考虑安装误差的GTF星型齿轮传动系统均载特性影响规律

作为下一代民用航空发动机主要发展方向之一的齿轮传动涡扇发动机（GTF）,其引入了星型齿轮传动系统,为探究安装误差对星型齿轮传动系统均载特性的影响规律,基于商用软件建立GTF星型齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型,以均载系数为考查指标进行仿真分析。分别考虑太阳轮、齿圈安装误差对系统的影响,并引入柔性支撑刚度改善载荷分配不均的问题,系统地分析其影响规律。结果表明：在健康工况条件下,各啮合副接触力分布均匀,系统的均载特性良好;随着安装误差的增大,均载系数呈增大趋势,内、外啮合副均载系数较健康工况下的最多增大了21.1%和21.4%,系统的均载特性变差;通过添加柔性支撑并调整支撑刚度,内、外啮合副的均载系数减小到1.00952和1.00187,系统均载特性趋于合理,基本改善了载荷分配不均的问题。     

星型齿轮传动非线性动力学建模与动载荷研究

本文建立了星型齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学计算模型,模型中考虑了原动机和负载惯性,齿轮副的啮合综合误差,齿轮的偏心误差,时变啮合刚度以及齿轮的啮合间隙。采用适当的广义坐标变换,将线性恢复力和非线性恢复力共存的动力学方程组统一成矩阵形式,用数值解法获得了在有间隙非线性的情况下受强参数激励和多频激励的系统的动态响应和动载荷历程。最后给出了一个算例,讨论了间隙、齿频误差和偏心误差对齿轮系统的响应、动载荷以及各星轮的载荷分配均匀性的影响。并研究了刚度和误差激励和间隙的相互耦合关系,得出了对星型齿轮传动设计和制造有意义的结论。      

全齿轮系的三维有限元循环对称及接触应力分析

本文首次以完整的减速器齿轮系作为有限元应力分析对象。利用齿轮系的循环对称性取其一个基本段作为计算模型,同时还考虑了啮合齿牙间的接触传力。所考虑的载荷即有扭矩又有离心力。通过一次分析可获得整个齿轮系各部位的应力。      

齿轮减速器系统可变固有特性动力学研究

考虑到齿轮传动啮合刚度的波动和传动误差的影响以及轴承支撑刚度的作用,对二级齿轮减速器传动系统进行了理论建模和动态响应分析,并与实验结果进行了比较。结果表明,齿轮传动在单齿啮合区和双齿啮合区之间啮合刚度变化较大;减速器系统的动态特性 (固有频率、固有振型、阻尼等 )随啮合周期而发生变化,呈现出一种可变的动态固有特性。故对于系统进行研究时,可分别按单齿区和双齿区平均啮合刚度进行分析,一般可以满足实际工程要求。     

高重合度外啮合齿轮齿根弯曲应力计算方法

针对高重合度外啮合直齿圆柱齿轮副,对其齿根弯曲应力计算方法进行了研究.计算了高重合度齿轮的轮齿变形和刚度,对单个轮齿承受的载荷进行了研究,给出了高重合度齿轮齿间载荷分配率的定义和计算方法.以高重合度齿轮的双齿啮合界点作为计算载荷的加载点,给出了高重合度齿轮齿根过渡曲线30°切线位置危险截面的双齿啮合区界点的齿形系数和应力集中系数计算方法,获得了齿根危险截面弯曲应力的计算公式;采用CL 100齿轮试验机,设计了不同重合度的外啮合齿轮副,测量了其齿根的弯曲应力数值,试验结果表明:在高载荷下主动轮的齿根弯曲应力理论计算误差小于7.85%,从动轮的计算误差小于9.8%;低载荷下主动轮的齿根弯曲应力理论计算误差小于24.1%,从动轮的计算误差小于19%.      

斜齿轮齿根动应力数值计算与实验研究

运用三维有限元和齿根局部网格密化技术提出了一套计算斜齿轮啮合过程齿根弯曲应力的方法。根据齿轮系统动态特性分析, 求得作用在轮齿上的动载历程, 计算了在动态载荷作用下的齿根应力分布。通过斜齿轮齿根动应力实验, 说明了本文方法的有效性。给出了啮合过程中齿宽不同截面上的动应力分布形态, 讨论了转速和扭矩对齿根动应力的影响。      

两级星型齿轮传动系统非线性动力学研究

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙.采用数值积分方法对多间隙多自由度非线性微分方程组进行了求解.分析了两级星型齿轮传动系统由简谐振动、非谐单周期振动、倍周期振动以及拟周期振动通向混沌的非线性动力学特性.      

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。      

考虑几何偏心的斜齿轮耦合转子系统振动响应分析

以一个2对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统为研究对象,考虑静态传递误差、齿轮几何偏心等因素的影响,建立了全自由度通用齿轮啮合动力学模型,并将其与转子系统有限元模型进行耦合,建立了平行轴系齿轮转子系统的有限元模型,其中转子系统采用梁单元来模拟,齿轮之间的啮合通过啮合刚度矩阵和阻尼矩阵来模拟,最后分析了静态传递误差、转子质量不平衡、齿轮几何偏心以及三者耦合对系统动力学特性的影响.研究结果表明:齿轮几何偏心对啮合力有很大影响,其作用相当于一个扭矩作用于齿轮.      

