的影响,会随着该比值的减少和初始裂纹位置沿着齿根方向下移而增大,初始裂纹方向对裂纹扩展轨迹影响很小可以忽略。研究成果在工程中可以为齿轮结构的故障监测和结构设计提供参考。     

斜齿轮啮合刚度变化规律研究

利用基于线性规划法计算啮合刚度和载荷分布的改进方法,分别计算了一对内、外啮合斜齿轮在不同螺旋角时的啮合刚度,总结了啮合刚度在一个啮合周期内的变化规律.计算结果表明,所有参与啮合轮齿形成的啮合线总长度是决定啮合刚度大小的主要因素,在进入啮合和退出啮合的瞬时位置,啮合刚度会减小.通过与航空工业部标准(HB/Z 84.1-1984)算法的计算结果比较,浅析了轮缘厚度对啮合刚度的影响.      

斜齿轮齿根动应力数值计算与实验研究

运用三维有限元和齿根局部网格密化技术提出了一套计算斜齿轮啮合过程齿根弯曲应力的方法。根据齿轮系统动态特性分析, 求得作用在轮齿上的动载历程, 计算了在动态载荷作用下的齿根应力分布。通过斜齿轮齿根动应力实验, 说明了本文方法的有效性。给出了啮合过程中齿宽不同截面上的动应力分布形态, 讨论了转速和扭矩对齿根动应力的影响。      

双辐板涡轮盘/榫结构优化设计方法

提出双辐板涡轮盘/榫三维结构优化设计方法,包括:以盘/榫总质量作为目标函数,分部管理的设计参数,盘/榫结构分部快速优化/整体精细优化策略;基于ANSYS软件,建立了双辐板涡轮盘/榫结构优化设计平台.针对某高压涡轮转子,设计了两种双辐板涡轮盘/榫模型,分析了盘缘喉部半径、盘缘厚度参数对盘/榫危险区应力的影响.优化结果表明:双辐板涡轮盘比单辐板涡轮盘应力分布更加均匀;在满足结构强度约束条件下,两种双辐板涡轮盘分别比单辐板涡轮盘减质19.90%和17.35%;对双辐板涡轮盘/榫模型进行优化,采用该优化设计方法的计算时间仅为采用常规三维优化方法的1/3,表明其优化设计方法的合理性及高效性.      

航空发动机附件传动齿轮辐板动应力测试技术

基于高速转子结构动应力测量原理,研究在实际安装工况下的高速圆柱齿轮辐板动应力测试技术,并针对某型航空发动机附件传动圆柱齿轮辐板断裂故障实际工程问题,构建专门的附件传动齿轮动应力测试系统,测量得到该齿轮在实际工况下的动应力数据,分析结果表明:被测齿轮在实际工况下以1阶及3阶振动形式为主,最大分频幅值为21MPa,改进设计后齿轮辐板最大动应力值相比改进前降低43.8%.      

整体盘轴零件优质高效加工技术

整体盘轴零件结构及 加工工艺性分析 整体盘轴零件是典型的盘轴一体结构的零件,具有结构复杂、尺寸精度高、薄壁刚性差、材料难加工等特性.其主要结构:大端是轮盘结构,具有轮缘、辐板、轮毂、盘心孔,在轮缘上具有安装叶片的燕尾型榫槽,辐板处有48个精密螺栓联接孔,位置度要求0.05mm,零件轴颈端外型面为薄壁斜锥壁结构,壁厚仅为2.7～3.1mm,轴身上带有螺纹、蓖齿、外花键、径向斜孔等,轴身内型面有球头凹槽、锁片槽等.零件φA、φB、φC等直径配合表面尺寸公差为0.013～0.05mm,跳动、平行度、垂直度等形位公差为0.01～0.013mm,整体盘轴零件最突出的特点是轴颈锥壁与轮盘的辐板形成半封闭深型腔结构,轴向开口宽度小,径向深度大,敞开性差,而且为多圆弧转接,加工过程中刀具进退困难,容易与零件产生碰撞、干涉,加工难度极大(图1).特别是深型腔粗加工时,零件完全是实心结构,加工余量更大,这对加工非常不利.按传统的加工工艺整体盘轴零件加工不仅需要在数控车床、坐标镗床、五坐标加工中心等多种设备上完成,加工周期长、效率低,而且采用普通的机夹刀具进行深腔加工,易造成切屑缠绕、难以断屑、打刀等问题,加工质量不稳定.     

