航空发动机高速锥齿轮瞬态动力学分析与试验研究

针对航空发动机中央传动锥齿轮由行波共振引起的掉块故障,采用瞬态接触动力学分析方法与试验验证相结合的手段,对行波共振发生时从动锥齿轮的共振特性和应力分布开展研究。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动频、危险转速以及破坏断裂特征。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:试验中出现三节径共振皆是前行波共振,四节径共振是后行波共振;三节径共振危险转速范围为74.2%～76.2%,四节径共振危险转速范围为102.8%～104.2%。数值仿真与试验测试中结构静频值具有一致性,三节径误差小于2%,四节径误差小于5%,验证了仿真计算模型的准确性。仿真计算四节径行波共振时从动锥齿轮齿根处和辐板应力集中,应力分布形式与齿轮故障复现试验断裂形式基本一致,辐板正面应力值大小与试验结果基本吻合,误差在0.5%～9.5%,满足工程级应力预测要求,验证了瞬态接触动力学分析方法对齿轮行波共振应力预测的有效性。试验表明该齿轮结构是否存在初始缺陷是发生齿轮断裂故障的重要因素之一。     

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。     

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。     

航空发动机放气带提前关闭故障分析

针对航空发动机发生的由放气带提前关闭引发的喘振故障,简述了该型发动机放气带防喘的原理和结构,分析了引起放气带提前关闭的众多因素,最终确定故障是由右部传动系统锥齿轮的周节累计误差未控制造成右部传动系统传输转速不平稳引起。根据分析结果,制定了对右部传动系统6个锥齿轮周节累计误差进行控制的要求,对故障发动机进行优化齿轮更换,对装配贯彻优化齿轮的发动机进行外场使用情况跟踪。后续试验验证表明:分析得到的故障原因正确,制定的解决措施合理,效果令人满意,可为同类故障分析提供参考。     

基于齿廓修形的锥齿轮再制造技术

锥齿轮是航空发动机传动系统中的重要组成部分,在使用过程中容易产生齿面磨损、齿面点蚀、齿面剥落、齿面胶合等故障。文中分析了锥齿轮故障原因及再制造可行性,构建了锥齿轮的再制造判别标准,制订了以齿廓修形技术为核心的锥齿轮再制造工艺方法。通过检测渗碳层深度、硬度,试验验证,齿轮装配检查,台架试车考核表明：再制造的锥齿轮渗碳层深度、显微硬度符合设计要求,齿轮啮合间隙、着色印痕以及试车后齿面金属印痕均符合技术要求,装机试用的锥齿轮传动平稳,啮合性能好,产生的振动和噪声小。再制造成本仅为新品的11.3%,节能效果为86%,节材78%,取得了显著的经济和社会效益,具有广阔的应用前景。     

采用积分温度准则预测航空锥齿轮胶合失效

本文分析了预测锥齿轮胶合失效的积分温度准则的特点;提供了国产航空润滑油的FZG试验结果和航空锥齿轮的胶合温度;并采用积分温度准则对我国现役机种中数十对锥齿轮进行验证计算,所得结果与实际使用情况基本相符。     

航空发动机锥齿轮故障诊断技术研究

通过在锥齿轮相对应的附件机匣壳体上固定加速度传感器,在发动机试车过程中采集锥齿轮振动信号,识别特征信号,运用时频分析法、低秩稀疏分解算法、稀疏正则算法、谱峭度法分别对锥齿轮故障特征信号进行分析处理,通过比较分析,表明低秩稀疏分解算法能够有效滤除噪声和谐波干扰信号,增强故障特征信号的显著性,识别锥齿轮潜在故障,解决了锥齿轮微弱振动信号难以分离和识别的技术难题,实现了航空发动机锥齿轮故障诊断,保证了锥齿轮工作可靠性和安全性,为航空发动机锥齿轮故障诊断提供了新方法。     

航空发动机弧齿锥齿轮断裂故障分析

航空发动机附件机匣中心主动锥齿轮在工作过程中先后三次出现断裂故障,并连带其他部件不同程度损伤,造成飞行任务中断。故障件破坏形貌基本相同,主动锥齿轮辐板有包括5~6个齿的弧形大掉块,其余齿牙也均严重损伤。通过开展理化分析、强度和振动特性分析、动应力测量和整机振动响应测试,进行了故障机理研究,找出了故障原因,并据此进行了改进设计和持久试验验证。可为同类故障分析提供借鉴。     

