航空发动机附件机匣壳体变形分析

研究工作状态下附件机匣的壳体变形,对于提高航空发动机的安全性、可靠性具有重要意义.结合使用MASTA软件和ANSYS软件,综合考虑齿轮、轴、轴承和壳体等零部件的变形及其在传动过程中的相互影响,得到真实的轴承载荷和壳体变形结果,并提出通过计算齿轮轴平行度的方法对壳体变形量进行评估的方法.此外,采用杠杆砝码加载,模拟实际工作中扭矩传递的壳体变形试验方法.将试验值与计算值进行对比分析可知,二者虽然存在一定误差,但量级基本一致,该方法可作为机匣壳体变形试验的1种探索性测量方法.     

基于ANSYS的附件机匣抽油口润滑油温度计算

以某型航空发动机附件机匣为研究对象,采用有限元方法建立了附件机匣壳体稳态热分析模型,求得附件机匣壳体的温度场分布,从而计算出了抽油口的润滑油温度。     

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。     

附件机匣振动力学行为及寿命分析

附件机匣作为航空发动机的重要部件,获得其寿命指标至关重要,在对附件机匣壳体进行疲劳寿命分析时,需要充分考虑其复杂多样的工作环境以及各载荷情况。基于ANSYS Workbench有限元仿真,计算得到了附件机匣在考虑自身重力和固定约束条件、轴承载荷、温度场以及振动载荷谱共同作用时的应力响应功率谱密度。采用雨流循环计数方法并通过MATLAB编程计算得到附件机匣的疲劳寿命。结果表明:振动谱沿Z轴得到的等效应力值最大,且最大点的应力响应PSD谱中σx的总均方根值远大于其余应力。单独采用σx应力PSD谱和采用所有应力PSD谱计算得到的寿命相差仅50 min,因此可采用RMS最大的σx应力PSD谱计算附件机匣的疲劳寿命。     

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。     

基于轴承衬套典型构件的微动磨损问题研究

以航空发动机附件机匣轴承衬套为例,从微动磨损问题出发,对轴承衬套工作条件、使用工况进行分析,结果表明轴承衬套磨损为典型的微动磨损现象,并开展了轴承衬套微动磨损试验,复现了轴承衬套磨损现象,验证了理论分析结果。通过本文研究确定了航空发动机附件机匣轴承衬套微动磨损发生的影响因素,并针对这种典型结构提出预防微动磨损问题发生的改进方案,对其中的铝材料表面硬质阳极化方案开展了发动机验证,结果表明对解决铝轴承衬套的磨损问题有明显效果。     

直升机主减速器变形对传动性能的影响分析

综合考虑了直升机主减速器机匣、轴系及轴承的支撑变形,计算了在实际工况下弧齿锥齿轮副的当量错位量。利用ANSYS软件对机匣进行静力分析,通过最小二乘优化方法得到了加载条件下输入轴和输出轴的轴线方程;对齿轮副进行受力分析,采用一维有限元方法计算了轴系及轴承各节点处的位移;将两组变形量叠加求出了当量错位量。建立了考虑错位量的轮齿接触分析(TCA)模型,根据错位量对齿面进行再设计,获得了优化后的小轮加工参数。结果表明:在变形形成当量错位条件下,齿面受载时,优化后的齿轮副齿面印痕会靠近齿面中心,改善了齿轮副的啮合质量。     

航空发动机外涵机匣轻量化设计研究

为减轻外涵机匣质量,首先对外涵机匣进行质量权重分析,确定减重设计方向;然后建立外涵机匣轻量化设计流程,应用有限元分析软件分析外涵机匣壳体和环(纵)向安装边各结构参数对强度、质量的影响,得到影响机匣壳体、安装边质量的关键因素;最后对其关键因素进行多目标优化,达到轻量化设计目标。结果表明,通过采用轻量化设计,外涵机匣结构效率提升了17.9%,为同类机匣轻量化设计提供参考。     

复杂载荷下复合材料机匣结构稳定性的数值分析

对某航空发动机复合材料外涵道机匣构件进行了结构有限元建模与线性屈曲特性的有限元分析。利用圆柱壳体耦合载荷的研究成果 ,分析了机匣在轴向压力、端部扭矩及内压组合作用下的屈曲行为规律 ,进而为航空发动机的结构设计提供了参考依据。     

复杂载荷下复合材料机匣结构稳定性的数值分析

对某航空发动机复合材料外涵道机匣构件进行了结构有限元建模与线性屈曲特性的有限元分析.利用圆柱壳体耦合载荷的研究成果,分析了机匣在轴向压力、端部扭矩及内压组合作用下的屈曲行为规律,进而为航空发动机的结构设计提供了参考依据.     

含复杂滚动轴承建模的航空发动机整机振动耦合动力学模型

在航空发动机整机振动模型中对滚动轴承进行了详细建模。建立了5自由度（DOF）球轴承动力学模型,推导了在5自由度复杂变形下的轴承力和力矩表达式;针对圆柱滚子轴承,利用“切片法”,推导了考虑轴承径向变形、圆柱转子凸度、轴承间隙以及轴承倾斜引起的角向变形等复杂因素作用下的圆柱滚子轴承的作用力;将复杂的球轴承模型和滚子轴承模型与6自由度的转子和机匣有限元梁模型结合,建立了含复杂滚动轴承建模的航空发动机整机振动模型,并利用数值积分方法进行了动力学方程求解。利用带机匣的转子试验器进行了方法验证,与试验结果对比表明,仿真计算的整机振动前3阶固有频率误差在5%以内,对应振型完全相似。      

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.      

