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。     

封严篦齿特征参数对其密封性能影响的数值分析

利用软件CFX对直通型篦齿的内部流动进行模拟,研究了直通型篦齿齿距、转速对其泄漏量的影响.计算结果表明:篦齿泄漏量随齿距的增大而减少,篦齿转速对篦齿泄漏量的影响很小.另外,本文提出一种变齿距直通型篦齿,研究变齿距对篦齿泄漏量的影响,并对变齿距齿形所处位置对泄漏量的影响进行研究.     

典型阶梯篦齿高转速密封性能试验

在高转速密封试验设备上,进行了实际尺寸阶梯篦齿压比(1.05～28)、相对密封间隙(齿尖密封间隙和齿宽比)(24～40)、泄漏流雷诺数(1900～28000)及旋转速度(0～12000r/min)等对密封性能影响的试验。结果显示:篦齿流量系数随压比变大而上升,随相对密封间隙变大而降低;转速低于5000r/min时,旋转对篦齿流量系数影响不明显,高转速、小压比时,篦齿流量系数随转速的升高而降低,降幅超过301%;较小雷诺数下,篦齿流量系数随雷诺数的减小快速降低,雷诺数超过6000以后,篦齿流量系数受雷诺数的影响不明显;气流通过阶梯篦齿第一道齿的压力损失最小,通过最后一道齿的压力损失最大,通过中间各齿的压力损失相当。基于试验测试数据,修正了典型阶梯篦齿流量系数的求解关系式,修正后的关系式计算值与实测值吻合良好。      

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。     

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。      

斜齿轮传动鼓形齿的优化设计

斜齿轮轮齿的齿向鼓形设计是减轻齿面偏载对误差的敏感性、提高齿轮强度的有效手段。本文将有限元、柔度矩阵与数学规划结合在一起,提出了一种新的高精度的鼓形齿优化设计方法。      

压气机级间篦齿封严特性的数值研究

对压气机级间篦齿封严进行数值模拟,对比分析了考虑旋转盘腔和未考虑旋转盘腔时转速、压比、入口旋流对篦齿封严特性的影响。级间旋转盘腔改变了篦齿进出口条件,对封严特性具有显著的影响。相比于未考虑旋转盘腔的篦齿,考虑旋转盘腔的篦齿具有较高的封严效率,同时也具有较高的出口旋转比。随着转速提高,流量系数减小,出口旋转比增大。随着压比增加,流量系数增大,出口旋转比减小,并趋于平缓。随着进口旋转比增加,流量系数减小,出口旋转比增大。     

高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构设计优化（英文）

为满足直升机传动系统对复杂工况下齿轮轻量化设计的迫切需求,提出了一种高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构的设计优化方法。基于考虑应力约束的变密度法,对锥齿轮辐板进行了拓扑优化与重构,得到一种新颖的突破传统构型的高功率密度斜向支柱锥齿轮辐板结构。在传统粒子群优化（Particle swarm optimization,PSO）算法的基础上,引入马尔可夫链和进化因子,自适应地选择跳变策略和延迟信息,进而发展了智能先进的时滞跳变粒子群优化（Switching delayed PSO,SDPSO）算法,并将其应用于斜向支柱锥齿轮辐板结构的尺寸优化。优化后,锥齿轮辐板质量共减小了19.24%,所有工况的最大von Mises应力共减小了7.27%,各工况应力分布更加均匀,证明了所设计的锥齿轮辐板的结构优势和所提出的设计优化方法的先进性。     

谐波传动齿啮式输出啮合参数的优化设计

根据谐波传动齿啮式输出刚柔轮齿的啮合特点,建立了一种同时考虑啮合侧隙和啮合效率的齿啮式输出啮合参数优化设计的数学模型。该模型有７个变量、２个目标函数、３个等式约束条件和７个不等式约束条件,优化方法采用罚函数法。文中对优化实例的结果进行了分析,得出了通过适当提高径向变位系数和他齿高可改善轮齿啮合性能的结论。文中提出的理论和方法为齿啮输出式谐波传动的啮合参数设计提供了依据。