双辐板涡轮盘盘腔流动换热分析

基于UG软件建立了双辐板涡轮盘的三维模型,基于CFX软件对双辐板涡轮盘盘腔内的流动换热现象进行了数值模拟,获得了典型工况下旋转盘腔内的流场和温度场分布,初步总结了该盘腔结构内的流动换热规律。结果表明:该盘腔结构内的流动形式为典型的源-汇流动,冷气的总压和温度沿径向均逐渐增大,总压增和温度差随转速的增加而增大、随冷气流量的增加而减小,对流换热系数在不同流场区域表现出不同的分布特征。为双辐板涡轮盘的进一步结构优化设计提供了参考。     

辐板式结构齿轮传动系统的振动

本文以一个典型的齿轮传动系统为例,讨论了辐板式结构对系统固有频率和振型等动态特性的影响,并进一步计算了当辐板柔度不同时系统的动态响应,得到了轮齿上的动载荷,分析了辐板柔度的影响和附加阻尼的效用,得出一些规律性的结论,以指导辐板结构的设计及其在减振降噪方面的应用。      

斜齿轮的抗胶合优化修形

本文作者计算了斜齿轮的载荷分布 ,并进而计算了齿面的三维闪温分布。以降低齿面最高闪温为优化目标 ,提出了用数学规划技术对斜齿轮抗胶合修形进行优化设计的方法 ,考虑了齿轮支承变形对齿面闪温和优化修形的影响 ,该方法能够显著地提高斜齿轮传动的胶合极限载荷     

悬臂柔性转子动力特性及高速动平衡试验

试验研究了装不同弹性支承和金属橡胶阻尼器(组合支承)的火箭发动机氧涡轮泵转子的动力特性,并对装优选出的组合支承的转子进行了高速动平衡及重复性考核试验。结果表明:悬臂柔性转子的动力特性可以通过支承的优化组合而得到改善,单面平衡技术大幅度减小了转子的动挠度和弹支的动应力,分解和重新装配所带来的装配不平衡不会实质性的影响转子原有的平衡状态。      

行星齿轮传动的功率分流动态均衡优化设计

本文研究了浮动件支承刚度对行星齿轮功率分流动态均衡性的影响,引入功率分流动态不均衡系数K_c和动载系数 K_d,定量地描述了不同支承刚度下功率在各行星齿轮间分配不均衡程度和啮合动载荷波动程度。以浮动件支承刚度为设计变量,使 K_c和 K_d 达到极小为目标函数,采用遗传算法对 2 K -H行星齿轮传动进行了动态优化设计。研究表明:优化后的行星齿轮传动不仅固有频率有所降低,而且在工作转速附近,功率分流不均衡及动载荷皆有较大改善。      

低惯量涡轮转子结构设计与优化

论述了低惯量涡轮转子结构设计的特点和要求。在发动机载荷条件下,开展了带双辐板涡轮盘的低惯量涡轮转子结构设计研究。特别是针对双辐板涡轮盘结构及其连接结构的设计特点,进行了经验设计、结构拓扑优化和形状优化。对优化得到的两种双辐板涡轮盘结构形式进行了对比分析,并对焊接的双辐板涡轮盘结构的制造工艺进行了简要分析。结果表明,低惯量涡轮转子采用双辐板涡轮盘结构可行,能有效减轻涡轮盘质量,降低转子热惯性和机械惯性。     

