航空发动机附件机匣结构设计及齿轮强度分析

以适应某型航空发动机功能要求设计的附件机匣为研究对象,将国内外先进设计理念融入结构设计和强度分析中。采用高可靠性结构设计方法进行齿轮、轴承等重要传动部件设计;分析了齿轮疲劳强度,考虑了壳体、轴的实际刚度对齿轮疲劳强度的影响,使分析结果更接近真实情况。该附件机匣随发动机累计试车超过300 h仍工作状态良好,表明其结构设计合理,能够满足发动机附件传动功能要求。     

发动机附件机匣结构系统振动特性

基于FEM和Masta软件,详细计算和分析了某型发动机附件机匣系统在内部啮合激励下的振动响应特性.首先计算得到了各级齿轮副的静啮合误差(位移)激励,然后详细计算了在内部啮合激励下的附件机匣壳体的振动响应,分析讨论了其基本规律和特点.计算得到的附件机匣在受力位置的振动响应幅值在最大值为80g,小于限制值150g.研究表明,所提出的方法和技术有助于在设计阶段对这类复杂传动系统的振动特性预测和评估.      

航空发动机机匣裂纹故障诊断研究

针对航空发动机机匣裂纹故障,经断口分析确定为疲劳裂纹。采用ANSYS软件建立机匣有限元分析模型并进行机匣模态及相对振动应力计算,结合发动机使用工况得出坎贝尔共振图。经与多点激振、单点响应的模态试验及应变片电测的台架动应力测试等试验结果的对比分析,在波瓣振型、振动频率及共振转速等方面相互验证,确定了压气机机匣裂纹故障原因,并在此基础上提出了改进措施建议。经长试试验考核,改进效果良好,为航空发动机机匣的结构设计、振动故障分析提供了依据。     

航空锥齿轮复合应力的分析

本文强调了研究航空齿轮齿根复合应力的必要性,并就弯曲应力和行波共振应力介绍了复合应力分析方法。文中针对某航空附件传动系统,计算了锥齿轮齿根弯曲应力、行波共振应力及其复合应力,通过分析讨论,获得了一些重要结论。     

航空发动机进气机匣罩模态有限元分析

通过对两种型号发动机的进气机匣罩进行三维建模和在全约束条件下进行固有模态有限元计算分析,给出了前100阶的固有频率和位移曲线。分析结果表明,A型进气机匣罩更容易发生共振,其产生裂纹或失效的风险更大。     

航空发动机附件机匣热分析计算软件开发

开发了一种通用的航空发动机附件机匣热分析计算软件。软件综合热网络法和有限元法的优势,用Fortran语言开发了基于热网络法的附件机匣内部元件热分析模块,用APDL语言开发了基于有限元软件ANSYS的壳体热分析模块,两个模块之间存在数据交换和迭代联算。软件具有通用性,可以满足各种不同结构的附件机匣热分析计算。通过对某航空发动机附件机匣进行热分析计算,获得了附件机匣的温度场分布、生热量以及滑油出口温度,说明了软件应用于附件机匣热分析计算的可行性。     

某发动机中心螺旋圆锥齿轮组件故障研究

本文对发动机附件传动中心螺旋圆锥齿轮联接螺栓的断裂故障,从振动、强度、工艺、材料多方面进行故障机理的研究,找出了故障发生的主要原因。文中对故障件进行模态分析,临界转速计算,强度和疲劳寿命的校核,得到了组件失效是由于齿轮干涉产生的激振力引起的疲劳断裂。     

某发动机中心螺旋圆锥齿轮组件故障研究

本文对发动机附件传动中心螺旋圆锥齿轮联接螺栓的断裂故障,从振动、强度、工艺、材料多方面进行故障机理的研究,找出了故障发生的主要原因和客观条件。对故障件进行模态分析,临界转速计算,强度和疲劳寿命的校核,得到了组件失效是由于齿轮干涉产生的激振力引起的疲劳断裂。     

基于声测法的齿轮行波共振测试方法

针对航空发动机由行波共振导致的中央传动锥齿轮断裂故障，提出了一种基于声测法的齿轮行波共振转速测试方法， 建立了非接触齿轮行波共振测量系统，该测试方法简便易行，不需要对转子件进行测试改装，直接引出测试部位的声信号进行分 析研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验，研究中央传动锥齿轮行波共振特性，获取了从动锥齿轮行 波共振频率、危险转速范围。通过动应力同步测量试验进行对比验证，结果表明：该测试方法和系统可以精准识别和有效监测航 空发动机中央传动锥齿轮行波共振频率和共振转速，行波共振频率误差小于0.025%，共振转速误差小于0.018%。该方法同时适 用于其它齿轮和盘轴的行波共振故障分析，为相关类型齿轮共振试验及故障诊断提供了一种非接触、长时间监控疲劳试验的测量 方法。     

某航空发动机机匣的动力学模型修正

利用动力学模型修正技术对某航空发动机机匣的有限元模型进行了修正.通过振动模态测试得到了实际机匣的模态数据用以作为有限元模型 修正的基准.利用频率对单元刚度的灵敏度分析选定了修正区域.在此基础上,应用1阶优化方法对机匣的有限元模型进行修正.研究结果表明:修正后机匣有限元模型的前10阶模态的计算值与实际测试的误差都在29%以内,可以应用在后续的发动机整机动力学分析等方面.      

