航空用圆弧端齿工程设计初步研究

圆弧端齿具有承载能力强、定心精度高、拆装简便等诸多优点,而广泛应用于航空发动机及燃气轮机的转子联接结构。以圆弧端齿工程应用为目标,结合航空发动机用圆弧端齿的设计和使用经验,对带环槽圆弧端齿的结构设计、初步强度设计,以及圆弧端齿副的互换性设计进行了研究,提炼、归纳了带环槽圆弧端齿工程设计应重点关注的问题,并提出一种解决不同设备加工圆弧端齿副具有互换性问题的可行方法。     

基于圆弧端齿连接结构的风扇转子装配技术研究与应用

航空发动机圆弧端齿连接结构不同于止口形式的连接,可以用现有的成熟装配技术控制转子同轴度,目前圆弧端齿连接转子的同轴度和初始不平衡量缺少有效的控制手段。本文分析了圆弧端齿连接结构对风扇转子装配的影响规律,创建了圆弧端齿连接结构转子的装配控制算法,突破了国内该结构转子在装配优化控制上的空白,降低了人工成本,提高了装配效率,并制定了风扇转子装配优化控制新方案,降低了转子初始不平衡量及进气机匣振动水平。综上,本文从装配角度解决了某小涵道比发动机进气机匣振动问题,取得了巨大的装配优化效果,具有较高的实用价值。     

圆弧端齿结构设计和加工工艺研究进展与展望

圆弧端齿广泛应用于航空发动机轴系连接,研究其结构设计方法和加工工艺对分析航空发动机转子动力学特性具有重要意义。首先,分析了圆弧端齿结构设计理论,建立了圆弧端齿基本结构参数表述图表,对比了参数化设计方法的异同。其次,介绍了齿面应力仿真分析和试验验证情况,列举了新型结构设计实例,揭示了结构设计技术存在的问题并提出了解决途径。然后,采用弹性平均法解释了圆弧端齿的定心原理,介绍了定心精度分析、装配累积误差分析研究现状和应用情况。最后,评述了圆弧端齿加工工艺方法、加工设备、检测设备、检测方法,指出了当前存在的问题和可能的研究方向。研究结果表明:针对转子设计需求,应系统考虑圆弧端齿结构对转子动力学特性的影响;如果能够解决铣加工精度问题,采用通用设备加工圆弧端齿更具有成本优势;针对精细化检测的迫切需求,需要加快对新型检测方法的研究和探索。     

航空圆弧端齿的齿根双圆弧结构设计及优化

针对航空发动机圆弧端齿结构齿根单圆弧连接区域存在比较严重的应力集中问题,提出一种圆弧端齿结构齿根双圆弧设计方法,以改善齿根附近的应力集中现象。文中推导建立了双圆弧设计的基本公式,算例对比分析表明双圆弧设计的齿根最大等效应力比单圆弧设计降低了5.5%。在此基础上,根据EGD-3应力标准和格里森圆弧端齿设计准则,建立圆弧端齿结构的优化模型,采用精英保留遗传算法的优化方法对圆弧端齿进行了优化设计分析,优化结果表明双圆弧优化设计的齿根最大等效应力比单圆弧设计降低了12.3%,同时改善了齿根附近的应力分布状态。     

圆弧端齿联轴器定位机理研究

为了获得圆弧端齿联轴器定位精度设计和评估方法,对圆弧端齿联轴器定位机理进行了理论研究。阐述了圆弧端齿联轴器采用的弹性平均定位法及其定位原理,分析了常见的弹性平均结构设计误区,指出了影响弹性平均定位效果的关键因素。通过对圆弧端齿齿面受力分析,揭示了齿面结构参数对定心效果的影响机理,提出了齿面结构参数满足定心要求的必要条件,并根据圆弧端齿联轴器结构特点,构建了定位结构超静定系统力学模型。利用超静定系统平衡方程,结合变形协调条件,推导了圆弧端齿联轴器轴向偏差和同心偏差计算方法,并给出了定位偏差计算算例。结果表明,装配力和弹性补偿是弹性平均定位的关键要素,定位结构应保证接触面在装配力的作用下可以产生有效弹性补偿;联轴器轴向偏差和同心偏差受单齿刚度影响,随着刚度弱化的相邻齿数增加,轴向偏差变化率有逐渐增大趋势。     

