齿面点蚀对航空螺旋锥齿轮副啮合特性影响分析

螺旋锥齿轮作为航空减速器的重要传动零件,具有耐久性、高强度、高效率、高平稳性的特点。而齿面点蚀作为螺旋锥齿轮的主要失效形式之一,明确其对齿轮副啮合特性的影响,对分析系统故障状态下的运动特性和提高航空传动系统的可靠性具有重要意义。本文以刀倾半展成法加工的螺旋锥齿轮副为对象,基于承载接触分析技术（LTCA）,研究了不同工况下齿面不同位置点蚀对齿轮副时变啮合特性的影响规律。结果表明,与健康齿轮相比,点蚀位置接触应力有所下降,点蚀区附近齿面接触应力显著增大。齿面啮合至点蚀位置时,齿轮副传动误差增大。点蚀越靠近啮合区边缘,对传动误差的影响越小。点蚀位于啮合中心区域时,载荷越大,点蚀对传动误差的影响越小,但影响范围越广。相关结论为螺旋锥齿轮副点蚀故障状态下传动特性分析以及航空器可靠性研究提供了支持。     

航空发动机主传动弧齿锥齿轮的接触特性研究

依据航空弧齿锥齿轮的加工原理, 建立了弧齿锥齿轮的切齿共轭方程;在考虑误差和支承刚性的条件下, 对航空锥齿轮的接触特性进行了研究, 并分析计算了误差及支承刚性对齿轮副的接触印痕和运动曲线的影响。结果表明:弧齿锥齿轮传动对沿主动轮轴向的偏移和轴间夹角的偏移比较敏感。研究问题的方法和所得的结论, 为高性能航空锥齿轮传动的研制提供了手段和依据。      

安装误差对航空弧齿锥齿轮传动误差曲线的影响分析

传动误差曲线是评价弧齿锥齿轮副动态特性与啮合性能的重要指标,而安装误差又对动态特性与啮合性能产生直接影响。为此,分析了传动误差曲线对各类型安装误差变动的敏感性。依据局部综合法设计得到了齿轮副加工参数,形成弧齿锥齿轮副齿面。计入系统安装误差,通过对轮齿接触分析,得到了传动误差曲线与齿面接触印痕。定量分析了在不同安装误差条件下,传动误差曲线的变化情况,并对航空附件传动系统中的1对弧齿锥齿轮进行了传动误差曲线对安装误差的敏感性分析。结果表明:传动误差曲线对小轮安装距误差更为敏感。     

以啮合性能为判据的弧齿锥齿轮加工方式评价

以设计要求的齿面接触印痕和传动误差曲线为目标,探讨采用展成法加工弧齿锥齿轮小轮时变性与否的问题。为此,给出了小轮加工参数形成过程中变性法与不变性法的数学特征,基于局部综合法得到了与这两种加工方式相对应的加工参数及齿面模型,在此基础上经轮齿接触分析得到了啮合性能即齿面接触印痕和传动误差曲线,将其与设计要求相对比,以评价加工方式的合理性。对某航空弧齿锥齿轮的啮合过程进行了数值仿真,结果表明不变性法比变性法得到了更好的啮合性能。     

螺旋锥齿轮啮合刚度及参数振动稳定性研究

准确计算时变啮合刚度是齿轮系统动力学研究的基础.针对航空高速重载螺旋锥齿轮,基于轮齿接触分析(TCA)和轮齿加载接触分析(LTCA)通过计算瞬时接触点的轮齿变形柔度建立了时变啮合刚度数值模型;将齿轮时变啮合刚度在一个啮合周期内视为逐段线性,基于Floquet理论推导了含时变刚度参数振动系统的状态转换矩阵解析式;通过修正小轮机床调整参数设计三种接触情况,分析了算例齿轮在相同载荷工况下的接触轨迹、传动误差、重合度和时变啮合刚度;采用二自由度齿轮系统动力学模型考察工作转速范围内的周期运动不稳定区间,分析了时变啮合刚度对螺旋锥齿轮系统参数振动稳定性的影响.      

高重合度弧齿锥齿轮的强度分析

本文采用有限元应力影响矩阵法研究了高重合度弧齿锥齿轮在多种误差和载荷条件下的弯曲应力状态 ,证明了经过优化设计的高重合度弧齿锥齿轮不仅有良好的动态性能 ,而且在一定误差范围内在强度方面具有优越性     

调整参数误差对齿面接触质量的影响

从齿面接触分析(Toothcontactanalysis,TCA)内含的啮合信息分析机床调整参数误差对齿面接触质量的影响,研究机床调整参数误差与螺旋锥齿轮齿面接触分析之间的关联规律.以SGM(螺旋锥齿轮,大轮展成法,小轮变性法加工)调整卡加工的弧齿锥齿轮副为研究对象,分析得到各个调整参数误差引起的齿面接触质量的变化规律.在此基础上,确定对齿面接触质量有较大影响的机床调整参数.      

