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。     

航空发动机中央传动失效故障分析

某型航空发动机在使用时发生中央传动失效故障,故障首断件为中央传动从动锥齿轮,断口性质为高周疲劳。为剖析 齿轮啮合与故障之间的关系,建立了包含主、从动锥齿轮的有限元模型,采用准静态的方法将啮合过程分成50个加载步,分析啮 合过程中从动锥齿轮应力分布情况。结果表明：在啮合过程中从动锥齿轮最大应力位置不是裂纹起始部位。通过行波共振分析、 振动应力测试、加工缺陷影响分析及故障复现试验,确定故障发生的主要原因为从动锥齿轮4节径后行波共振和啮合状态较差, 而故障位置加工状态较差对故障的发生也起到促进作用。分析结果表明：齿轮节径型振动是航空发动机齿轮主要的破坏原因之 一,在工作转速范围内节径型前、后行波振动均有可能被激起;齿轮啮合状态异常会显著提高振动应力水平。采用调整齿数、齿 宽、辐板厚度等方式可将共振转速调出常用工作转速范围,避免齿轮发生振动疲劳破坏。     

中央传动锥齿轮行波共振特征精准识别试验研究

为了精准监测复杂工作环境下航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特征,并满足对试验器改装小和测试装置易安装的技术要求。建立了基于刚性壁声波导管技术的导出式噪声测量方法和基于替代法原理的动态特性标定方法,研制了导出式噪声测量系统和数字式闭环控制声喇叭行波管装置动态标定系统,解决了复杂环境下的齿轮行波共振声信号测量与数据修正的问题。完成了基于噪声和应力同步测试的某航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特性试验,对从动锥齿轮的行波共振频率、共振转速及节径振动声辐射量级进行了分析。研究结果表明：导出式噪声测量方法及系统和动态标定方法及系统有效提高了齿轮行波共振特性的测量精度,可实现高温高油雾环境下齿轮行波共振频率和共振转速的精准识别和有效监测,行波共振频率误差小于0.04%,共振转速误差小于0.005%。四节径后行波共振时的齿轮辐板振动辐射的声压能量是三节径前行波共振时的4.5倍,说明齿轮在高转速发生行波共振会更危险。     

航空高速锥齿轮行波共振的噪声与动应力测试研究

为了获取涡轴发动机附件传动齿轮工作状态下的振动特性,采用声波导管的噪声测量方法和应用电阻应变计测量齿轮动应力的技术,得到了齿轮行波共振转速和频率以及全转速范围的动应力数据。试验结果表明:声波导管的噪声测量方法能够准确测量齿轮的行波共振转速及频率,行波共振时电阻应变计能够准确测量出齿轮动频;被测锥齿轮在运行转速范围内存在多个节径行波共振,最大分频动应力在五节径后行波处,幅值约为115MPa。     

复杂激励下涡轴发动机中央从动锥齿轮故障机理

针对某小型涡轴发动机燃气发生器转子前端中央从动锥齿轮发生的疲劳断裂故障,同时考虑了齿面高频啮合激励作用和转子-从动锥齿轮耦合振动带来的影响,研究了从动锥齿轮的振动响应特征。结果表明:齿面啮合激励会激起从动锥齿轮5节径振型,同时,转子-从动锥齿轮耦合振动会对锥齿轮产生转子转速2倍频(2×)激励,并激起锥齿轮的俯仰模态振型,除此之外,齿面附加约束作用改变了该振型下的振动应力分布、使疲劳裂纹沿径向扩展,与故障现象相符,证明了该故障机理分析的正确性。     

第3代新型低碳高合金钢弧齿锥齿轮失效分析

在中央传动调试试验中发生主动弧齿锥齿轮轮齿断裂故障,并连带其他部件产生不同程度损伤。主动弧齿锥齿轮整个圆周的接触印痕偏向小端一侧、靠近齿底,从动弧齿锥齿轮接触印痕分布在小端齿顶部位,印痕已不完整、局部超出工作面。为了排除15Cr₁₄Co₁₂Mo₅Ni₂钢弧齿锥齿轮试验中发生的断裂故障,对齿轮进行宏观检查、断口分析、组织检查、硬度测试、成分分析、啮合印痕仿真分析与验证,确定了故障齿轮断裂的性质和产生原因。结果表明：主动弧齿锥齿轮为高周疲劳断裂,疲劳起源于小端面与齿凸面根部转接棱角部位,与材质与冶金缺陷无关;在工作过程中存在异常咬合是导致该齿轮产生早期疲劳开裂的主要原因。建议优化齿面加工参数,提高齿轮工作过程中的咬合质量,从而避免此类故障再次发生。     