圆弧端齿联轴器定位机理研究

为了获得圆弧端齿联轴器定位精度设计和评估方法,对圆弧端齿联轴器定位机理进行了理论研究。阐述了圆弧端齿联轴器采用的弹性平均定位法及其定位原理,分析了常见的弹性平均结构设计误区,指出了影响弹性平均定位效果的关键因素。通过对圆弧端齿齿面受力分析,揭示了齿面结构参数对定心效果的影响机理,提出了齿面结构参数满足定心要求的必要条件,并根据圆弧端齿联轴器结构特点,构建了定位结构超静定系统力学模型。利用超静定系统平衡方程,结合变形协调条件,推导了圆弧端齿联轴器轴向偏差和同心偏差计算方法,并给出了定位偏差计算算例。结果表明,装配力和弹性补偿是弹性平均定位的关键要素,定位结构应保证接触面在装配力的作用下可以产生有效弹性补偿;联轴器轴向偏差和同心偏差受单齿刚度影响,随着刚度弱化的相邻齿数增加,轴向偏差变化率有逐渐增大趋势。     

端齿连接及变轴力的影响

针对端齿连接及变轴力这二大特点, 本文就轴向预紧端齿连接转子的强度及动力特性以及相应分析方法进行讨论。首先说明端齿连接及变轴力对于转子强度及动力特性的影响, 然后从相应分析方法及分析内容两个方面, 针对以往工作的不足作出必要的补充。      

圆弧端齿对涡轮螺栓连接影响的数值研究

为验证某型民用航空发动机涡轮总体设计方案的可行性和安全性,以该型航空发动机涡轮的圆弧端齿连接结构为研究对象,利用有限元数值模拟方法研究了涡轮第1级盘与前轴之间采用圆弧端齿连接的设计对结构强度和疲劳失效的影响,分析了在高温及不同预紧力载荷工况下对圆弧端齿连接强度、疲劳等性能的影响规律.研究表明:该设计存在涡轮第1级盘与高压涡轮轴连接的外端齿分离而导致振动的风险,而增大预紧力可以提高螺栓连接传递荷载的能力,但螺栓孔边存在局部高应力问题.研究结果为圆弧端齿的设计方案提供了有效理论支撑和参考.     

轴向预紧端齿连接转子的动力特性分析

建立了用有限元子结构模态综合法进行轴向预紧端齿连接转子动力特性分析的公式系统。重点阐述如何考虑端齿及变轴力的影响, 如何获得变轴力端齿梁元的性质矩阵和建立变轴力端齿梁元及系统的运动方程。      

高压压气机钛着火的危害与防止措施

自60年代以来,钛合金在飞机发动机中得到广泛应用。在工作温度允许的条件下,压气机盘、转子叶片、静子叶片、机匣、蓖齿封严环等均采用钛合金。但在使用中,许多发动机的旋转钛制零件(转子叶片、封严蓖齿等)与静止钛制零件(机匣、静子叶片、封严环等)相互碰撞、磨擦引起钛合金自燃着火,使压气机的零件烧穿烧毁,严重时,火焰还会烧穿内、外涵机匣,导致发动机     

涡轴发动机端齿连接结构接触状态分析

为了研究涡轴发动机端齿连接结构接触状态变化的发生机理及规律,根据涡轴发动机端齿连接的结构特征、受力分析和考虑滑移的切向接触受力原理,确定了端齿连接结构齿面接触状态的影响因素;并通过有限元分析方法,研究了齿面接触状态的变化规律。计算结果表明:转速和轴向压紧力对接触状态有重要影响;转速越高,则齿面接触区域变小,接触应力和滑移距离变大;轴向压紧力越大,则齿面接触区域越大,接触应力和滑移距离也越大;而摩擦系数对接触状态的影响不明显。研究结果对端齿连接高速转子的结构设计提供了一定的技术指导。     

圆弧齿榫接结构应力的数值计算与分析

对两圆柱体接触问题和平面接触问题进行分析,探讨了接触区应力的收敛性.对某枞树形圆弧齿榫接结构的接触区应力进行了数值计算和分析.利用有限元软件ANSYS进行了接触分析,对比了梯形齿和圆弧齿榫接结构的应力结果,并采用光弹实验进行了验证.研究结果认为,与梯形齿榫接结构相比,圆弧齿榫接结构使接触应力、第三主应力和等效应力等降低.在此基础上,对圆弧齿榫接结构进行了优化分析,通过优化进一步降低了榫接结构的应力水平.      

基于圆弧刀廓的端面滚切锥齿轮啮合接触分析

为改善端面滚切法加工的锥齿轮齿面接触质量,基于奥利康锥齿轮全展成加工方法,对直线刀廓圆弧修形及齿面啮合接触分析进行了研究.首先对圆弧刀廓进行了几何设计,推导出了刀齿切削刃方程.在建立锥齿轮端面滚切加工数学模型的基础上,推导出了被加工齿轮理论齿面方程.研究了刀廓圆弧修形对齿面形状的影响,利用数值方法计算出了齿面修形量.建立了考虑安装误差的齿轮副滚检数学模型,推导出了齿面接触分析简化算法.最后对采用圆弧刀廓加工的一对奥利康锥齿轮进行了啮合分析,结果表明,选取合理的圆弧刀廓半径对齿面修形可以降低边缘接触风险,降低对安装误差的敏感性,改善内对角接触,此外还可以实现对两齿面接触区进行独立修正.      