调整参数误差对齿面接触质量影响的研究

从齿面接触分析TCA(Tooth Contact Analysis)内含的啮合信息分析机床调整参数误差对齿面接触质量的影响,研究机床调整参数误差与螺旋锥齿轮齿面接触分析之间的关联规律。以SGM调整卡加工的弧齿锥齿轮副为研究对象,分析得到各个调整参数误差引起的齿面接触质量的变化规律,在此基础上,确定对齿面接触质量有较大影响的机床调整参数。     

航空弧齿锥齿轮承载传动误差的分析与设计

在计算时变啮合刚度的基础上,推导了承载传动误差简化计算公式,并与有限元计算方法进行了比较,表明两种计算方法得到的承载传动误差的幅值、形状及一阶频谱幅值随重合度的变化趋势基本一致.根据承载传动误差简化公式定性的分析了负载扭矩与实际重合度的关系、承载传动误差的变化规律、齿面印痕和几何传动误差对承载传动误差的影响.最后根据分析结果,提出基于承载传动误差的齿面优化设计的优化策略,优化变量为接触迹线的角度、几何传动误差的幅值,优化目标为承载传动误差在较宽的负载范围内波动最小.      

系统故障模态对结构强度的影响分析

结合某型飞机前缘缝翼操纵系统，提出了三种可能出现的故障模态形式，即系统作动器卡住失效模态、作动器内部断开失效模态和作动器断裂失效模态。重点探讨了在缝翼操纵系统故障模态下，系统故障对结构强度影响的分析方法，从而为后续型号的研制提供参考。     

弧齿锥齿轮加工参数的全局优化设计

本文通过局部综合法对齿面一阶和二阶接触参数进行预控,在此基础上,全面考虑了齿轮副在小端、中部、大端啮合时的接触印痕和传动误差,通过对可选加工参数的优化设计,消除了齿轮副的三阶接触缺陷。      

弹性支承下弧齿锥齿轮齿面接触特性的理论与实验研究

航空发动机采用弹性支承后,转子弹性变形会造成主传动弧齿锥齿轮相对位置的变化,从而影响齿面接触性能。针对某型涡喷发动机转子系统,分析求解了弹性支承下齿轮安装处的变形,并将其等效地转化为齿轮副间的安装距偏差,在此基础上,完成了弧齿锥齿轮齿面接触特性分析。在转子系统模拟试验台上,对发动机主传动锥齿轮接触性能进行了实验研究。分析与实验结果同时表明支承刚度对齿面接触区和传动误差皆有很大影响。     

锥齿轮啮合作用对转子-机匣系统振动特性的影响

本以转子-机匣系统为对象，采用弯扭耦合传递矩阵法分析了锥齿轮啮合作用对不平衡响应及初始弯曲响应振动特性的影响。改进了三套纯弯曲和弯扭耦合临界转速及不平衡响应峰值转速计算方法及软件，提高了计算效率。采用此三对配套软件计算了两种支承方案的临界转速和峰值转速，在无阻尼条件下两完全一致。分析了质心按一阶振型分布和按空间分布时锥齿轮啮合作用对峰值转速及振动值的影响，得出了有工程参考价值的结论。提出了改善转子振动特性的方法。     

弧齿锥齿轮齿面拓扑修形及加工参数计算

为了能够实现对齿面啮合性能的灵活控制,针对弧齿锥齿轮小轮提出一种齿面拓扑修形方法,即借助二阶曲面对齿面偏差拓扑的近似表达,将齿面拓扑修形分解为5个方向:螺旋角修正、压力角修正、齿长曲率修正、齿廓曲率修正及齿面挠率修正,通过改变5个方向的修形系数对小轮齿面拓扑结构进行自由控制。在此基础上,建立齿面偏差与机床加工参数之间的修正数学模型,通过构建敏感性矩阵并采用最小二乘法求解,反求出获得修形齿面的小轮加工参数,以便指导加工。以一对弧齿锥齿轮副为例进行修形啮合分析,仿真结果表明:选取齿长曲率修形系数为0.0001,齿廓曲率修形系数为0.0005,齿面挠率修形系数为0.0003,对齿面进行拓扑修形后传动误差幅值为-25.60″,接触迹线倾斜角度变为54.7°,相比原始结果啮合性能得到改善。滚检接触区与理论仿真结果一致,验证了修形方法的有效性。      