某型发动机附件机匣中心传动从动锥齿轮断裂故障分析

介绍了某型发动机附件机匣中心传动从动锥齿轮断裂故障,通过对断口的金相检查,及齿轮的动态性能分析和台架动应力测量。对齿轮断裂进行了理论分析和试验研究,确认该齿轮破坏属于振动疲劳破坏,据此提出了改进措施。     

圆锥齿轮行波共振应力响应仿真计算

文中叙述了圆锥齿轮行波振动和行波共振的概念。利用圆柱直齿轮齿间啮合力的形状函数,组织了对圆锥齿轮行波共振的仿真激励函数。算出了圆锥齿轮的二、三节径行波共振应力响应。算出的应力响应幅值与实测值比较一致。     

某型发动机齿轮副接触瞬态动力学及模态分析

针对某型齿轮故障,利用有限元仿真技术对齿轮副进行仿真分析,根据瞬态动力学评判齿轮副啮合的平稳性以及啮合过程中表现出的动态特性,对齿轮副接触模态进行了分析,与瞬态分析结果进行了对比。结果表明,随着转速的增加,齿轮副啮合表现出"脱啮、反啮合、双边啮合"等异常啮合状态,在转速最大时齿轮副啮频与第12阶固有频率接近,导致故障齿轮轴在齿轮副啮合时发生了弯曲共振,造成脱啮。     

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。     

盘形锥齿轮振动特性和故障分析

本文用试验和分析方法研究了A、B两种盘形锥齿轮在旋转条件下正常啮合时的振动特性和几种因素对振动特性的影响,并对A型齿轮断块故障作了分析,可供排除此类齿轮成块断裂故障参考。     

齿轮断块失效原因再探

中外航空发动机发生过多起近１／４ 齿轮的断块失效,曾被确认是齿轮共振引起。但有些现象不能解释,此结论难以令人信服。为进一步探索失效的原因,进行了齿轮行波自激振动及失稳的研究。对齿轮自激力产生的机理和其做功做了分析;用非线性摄动法对齿轮振动的稳定性作了导算;在试验器上进行了实验研究。均证实了齿轮自激振动失稳现象的存在。已知的几起中、外齿轮断块失效可满意地用自激振动失稳来解释。本文提出的新观点和研究结果可为今后高速、高负荷齿轮设计和排故提供重要依据     

弧齿锥齿轮波动共振条件分析

应用弹性理论和波动理论, 推出旋转盘形弧齿锥齿轮波动响应的模态解, 重点讨论了啮合力F对齿轮波动共振的影响。给出了弧齿锥齿轮波动共振的条件。      

中央传动锥齿轮光弹性应力分析

本文用三维光弹性法分析锥齿轮在扭矩和离心载荷下的应力分布。光弹性试验结果表明锥齿轮在两种载荷分别作用下,齿根应力分布是不同的。根据光弹性试验和综合振动试验结果得出如下结论:1.锥齿轮齿槽裂纹并非由起动扭矩引起。2.锥齿轮在高转速下,在槽底的离心应力和振动应力的组合应力是引起齿轮破坏的主要原因。     

盘形锥齿轮的横向振动特性分析

本文分析了盘形锥齿轮的横向振动特性,分析指出此种齿轮小端齿槽底横向振动周向拉应力最大,故易在此处首先出现疲劳源。对此种齿轮振动的共振条件提出了新的理论。理论分析和试验实例表明两者结果十分一致。     

预应力作用下弧齿锥齿轮的动频率计算

弧齿锥齿轮是航空发动机中的基本元件,常发生共振破坏.运用自主开发的弧齿锥齿轮设计分析系统建立了包含齿轮完整结构的有限元网格模型,并导人ANSYS软件中进行了考虑工作转速和啮合扭矩引起的预应力影响的弧齿锥齿轮动频率计算,结果表明工作转速引起的离心力和啮合扭矩对弧齿锥齿轮的振动频率有一定的影响.     

弧齿锥齿轮齿根弯曲应力分析

运用自主开发的弧齿锥齿轮设计分析系统建立齿轮的轮齿网格模型, 并将模型数据变换后导入ANSYS软件中, 经过装配和结构扩展进行轮齿的接触分析, 最后得到了多齿对接触情况下, 齿根弯曲应力的分布和及其变化规律.利用所建立的弧齿锥齿轮的轮齿模型比采用Matlab、CAD软件(如I-DEAS or Pro-Engineer)得到模型更为准确.