弧线齿面齿轮齿面几何设计及径向齿宽特性

为适应航空领域对面齿轮传动的设计要求,综合弧线齿圆柱齿轮、面齿轮传动的各项优点,提出了弧线齿面齿轮齿面设计并研究了其径向齿宽特性。以端面渐开线齿廓弧线齿圆柱齿轮作为产形齿轮通过包络成形建立面齿轮齿面数学模型;结合齿面方程在MATLAB中进行齿面可视化分析,并通过MATLAB软件的数值计算和CATIA软件的复杂曲面造型实现面齿轮的参数化建模;确立内端根切、外端顶尖对径向有效齿宽的限制条件,计算面齿轮的径向有效齿宽,分析刀具齿轮的齿线圆弧半径和坐标系位置参数对径向有效齿宽的影响。研究表明:当增大齿线的圆弧半径,面齿轮的内径减小,外径、径向有效齿宽均增大;当增大坐标系位置参数,面齿轮的内径、外径均增大,径向有效齿宽减小。      

粉末冶金篦齿盘光整加工技术研究

篦齿盘位于高压压气机转子的末端,工况条件相对较差,特别是均压孔边静应力高,在一定振动应力作用下,均压孔边易产生疲劳裂纹。为保证零件在使用温度范围内要有尽可能高的疲劳性能,篦齿盘采用粉末冶金高温合金FGH97。本文通过粉末冶金篦齿盘光整加工技术研究,改变传统的手工抛光的工艺方法,有效地去除毛刺、刀痕波纹,降低表面粗糙度值,改善表面应力状态,提高零件加工表面质量。     

精密端齿分度盘在同轴背孔零件加工中的应用

简要介绍了精密端齿分度盘的特点，并利用其特点开辟出端合转位同轴双面车削法，解决了同轴背孔零件高同轴度的加工难点，并研制了相应的加工设备，加工出较理想的试件和产品零件。     

通用过渡圆弧改进设计与榫齿连接结构多变量优化

为了得到更加优良的榫齿连接结构形式,降低榫齿连接结构应力集中水平,提高其疲劳强度,研究了双圆弧过渡对榫齿连接结构应力的影响,推导了通用双圆弧过渡的尺寸关系式,为过渡圆弧的改进与优化提供了理论上的支持.通过对二齿涡轮枞树形榫齿连接结构过渡圆弧的改进,并进行了应力评估,证明了双圆弧过渡结构确实能降低结构的应力集中水平.基于Isight软件平台,利用二次序列非线性优化(NLQPL)方法对榫齿连接结构进行了多变量优化,得到了更加优良的结构形式,最大等效应力下降了19.98%.      

带套齿连接结构的转子系统振动稳定性实验研究

为了研究带套齿连接结构的转子系统振动稳定性,推导了套齿连接结构的内摩擦力表达式,由此求解了转子系统振动失稳的条件.设计并搭建了带柔性和刚性两种不同套齿连接结构的实验转子系统.实验研究了带不同套齿连接结构的转子系统振动的稳定性.实验发现,带柔性套齿连接结构的转子系统易于发生由内、外套齿齿面间内摩擦所引起的振动失稳.失稳的...     

带套齿联轴器转子稳定性分析

当套齿连接结构出现不对中或啮合不良时,转子存在着失稳振动的风险。针对套齿连接结构的特点,分析了带套齿转 子失稳模式。通过对整个迟滞周期积分,得到了套齿结构内阻尼系数的线性表达式;通过求解动力学微分方程得到了带套齿转子 失稳门槛转速,且失稳门槛转速在1阶临界转速以上,解释了带套齿结构的转子失稳机理。采用4阶Runge-Kutta法仿真得到了带 套齿转子发生内摩擦失稳的振动特征,探讨了套齿长度、不对中度、外阻尼以及摩擦系数等因素对失稳门槛转速影响规律。结果 表明：套齿长度和不对中度的增大都会加剧转子系统失稳,而外阻尼、齿面摩擦系数增大可以抑制转子系统失稳。其中,外阻尼对 转子稳定性影响最大。外阻尼增加后,失稳门槛转速增加了2000 r/min。     

端齿连接转子轴向松弛力（压紧力）计算

 将端齿连接转子的零部件简化归并为４类结构，利用弹性力学、壳体理论、有限元素法及多变量函数插值技术等手段，导出各类结构轴向柔度系数的工程计算表达式，并给出离心力、气动力、热载荷及机动载荷等在各端齿接触面处引起的轴向松弛力或压紧力的计算公式。还介绍了根据本文提出的方法及公式开发的计算机程序，并给出了其应用实例