一种弧齿锥齿轮传动性能优化方法

 以期望的传动误差曲线为目标,首次提出了弧齿锥齿轮传动误差曲线优化的泛变性(GMR)方法,它是对局部综合法的一种改进。首先讨论了齿面接触印痕和传动误差曲线的计算方法,并在传统局部综合法基础上提出了泛变性局部综合法,给出了该方法的理论基础即局部综合公式和齿面接触方程,接着分析了对弧齿锥齿轮传动性能尤其是传动误差影响最大的两个加工参数即小轮切削速比和三阶变性系数的变化规律,最后对某具体航空弧齿锥齿轮副的传动误差曲线和齿面接触印痕进行了泛变性优化设计。结果表明：当小轮切削速比取0621 9且三阶变性系数取-0021 99时,轮齿接触分析(TCA)实际传动误差曲线比较对称且与期望曲线较好地吻合,而齿面接触印痕几乎没有变化,由此证明泛变性法对传动性能控制的有效性和稳定性。该研究工作对于航空齿轮传动系统具有重要的实际意义。     

弧齿锥齿轮啮合迹方向角的主动设计方法

为了实现弧齿锥齿轮设计规定的啮合迹方向,以局部综合法为基础,结合轮齿接触分析技术和无约束优化方法,进行弧齿锥齿轮啮合迹方向角的主动设计,给出了1种实现齿面参考点处啮合迹目标方向角的设计方法。通过1对弧齿锥齿轮的实例演示,论证了该方法对弧齿锥齿轮啮合迹方向角进行主动设计的可行性。结果表明:局部综合法中的输入啮合迹方向角必须小于旋转轴平面中规定的角度;在调整啮合迹方向角的过程中,传动误差曲线没有发生畸变。     

基于遗传算法的弧齿锥齿轮动态特性优化设计

基于集中质量法建立了弧齿锥齿轮八自由度弯-轴-扭三维空间动力学模型,在模型中考虑了啮合刚度的时变性、几何传动误差的非线性、齿面侧隙以及支承刚度的非线性.采用Runge-Kutta法对传动系统动态响应进行求解.在此基础上,以啮合周期内动态特性指标——振动加速度均方根作为优化目标函数,使用遗传算法对局部综合法中的齿面控制参数进行优化.在对设计参数进行优化的同时也获得了齿轮副最优加工参数.最终以齿面修形的方式实现了航空弧齿锥齿轮动态特性优化,减小了齿轮传动系统的振动与噪声.      

裂纹参数和筋条布局对共振九宫板动态应力强度因子的影响

由于裂纹的出现会改变振动结构的断裂行为,本文建立了含中心裂纹九宫板结构的有限元模型并采用模态叠加原理快速求解出该结构在共振条件下的裂纹尖端应力强度因子（SIF）,然后分析并讨论了裂纹参数（偏转角度和裂纹长度）及筋条布局对应力强度因子的影响。结果表明：随着裂纹偏转角度的增加,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型应力强度因子最大值分别表现出不同的变化趋势（单调增加、无显著变化、先增加后减小）;裂纹长度同时影响应力强度因子最大值和裂纹类型;对于裂纹参数相同的九宫板,筋条布局改变了结构的模态振型,从而导致不同裂纹类型出现;特别地,当九宫板中央区域为正方形时,应力强度因子最大值和裂纹类型对裂纹偏转角度不敏感。     

螺旋锥齿轮齿面接触分析改进算法研究

针对现有齿面接触分析(TCA)的不足,提出了螺旋锥齿轮齿面接触分析的改进算法.基于空间曲面啮合原理、Enler-Rodrigues公式以及接触区几何形状的等量关系对齿面接触分析算法进行了改进,通过方程变换,减少了求解接触点位置的非线性方程组维数,由啮合方程求得到初值选取计算公式,使初始值求解有规律可循.以一对弧齿锥齿轮为例,对算法进行了对比分析与验证,结果表明:改进的齿面接触分析算法可减少求解非线性方程组时初值选取的繁复性与增强非线性方程组迭代求解的稳定性;并利用几何等量关系求解接触区几何参数,能避免求解复杂的齿面相对曲率等二阶几何参数.      

计及齿面摩擦的弧齿锥齿轮动态特性

基于集中参数法建立斜交弧齿锥齿轮8自由度动力学模型和动力学方程,综合考虑静态传动误差、齿面摩擦、齿侧间隙等激励,采用变步长Runge-Kutta法求解传动系统的动态响应,分析了摩擦因数、重合度对传动系统振动幅值的影响。结果表明:不同工况下的摩擦因数不同,随着润滑油的减少,摩擦因数增大,系统的振动位移和法向啮合力增大;随着接触迹线与根锥之间的夹角增大,重合度减小,振动幅值增大,法向啮合力增大。