齿轮喷油润滑试验台研制及测试研究
本文选题:齿轮试验台 切入点:航空齿轮 出处:《辽宁工业大学》2016年硕士论文
【摘要】:航空发动机附件机匣是航空发动机的关键传动部件之一,其作用是在发动机启动时为其提供扭矩。齿轮是传动系统中重要传动零件,齿轮的失效将直接影响整个航空发动机的工作,而良好的润滑又是齿轮正常运转的重要保障。对于齿轮失效问题的研究除理论分析外,更需要利用齿轮试验设备进行试验研究。因此,为了提高航空发动机附件机匣的传动性能,增加齿轮传动系统的可靠性及使用寿命,迫切需要进行齿轮喷油润滑试验台相关问题研究。齿轮喷油润滑具有冷却和润滑两大功能,齿轮的冷却性能与不同的喷油参数有关;齿轮的润滑效果与齿轮在运转状态下的齿面温度密切相关。所以,针对齿轮喷油润滑的两大功能,需要分别进行齿面冷却性能试验台和齿面温度测试试验台研制及测试研究。目前针对喷油嘴的喷雾特性、喷射方向偏离影响因素等问题已经有人作了大量的研究,但对于不同喷射角度对冷却效果影响问题进行专门研究的还比较少,为了提高附件机匣润滑系统冷却性能急需开展相关研究。本文针对高速重载航空齿轮喷油润滑系统喷油嘴喷射角度改变对齿面冷却性能影响的问题,首先分析了对流换热的影响因素及高速传动齿轮喷油冷却的机理,从理论上分析了喷射角度改变对冷却效果影响。然后进行齿面喷油润滑仿真分析,得出不同喷射角度条件下的齿面对流换热系数变化规律;搭建齿面冷却性能试验台进行试验,得到了不同喷射角度条件下的齿面温度变化规律;最后将试验结果与仿真结果进行对比,得到了不同喷射角度对冷却效果的影响规律。对于高速工况下转动的齿轮,啮合时产生大量的热量使齿轮齿面温度升高,极易产生齿面胶合等失效问题,达不到设计寿命。齿面温度与齿轮多种失效形式密切相关,为了减少齿轮失效,延长齿轮的使用寿命,迫切需要对齿面温度测试问题进行研究。本文针对不同工况下的齿面温度测试研究问题,进行了齿面温度测试试验台设计。建立试验台三维模型进行结构分析。运用热网络分析法进行齿轮箱热分析,使用MATLAB求解不同工况下的齿面温度。得出不同工况下的齿面温度。然后采用红外热像技术进行齿面温度测量试验,将试验结果与仿真结果进行对比,验证试验台测试功能达到设计要求。本文针对齿轮喷油润滑问题,研制了齿面冷却性能试验台和齿面温度测试试验台。并对齿轮齿面冷却与齿面温度测试等问题进行了试验验证。在研究过程中运用了热-流耦合、齿轮箱热网络分析法及MATLAB温度联合求解等方法,获得了不同喷油角度下齿面冷却规律及实际工况下齿轮温度变化规律,对航空发动机附件机匣喷油润滑系统的设计具有一定的理论价值和指导意义。
[Abstract]:The aero-engine accessory casing is one of the key transmission components of the aero-engine. Its function is to provide the engine with torque when it starts.Gear is an important part of transmission system, the failure of gear will directly affect the work of the whole aero-engine, and good lubrication is an important guarantee of gear normal operation.Besides theoretical analysis, it is necessary to use gear test equipment to study gear failure problem.Therefore, in order to improve the transmission performance of the aero-engine accessory casing and increase the reliability and service life of the gear transmission system, it is urgent to study the problems related to the gear injection lubrication test rig.The cooling performance of gear is related to different injection parameters, and the lubricating effect of gear is closely related to the tooth surface temperature under running condition.Therefore, for the two main functions of gear injection lubrication, it is necessary to develop and test the tooth surface cooling performance test bench and the tooth surface temperature test rig respectively.At present, a lot of researches have been done on the spray characteristics of fuel injection nozzle and the influence factors of jet direction deviation, but there are few special researches on the effect of different injection angles on cooling effect.In order to improve the cooling performance of accessory casing lubrication system, relevant research is urgently needed.In this paper, the influence of jet angle change on tooth surface cooling performance of high-speed and heavy-duty aviation gear injection lubrication system is discussed. Firstly, the influencing factors of convection heat transfer and the mechanism of high speed transmission gear injection cooling are analyzed.The influence of jet angle change on cooling effect is analyzed theoretically.Then the simulation analysis of tooth surface fuel injection lubrication is carried out, and the variation law of tooth surface convection heat transfer coefficient under different injection angles is obtained.Finally, the experimental results are compared with the simulation results, and the effects of different injection angles on the cooling effect are obtained.For the gear rotating at high speed, a large amount of heat is produced during meshing, which makes the tooth surface temperature rise, and easily leads to the failure of tooth surface bonding, which can not reach the design life.Tooth surface temperature is closely related to various failure forms of gear. In order to reduce gear failure and prolong the service life of gear, it is urgent to study the measurement of tooth surface temperature.Aiming at the problem of tooth surface temperature test under different working conditions, the design of tooth surface temperature test rig is carried out in this paper.The three-dimensional model of the test bed was built to analyze the structure.The thermal analysis of gear box is carried out by means of thermal network analysis, and the tooth surface temperature under different working conditions is solved by MATLAB.The tooth surface temperature under different working conditions is obtained.Then the infrared thermal image technique is used to measure the tooth surface temperature. The test results are compared with the simulation results, and the test function is verified to meet the design requirements.In this paper, the tooth surface cooling performance test bench and the tooth surface temperature test bench are developed to solve the problem of gear injection lubrication.The problems of gear tooth surface cooling and tooth surface temperature testing were verified.In the course of the research, the methods of thermal-fluid coupling, thermal network analysis of gear box and MATLAB temperature are used to obtain the law of tooth surface cooling under different injection angles and the variation law of gear temperature under actual working conditions.It has certain theoretical value and guiding significance for the design of aero-engine accessory casing injection lubrication system.
【学位授予单位】:辽宁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V216
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,本文编号:1725020
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