某涡扇发动机齿轮箱组件精密装调技术

分析某涡扇发动机齿轮箱组件的结构特点和装调工艺难点,提出了齿轮箱组件精密装调的关键技术,制定了合理的装调技术方案,采用理论计算和分析、工艺试验等方式开展齿轮侧隙检测、弧齿锥齿轮侧隙调整、接触印痕检测与调整等关键技术研究。通过设计专用测量装置实现了弧齿锥齿轮侧隙检测,研究弧齿锥齿轮侧隙调整方法,进行了侧隙变化量的理论计算并开展工艺试验对理论计算结果进行验证,得到了弧齿锥齿轮轴向位移与侧隙变化量之间的数值关系,为弧齿锥齿轮侧隙调整提供依据。分析了弧齿锥齿轮接触印痕影响因素,采用着色检查进行弧齿锥齿轮接触印痕检测,并开展工艺试验研究接触印痕的调整规律,通过对工艺试验结果进行分析总结并结合锥齿轮接触印痕理论变化规律,得到了弧齿锥齿轮接触印痕调整的半定量规律。通过研究突破了齿轮箱组件精密装调技术瓶颈,完成一台合格产品的装配和调试。     

中心传动锥齿轮齿面损伤故障分析

针对某型航空发动机中心传动锥齿轮齿面损伤故障,按逻辑关系绘制了锥齿轮故障树,列举了产生故障的可能原因,分析结果表明主动锥齿轮轴承座与附件机匣安装孔规定的过盈量小是故障产生的主要原因,并提出了改进措施。     

冲击载荷作用下的锥壁失效仿真及试验验证

根据航空发动机支承锥壁结构受力特点,对风扇叶片飞失冲击载荷作用下的锥壁失效破坏机理进行了研究.利用显式动力学有限元仿真方法,对冲击载荷作用下的锥壁结构动态失效过程进行了瞬态分析.开展了对锥壁的落锤冲击试验,并与分析结果进行了对比验证.试验和分析结果表明:冲击载荷作用下锥壁减薄处破坏为剪切失效破坏.采用的显式动力学有限元...     

锥齿轮副误差测量成组夹具设计

本文重点讨论了锥齿轮副齿圈跳动误差、背锥及面锥相对零件中心线的位置误差、齿根余量误差和齿轮啮合中心距误差测量专用夹具解决的技术难点,提高锥齿轮副的误差检测的精度,为测量夹具提供思路。     

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。     

高重合度弧齿锥齿轮的性能分析与实验研究

从提高弧齿锥齿轮的强度和降低噪声出发,借助于TCA和LTCA等计算机仿真方法,通过增大接触路径的倾斜度,提出了高重合度弧齿锥齿轮的设计方法。这种齿轮传动误差波动小,齿面载荷分布合理,啮合性能优良。通过切齿、齿根应力测试、噪声测量等对比实验,验证了高重合度弧齿锥齿轮设计方法的可行性,证明了这种齿轮在动态性能与强度性能方面均有优越之处。      

仿真技术在飞机起落架可靠性分析中的应用研究

起落架所承受的动载荷较大,造成系统工作环境复杂,出现故障较多,因此对起落架系统可靠性的研究显得迫切和重要。以三维辅助建模软件CATIA、有限元分析软件NASTRAN、多体动力学分析软件LMS Virtual．Lab和液压控制仿真软件AMESim等为工具,采用自动仿真求解策略针对某起落架典型失效模式进行仿真分析,得到仿真...     

齿轮弯曲疲劳可靠度预测的计算方法

用一个新的基本观点-把齿轮弯曲疲劳失效处理成随机事件, 以这个随机事件为研究对象, 用齿轮弯曲疲劳的累积损伤强度K_w和总疲劳损伤量D_w来描述弯曲疲劳失效随机事件, 得出用概率描述的弯曲疲劳的疲劳累积损伤模型。用这个计算模型, 提出了计算齿轮弯曲疲劳可靠度的方法。      

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。     

直升机尾桨轴疲劳试验技术研究

尾桨轴为直升机传动系统中的关键部件,疲劳破坏为其主要的失效模式。本文结合某直升机尾桨轴的疲劳试验,介绍了疲劳试验设计、试验实施方案设计的工作内容和方法。考虑试验的考核要求,对锥齿面啮合处约束边界进行工程简化,设计了防扭结构。将试验载荷分解到作动器上进行协调加载,实现旋转弯矩和剪力绕尾桨轴轴线的旋转,模拟了真实载荷的传递和分布。根据飞行谱和使用载荷确定低周疲劳载荷谱,并给出了既满足加载要求,又易于实现的加载方法。