某涡轴发动机减速器中间齿轮的设计改进

某涡轴发动机减速器上由第一级从动齿轮和第二级主动齿轮共轴组成的中间齿轮,在电子束焊接后易产生变形,影响到已精加工好的小轮齿形、齿向,使产品的报废率升高。通过对其结构进行设计改进,改变局部结构及焊缝位置,解决了多年来工艺方面的难题。本文介绍了中间齿轮结构的改进措施以及试制件的检测、考核情况。     

弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮非线性动力学研究

通过引入理想传动的概念,首次给出了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮啮合力和阻尼力的表示方法,同时也给出了多对齿啮合条件下啮合力和阻尼力产生的扭矩在不同啮合区域内的表示方法,并在此基础上,建立了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮非线性系统动力学方程。      

GTF发动机星形传动系统多分流均载机理研究

为了揭示GTF(geared turbofan)发动机星形传动系统星轮载荷分配机理,对所有齿轮的偏心误差、齿厚误差、基节误差、安装误差,轴承制造误差等分别进行了当量啮合误差分析,考虑了中心轮同时浮动导致的啮合侧隙变化而引起的浮动啮合误差,建立了针对功率流动闭环特征的各构件角位移协调的精细化均载系数计算模型,计算得到了考虑位移协调和不考虑位移协调的均载系数分别为1.0515和1.0452,获得了相应的均载特性曲线,为设计上确定均载系数、工艺上合理分配及控制公差提供科学依据.      

星型风扇驱动齿轮箱概念设计探讨

风扇驱动齿轮箱在齿轮传动涡扇发动机中发挥重要作用,为了支撑我国宽体客机发动机总体方案论证,进一步开展齿轮传动涡扇发动机的研制工作,以五路分流人字齿星型风扇驱动齿轮箱为研究对象开展概念设计。所设计的齿轮箱的主要结构特征为:太阳轮为浮动构件,通过花键传扭;行星轮采用齿轮/轴承一体化设计并选用调心滚子轴承;齿圈采用柔性支承,通过摩擦传扭。基于概念设计,本文总结并分析了后续研制过程中可能遇到的技术难点,包括传动效率、均载机构、支承与连接结构、齿面修形及系统动力学五个方面,为进一步开展风扇驱动齿轮箱的研制工作指出方向。     

支撑刚度对行星传动系统动态均载特性的影响

考虑了行星架微位移、时变啮合刚度、旋转阻尼和构件自重,建立了行星传动系统动力学微分方程.利用多领域工程系统建模、分析与优化语言Modelica进行求解,分析了各主要构件支撑刚度对行星传动系统均载特性的影响.研究结果表明:刚性支撑条件下,较小的系统误差都将引起行星轮间载荷分配严重不均匀.一个或者多个构件的支撑刚度小于107N/m时系统能获得较好的均载效果.在构件支撑刚度敏感区间,随着该构件支撑刚度的增大,系统均载性能将迅速恶化.多个构件支撑刚度减小时,系统的均载效果比单个构件支撑刚度减小要好.改变其中某个行星轮的支撑刚度会使载荷在行星轮间重新分配,降低某个行星轮的支撑刚度,其分配的载荷减小.      

参数对二分支斜齿轮传动动载和均载特性影响

采用集总质量法建立二分支斜齿轮传动系统的动力学模型及动力学方程,考虑轮齿啮合偏差和时变啮合刚度等激励因素,研究分别在不同支承刚度和不同分扭角度情况下,传动系统的动载系数和均载系数的变化规律,得出如下结论:①较大的支承刚度有利于改善传动系统的均载特性和运转平稳性,在16倍初始支承刚度下系统的均载特性已趋近于理想情况;②二分支斜齿轮传动系统的分扭角度对其动载系数和均载系数有较大影响,在分扭角度为110°时系统的均载特性最优;③即使1μm的轮齿啮合偏差也会对系统的均载特性产生较大不良影响,应严格控制.      

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.     

非牛顿大滑滚比工况的斜齿轮热摩擦特性分析

考虑啮合过程中接触线长度及齿面载荷的时变性,结合沿接触线方向综合曲率半径及卷吸速度的瞬态特点,建立满足航空传动润滑剂非牛顿流体及大滑滚比工况的有限长线接触斜齿轮热弹流润滑(TEHL)模型。采用多重网格法及逐列扫描法,获得适用于宽泛工况范围的斜齿轮热弹流润滑完全数值解;分析非牛顿及大滑滚比情形下的斜齿轮传动热摩擦特性。结果表明:斜齿轮端部存在明显压力及温度尖峰,且离入口愈近膜厚会略减小;非牛顿特性对温度场影响显著,且接触线过节点时温度分布呈“V”型分布;摩擦因数沿啮合线方向在节点处接近于0且向两侧逐渐增大,同时随滑滚比的增大而增大。      

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。