基于共振分析的发动机附件传动系统危险齿轮的确定

为了确定某典型发动机附件机匣齿轮系统危险齿轮,对附件机匣各齿轮进行模态计算,通过行波共振分析获得共振Campbell图,初步得到危险齿轮编号.采用等效有限元法建立齿轮系统有限元模型,计算研究齿轮系统共振特性,确定工作转速内可被激起的危险共振模态,通过应变能法确定危险齿轮从而对单齿轮分析结果进行补充.结果表明:所提出的方法和技术能够有效确定复杂附件传动系统危险齿轮,从而大幅减少设计时间,并可为试验测量和故障分析提供参考.     

壳体精车装夹优化设计

壳体为陀螺加速度计的重要结构件,壳体加工精度的提高对保证陀螺加速度计的工作精度十分关键。针对壳体精车内孔产生振纹的问题,在现有弹性夹套的基础上,分别设计了螺钉和半圆瓦式垫片对壳体薄壁部分进行夹紧固定。使用有限元软件ABAQUS对优化的装夹系统进行静力学分析,分析工件受力变形和应力分布情况,并通过车削试验进行对比。结果表明,同时使用螺钉和半圆瓦式垫片装夹工件,壳体内孔的表面粗糙度达到0.36μm~0.39μm,圆柱度达到0.001mm~0.002mm,满足表面质量要求。     

航空发动机TC4机匣加工变形控制研究

航空发动机机匣零件的设计采用整体化、轻量化设计思想,使得结构复杂、规格尺寸大、薄壁特征多,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题尤显突出。探讨了薄壁结构机匣零件加工变形产生机理,提出分区去除余量控制加工变形的方法。使用Prism电子斑纹干涉钻孔残余应力仪测量了钛合金TC4机匣毛坯表层深度残余应力,通过有限元仿真结果预测出机匣毛坯内部残余应力分布规律。建立了机匣切削加工的有限元仿真模型并进行数值仿真,对两种工艺路线下的变形进行对比分析。最后,通过机匣的切削加工试验验证了仿真结果的正确性。     

圆柱壳体上环形焊缝焊接变形的数值分析

用数值方法研究了圆柱形筒体间环缝及圆柱形筒体与法兰对接后环缝引起的焊接变形，并与试验进行比较，研究结果表明：圆柱形壳体间的对接环缝对法兰平面倾斜没有明显的影响；使圆柱形壳体的径向产生变形；圆柱形壳体与法兰对接环形焊缝将引起壳体的径向变形及法兰平面度的变化；采用纵向收塑力对圆柱形壳体间对接和圆柱形壳体与法兰对接两种环缝进行有限元分析是可行的。     

航空发动机机匣数控加工变形控制方法

机匣加工变形控制涉及到加工过程中的各个环节以及彼此之间的相互影响。本文基于有限元仿真分析,提出了一种机匣类零件数控加工变形控制方法,最终通过加工实验验证了变形控制方案的有效性。     

螺栓连接对发动机机匣装配同心度及动力特性的影响

航空发动机机匣为薄壁圆筒结构,螺栓连接紧度及分布对其装配同心度及动力特性影响较大。本文建立了发动机压气机机匣的三维有限元模型,通过ANSYS模拟螺栓预紧力,分析螺栓紧度分布及加载顺序对机匣装配同心度的影响规律。同时,利用有限元技术分析螺栓蠕变松弛对机匣同心度的影响,得到螺栓应力随时间变化规律。研究结果对航空发动机机匣装配质量提高及机匣静子系统动力特性计算具有一定的参考价值。     

薄壁焊接机匣橡皮囊胀形法校形研究

为了解决机匣冲压回弹及焊接变形问题,提出一种机匣内部橡皮囊膨胀校形工艺。以某机匣为研究对象,通过理论计算确定了机匣校形压力。借助有限元分析软件,对与机匣有相同基本特征的薄壁焊接筒形件的塑性变形受力特性及校圆行为进行了分析。模拟结果显示,筒形件的初始直径、跳动和壁厚对最终筒形件跳动校正效果有影响。利用自制的校形装置对橡皮囊胀形法校形效果进行了验证。     

某型航空发动机翻修期内轴承内环与轴颈配合分析

发动机轴承与主轴的配合特性是影响支承系统的重要因素,受工作过程中离心力、热变形影响,轴承内环和主轴的配合特性会产生变化,对发动机轴承寿命、整机振动表现均有影响。某型发动机轴承内环和转子依靠过盈配合定位,总结分析该发动机翻修期内轴承与主轴的配合特性,并采用有限元接触计算方法,对工作条件的变形范围、过盈量保持和接触应力分布进行了分析,研究表明该型发动机轴承与主轴的配合过盈量在翻修期内能够有效保持。