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。      

航空发动机高速锥齿轮瞬态动力学分析与试验研究

针对航空发动机中央传动锥齿轮由行波共振引起的掉块故障,采用瞬态接触动力学分析方法与试验验证相结合的手段,对行波共振发生时从动锥齿轮的共振特性和应力分布开展研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验,研究中央传动锥齿轮行波共振特性,获取了从动锥齿轮行波共振动频、危险转速以及破坏断裂特征。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:试验中出现三节径共振皆是前行波共振,四节径共振是后行波共振;三节径共振危险转速范围为74.2%～76.2%,四节径共振危险转速范围为102.8%～104.2%。数值仿真与试验测试中结构静频值具有一致性,三节径误差小于2%,四节径误差小于5%,验证了仿真计算模型的准确性。仿真计算四节径行波共振时从动锥齿轮齿根处和辐板应力集中,应力分布形式与齿轮故障复现试验断裂形式基本一致,辐板正面应力值大小与试验结果基本吻合,误差在0.5%～9.5%,满足工程级应力预测要求,验证了瞬态接触动力学分析方法对齿轮行波共振应力预测的有效性。试验表明该齿轮结构是否存在初始缺陷是发生齿轮断裂故障的重要因素之一。     

高性能发动机附件传动齿轮及齿轮材料浅析

通过研究某高性能发动机附件传动系统的结构特点、传动关系、工作条件和对材料的基本要求，分析了国内外几种发动机传动齿轮用材料的差别。列举了国内几种发动机传动齿轮故障及其后果的实例；阐述了尽快研究和发展齿轮材料技术的意义；同时对齿轮材料技术的研究和发展提出了建议。     

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。      

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。     

高转矩密度磁力齿轮的拓扑结构设计与性能比较

永磁行星齿轮和同轴永磁齿轮是两类具有不同拓扑结构和运行原理的磁力齿轮,采用定量设计比较法设计了具有相同有效体积和永磁体用量的上述两类磁齿轮,并通过有限元分析法对二者的转矩传递性能进行比较研究。研究结果表明,永磁行星齿轮较同轴永磁齿轮有更高的转矩密度和更低的转矩脉动。此外,由于永磁行星齿轮具有更加灵活的运行模式,并且能实现功率分流,使其在混合动力汽车领域有很好的应用前景。加工了一台永磁行星齿轮样机,并搭建试验平台进行了相关的试验,结果表明了该拓扑结构的有效性。     

基于响应面法的齿轮容差设计方法研究

随着附件传动系统不断向高速、重载方向发展,齿面接触可靠性问题越来越受关注.为提高齿轮可靠性,分析了齿轮传动系统常见误差类型及影响,开展了齿轮容差设计初步探讨.根据齿轮制造、加工及系统动态误差的产生原理和作用方式,基于齿轮接触应力仿真结果,确定了影响齿轮接触应力随机性的5种主要误差形式及其特征量分布规律,提出了基于响应面法的齿轮容差设计方法,给出了齿轮系统公差设计的改进方向:在进行齿轮公差设计时,重点控制H、V方向的轴向平行度公差.     

球齿轮传动齿廓接触特性分析

 对球齿轮齿廓进行了接触特性研究。在建立了球齿轮齿廓曲面方程和啮合模型基础上,利用计算机仿真的方法对其进行了齿面接触分析研究。针对球齿轮啮合传动时接触形式表现为轮齿凸面与马鞍面之间的点接触,对啮合齿面的接触椭圆进行了分析计算,确定了接触椭圆的方向和尺寸,得到了球齿轮机构在任一偏摆平面内啮合传动时接触椭圆的变化规律：在轮齿根部和顶部啮合时,接触椭圆较小,因而接触应力较大;而在轮齿中部啮合时,接触椭圆较大,所以接触应力较小。上述结论对进一步研究球齿轮的传动理论与实际应用具有重要的指导意义。     

航空弧齿锥齿轮低噪声和低安装误差敏感性设计

基于局部综合原理,提出弧齿锥齿轮副的低噪声、低安装误差敏感性设计方法。介绍了基于局部综合原理的弧齿锥齿轮小轮加工参数设计的基本过程,通过预置传动比函数的1阶导数、大轮齿面参考点处接触迹线的切线方向和瞬时接触椭圆的长半轴长度和点接触局部综合公式,求得小轮的加工参数;根据得到的弧齿锥齿轮副的加工参数,进行齿面接触分析,进而获得齿面接触印痕和传动误差曲线;对某型航空弧齿锥齿轮副进行了基于局部综合法的加工参数设计,得到对称抛物线型传动误差曲线和接近于直线的啮合印痕。齿面接触印痕和传动误差曲线有利于降低弧齿锥齿轮副的啮合振动和噪声以及对安装误差的敏感性。