某型航空发动机中心锥齿轮动力学特性研究

发布时间：2017-10-17 17:53

  本文关键词：某型航空发动机中心锥齿轮动力学特性研究

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【摘要】：中心锥齿轮作为航空发动机的关键部件,将发动机主轴转速按一定比例与转向传递给发动机附件装置。一旦发生故障将造成严重事故,就航空发动机中心锥齿轮故障统计数据来看,航空发动机中心锥齿轮大部分故障都是由于共振引起的节径型掉块故障。因此对航空发动机中心锥齿轮动力学特性研究十分必要,对设计与制造高可靠航空锥齿轮、避免故障发生起到了有力的推动作用。本文通过有限元计算得到了某型航空发动机中心锥齿轮的固有频率,确定了适用于航空发动机中心锥齿轮振动分析的边界条件。当齿轮啮合的振动动载荷产生的激振力一旦与某阶振型的行波振动频率一致时将激起齿轮的节径型行波振动。因此根据行波振动基本理论编制了锥齿轮行波共振分析程序,并对该型航空发动机中心锥齿轮进行了行波共振分析。结果表明主动锥齿轮与从动锥齿轮在工作转速范围内均存在2节径2阶与4节径1阶共振的可能。对于齿轮传动系统,时变啮合刚度是主要的激励源。因此本文主要考虑时变啮合刚度引起的非线性因素。本文采用有限元接触分析得到了某航空发动机中心锥齿轮的啮合刚度,通过傅里叶变换得到了中心锥齿轮啮合的时变啮合刚度。形成了航空发动机中心锥齿轮时变啮合刚度计算方法。根据齿轮传动系统动力学特性分析的基本理论,建立了航空发动机中心锥齿轮动力学模型,引入了时变啮合刚度对锥齿轮传动系统产生的非线性作用。分析了锥齿轮时变啮合刚度对航空发动机中心锥齿轮传动系统的动力学特性的影响。分析结果发现,该型航空发动机中心锥齿轮传动系统发生了多频响应,其中两阶响应频率与从动锥齿轮的2节径1阶和2阶固有频率吻合。存在较大的风险,因此应当避开从动锥齿轮2节径的共振频率。考虑不同输入载荷后发现输入载荷的大小,不是影响锥齿轮传动系统振动的主要原因。
【关键词】：航空发动机 锥齿轮 动力学 固有特性 行波振动
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V263.6;V232.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 齿轮系统动力学理论简介14-16
• 1.3 齿轮系统动力学研究现状16-17
• 1.4 弧齿锥齿轮动力学研究现状17-19
• 1.5 本文的研究内容19-20
• 第二章 齿轮传动系统动力学基本理论20-34
• 2.1 激励的类型与性质20
• 2.2 轮齿啮合刚度计算方法20-22
• 2.3 直齿轮轮齿弹性变形计算方法22-26
• 2.3.1 材料力学方法22-25
• 2.3.2 数学弹性力学方法25
• 2.3.3 有限元法25-26
• 2.4 时变啮合刚度基本原理26-28
• 2.5 齿轮系统扭转型振动分析模型建立28-30
• 2.5.1 齿轮传动系统的扭转振动分析模型28-30
• 2.6 齿轮动力系统模型中主要参数确定30-33
• 2.6.1 锥齿轮转动惯量31-32
• 2.6.2 轴的扭转刚度32
• 2.6.3 轴的扭转阻尼和轮齿的啮合阻尼32-33
• 2.7 小结33-34
• 第三章 中心锥齿轮固有特性计算分析34-57
• 3.1 齿轮的扭转振动34-35
• 3.2 齿轮的行波振动35-39
• 3.2.1 行波振动原理35-36
• 3.2.2 行波振动的固有振动频率36-37
• 3.2.3 行波振动分析37-39
• 3.3 某航空发动机中心锥齿轮共振分析39-54
• 3.3.1 中心锥齿轮边界条件及有限元网格划分40-46
• 3.3.2 中心锥齿轮固有频率计算46-54
• 3.4 系统固有特性计算54-56
• 3.5 小结56-57
• 第四章 某航空发动机中心锥齿轮动态特性计算分析57-72
• 4.1 中心锥齿轮对综合啮合刚度计算57-62
• 4.2 锥齿轮动力学方程的无量纲化62-63
• 4.3 锥齿轮动力学方程的求解方法63-65
• 4.3.1 常用求解方法63-64
• 4.3.2 动力学方程降阶及初值选取64-65
• 4.4 锥齿轮动力学方程求解结果及其动态特性分析65-70
• 4.5 输入扭矩影响70-71
• 4.6 小结71-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 5.1 总结72
• 5.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 在学期间参与的科研工作及研究成果79

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本文编号：1050231