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。     

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。      

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.      

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.      

GTF发动机星形传动系统多分流均载机理研究

为了揭示GTF(geared turbofan)发动机星形传动系统星轮载荷分配机理,对所有齿轮的偏心误差、齿厚误差、基节误差、安装误差,轴承制造误差等分别进行了当量啮合误差分析,考虑了中心轮同时浮动导致的啮合侧隙变化而引起的浮动啮合误差,建立了针对功率流动闭环特征的各构件角位移协调的精细化均载系数计算模型,计算得到了考虑位移协调和不考虑位移协调的均载系数分别为1.0515和1.0452,获得了相应的均载特性曲线,为设计上确定均载系数、工艺上合理分配及控制公差提供科学依据.      

基于动力学的齿轮传动系统动载系数计算方法

从动力学的角度建立直齿轮传动系统的弯-扭动力学模型。运用当量啮合误差原理将齿轮的制造误差和安装误差转换到啮合线上,并建立系统的微分方程组。计算直齿轮传动系统的动载系数并分析误差及齿轮啮合刚度对齿轮传动系统动载系数的影响。分析表明:齿轮的误差增加时,齿轮啮合动载荷增加,动载系数增大;当齿轮副的啮合刚度增加时,齿轮的弹性变形减小,齿轮啮合动载荷减少,动载系数降低。因此,减少齿轮的误差、提高齿轮的啮合刚度是减小齿轮动载荷,降低动载系数的方法之一。     

扭转刚度对功率分流传动系统均载特性的影响

考虑齿侧间隙、齿轮副间的时变啮合刚度、齿轮偏心误差、轴的扭转以及支撑刚度等,构建了面齿轮-圆柱齿轮两次功率分流传动的动力学模型。利用传动构型的力封闭特点以及将轴的扭转角位移当量转化成线位移的方法,消除了系统方程中的刚体位移。采用Runge-Kutta数值仿真法求解了动力学方程,获得了传动系统的均载系数,并研究了各传动轴扭转刚度对均载系数的影响。结果表明:输入、输出轴的扭转刚度对系统各传动级均载特性几乎没有影响;均载系数对左、右分扭轴和双联轴的扭转刚度较敏感。在双联轴满足强度要求且扭转刚度取较小值时,左、右分扭轴扭转刚度的合理匹配可进一步提高系统的动力学均载特性。      

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.     

基于变形协调的行星轮系均载特性研究

以2K-H行星齿轮传动系统为研究对象,根据整个系统构成功率流动闭环的特点,建立了系统的力矩平衡条件和变形协调条件,并运用当量啮合误差理论,计算了各个行星轮以及系统的均载系数.从静力学角度分析了各构件的制造误差、安装误差以及浮动对行星传动均载性能的影响.提出了一种新的算法,以供工程应用参考.      

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.      

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.     

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。      

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.      

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。     

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.      

参数对二分支斜齿轮传动动载和均载特性影响

采用集总质量法建立二分支斜齿轮传动系统的动力学模型及动力学方程,考虑轮齿啮合偏差和时变啮合刚度等激励因素,研究分别在不同支承刚度和不同分扭角度情况下,传动系统的动载系数和均载系数的变化规律,得出如下结论:①较大的支承刚度有利于改善传动系统的均载特性和运转平稳性,在16倍初始支承刚度下系统的均载特性已趋近于理想情况;②二分支斜齿轮传动系统的分扭角度对其动载系数和均载系数有较大影响,在分扭角度为110°时系统的均载特性最优;③即使1μm的轮齿啮合偏差也会对系统的均载特性产生较大不良影响,应严格控制.      

行星轮系动态特性分析

针对某一具有五个行星轮的2K-H型行星齿轮传动系统,建立了多自由度系统的动力学模型,采用Gill法对系统的运动微分方程进行数值积分,得到了此多自由度系统在刚度激励作用下的动态响应,并计算了轮齿间的动态载荷,其中着重考虑了齿轮接触比和太阳轮中心浮动对动态特性的影响。