辐板式通风器阻力计算方法及影响因素分析

为了研究航空发动机中应用最为广泛的辐板式通风器的阻力特性及其影响因素,以一般结构辐板式通风器为模型对其 特征进行了识别,定义了辐板结构和节流孔/板结构,并对这2种结构阻力的产生机理进行了分析,建立了辐板式通风器通用的阻 力算法模型,通过CFD仿真和部件、整机试验对模型的准确性进行了验证。结果表明：在相同转速和流量条件下,辐板结构产生的 阻力与外径尺寸成正比,与内径尺寸成反比;辐板宽度对辐板式通风器总阻力基本无影响;节流孔/板结构产生的阻力与流通面积 成反比;辐板结构、节流孔/板的阻力与工作转速正相关,工作转速越高,辐板结构阻力的占比越大,所建立的阻力算法比仿真分析 方法和试验方法更为高效、便捷,且准确性较高。     

航空齿轮涂层材料优选及涂层厚度优化

基于赫兹接触理论建立了齿轮接触有限元分析模型。以Cr/a-C、a-C、B4C/a-C复合陶瓷涂层材料为优选对象和一对典型航空直齿圆柱齿轮为载体,通过齿轮涂层应力场分析,确定了齿轮涂层优选材料及涂层材料最佳厚度。结果表明:B4C/a-C涂层材料与齿轮基体材料具有较好的匹配性,涂层厚度与赫兹接触半宽之比为0.02时,齿轮基体与涂层结合面处剪切应力较小,且此涂层厚度满足磁控溅射涂层制备工艺要求。研究结果为后续齿轮涂层试验件设计提供了理论依据。     

基于解析解的人字齿轮齿廓修形动态分析

根据人字齿轮传动的结构,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙,并把齿廓修形作为一种时变齿侧间隙计入,建立了单级人字齿轮传动的弯-扭-轴耦合动力学模型和相应的非线性动力学方程.对方程的数值解进行分析,发现合理的修形使人字齿轮传动不发生齿面的完全分离.基于多尺度法对不发生齿面完全分离时的人字齿轮传动系统进行了摄动分析,得到了系统在主共振频率附近幅频响应的近似解析解.相比数值方法,解析法具有很高的求解效率.最后,根据近似解析解研究了修形参数对动载系数幅值的影响.研究发现:螺旋角越大使动载系数最小所需的修形量越大,而所需的修形长度越小.另外,使动载系数最小的最优修形参数解域呈新月形,其随着主动轮支承刚度的增大而先增大后减小;随着被动轮支承刚度的增大而持续减小.      

双辐板涡轮盘结构强度分析

对双辐板涡轮盘的结构特点和工艺难点进行了介绍,通过与传统涡轮盘进行对比阐述了双辐板结构的先进性,并应用有限元分析软件对传统涡轮盘和双辐板涡轮盘进行了强度分析。结果表明:双辐板涡轮盘在强度和质量方面具有优势,对双辐板涡轮盘未来的研制提出了设想。     

基于承载传动误差幅值最小的斜齿轮齿面修形优化设计

为了减小振动与噪声,提出了以承载传动误差幅值最小为优化目标的修形齿面设计方法:通过两段曲线与一段直线分别设计齿廓、齿向、三维修形(齿廓与齿向修形的叠加)修形曲线,通过三次B样条拟合了相应的修形曲面,与理论齿面叠加构造了斜齿轮修形齿面,推导了其法矢,将斜齿轮修形技术与承载接触分析技术结合起来,采用遗传算法对修形曲线参数进行优化,编制了一套齿面修形优化分析程序,能对修形后的斜齿轮副进行齿面接触分析(TCA)、承载接触分析(LTCA).结果表明:无修形齿轮副的传动误差幅值随载荷增加而增大,修形后随载荷的增加重合度逐渐增大,幅值会产生波动,然后保持稳定,为斜齿轮修形齿面优化设计提供了新的方法.