航空齿轮的结构轻量化设计及其动力学分析
发布时间：2021-02-03 14:06
航空领域中的传动系统一般长期处于高速、重载的工况。工程上,在满足强度和传动性能的基本设计要求下,结构轻量化一直是航空动力系统追求的目标。实践证明,较轻的整体结构能显著提升航空器在飞行过程中的机动性,燃油性和功率密度。此外,当机器处在正常的运行状态时,整个系统的振动以及各零部件的变形和受力都有直接的耦合关系,各零部件的结构变化会对系统内部产生关联的影响。通常传动系统的轻量化设计大多数学者都考虑从变速器箱方面入手,少有学者从齿轮结构上去考虑,本文正是从传动系统中的重要传动部件-齿轮出发,进行轻量化设计。齿轮作为传递动力最直接的零部件,齿轮结构的改变必定会导致轮体强度的变化、齿根弯曲应力变化以及齿轮传动的动态特性变化。此外,传递过程中轮齿也会发生诸如受力变形和受热变形等现象。为了能够在减轻重量的同时,可以继续保持原有传动质量,本文在轻量化的基础上,对齿轮进行修形,以改善轻量化后带来传动特性的不足。本文针对航空齿轮的轻量化设计及其动力学分析,主要从以下四个方面进行研究与探讨:（1）航空齿轮的轻量化方法研究。根据现代轻量化设计理论制定航空齿轮轻量化设计的具体方案及流程。然后按流程内容选择适合的有...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 轻量化概况
1.2.2 拓扑优化技术研究
1.2.3 齿轮系统动力学研究
1.2.4 齿轮修形研究
1.3 本文的主要研究内容
第二章 齿轮尺寸优化及拓扑优化设计
2.1 模型建立
2.1.1 结构设计方案
2.1.2 初始设计对象参数
2.1.3 模型参数及材料属性
2.1.4 网格划分及类型选择
2.1.5 边界条件的设定
2.2 轮辐尺寸优化设计
2.2.1 尺寸优化参数设置
2.2.2 尺寸优化结果分析
2.2.3 结果响应分析
2.3 轮辐拓扑优化设计
2.3.1 拓扑优化
2.3.1.1 拓扑优化流程
2.3.1.2 灵敏度分析
2.3.2 拓扑优化流程
2.3.3 拓扑优化设置
2.4 优化结果分析
2.4.1 应力分析
2.4.2 优化后模态分析
2.5 本章小结
第三章 轻量化齿轮的动力学分析
3.1 有限元求解显式动力学方程
3.2 齿轮传动系统的模型建立
3.2.1 单元类型的选择
3.2.2 单元的积分算法
3.2.3 模型重构
3.3 传动系统的边界条件设定
3.4 参量和求解参数的设定
3.4.1 显式动力学接触算法
3.4.2 对称罚函数法
3.4.3 接触类型
3.4.4 摩擦系数
3.5 仿真结果及分析
3.6 本章小结
第四章 基于Romax的齿轮修形设计
4.1 Romax软件简介
4.2 Romax刚柔耦合模型分析模型建立
4.3 Romax动力学特性分析
4.3.1 对标齿轮动力学特性分析
4.3.2 修形及动力学特性分析
4.3.2.1 修形量的确定
4.3.2.2 齿廓修形
4.3.2.3 齿向修形
4.3.2.4 修形结果分析
4.4 本章小结
第五章 轻量化齿轮试验验证
5.1 齿轮试验台架与试验测试系统
5.1.1 功率流闭式齿轮试验台架
5.1.2 试验测试系统
5.1.3 试验测点布置
5.2 齿轮振动性能试验
5.2.1 试验齿轮
5.2.2 试验过程
5.3 齿轮振动信号分析
5.3.1 振动信号时域分析
5.3.2 时域信号特征提取
5.3.3 振动信号频域分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]探究不同黏度的润滑油对齿轮疲劳寿命的影响[J]. 薛云伟,王铁,王道勇. 机械传动. 2017(12)
[2]拓扑优化方法在航空用钣金零件设计中的应用[J]. 王凤. 航空制造技术. 2017(Z1)
[3]基于等效载荷法的舱体拓扑优化[J]. 卢琦,娄依志,赵山杉,蔡昱. 机械工程师. 2017(01)
[4]航空发动机叶片抗冲击动力学拓扑优化研究[J]. 何旅洋,郑百林,杨彪,张锴. 力学季刊. 2016(03)
[5]齿廓修形对传动误差影响的研究[J]. 赵广洋,卫良保,杨莎莎,张戈. 机械工程与自动化. 2016(01)
[6]Planetary Gear Profile Modification Design Based on Load Sharing Modelling[J]. IGLESIAS Miguel,FERNáNDEZ DEL RINCóN Alfonso,DE-JUAN Ana Magdalena,GARCIA Pablo,DIEZ Alberto,VIADERO Fernando. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(04)
[7]基于轮齿接触分析的修形面齿轮传动重合度计算研究[J]. 董建雄,唐进元. 机械传动. 2015(04)
[8]基于Romax的齿轮弹性变形修形的研究[J]. 史若男,张瑞亮,王铁,武志斐,刘亚琼. 机械传动. 2015(04)
[9]某船用齿轮结构拓扑优化设计[J]. 邱卉颖. 舰船科学技术. 2015(02)
[10]基于ROMAX的变速器齿轮微观几何优化设计[J]. 邓庆斌,王晓娟,孟德伟. 传动技术. 2014(04)
硕士论文
[1]基于热弹性变形和齿轮箱综合变形的航空齿轮修形设计[D]. 王道勇.太原理工大学 2017
[2]基于Solidworks的悬挂式轮毂轴承压装机设计与优化[D]. 鲁恒飞.合肥工业大学 2012
[3]基于VC++的振动测试与分析系统的研究[D]. 刘德庆.华北电力大学 2011
[4]增速齿轮箱体有限元分析及其结构优化[D]. 陈营利.哈尔滨工程大学 2009
[5]渐开线圆柱齿轮接触分析和修形设计[D]. 陈一栋.国防科学技术大学 2007
本文编号：3016634
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 轻量化概况
1.2.2 拓扑优化技术研究
1.2.3 齿轮系统动力学研究
1.2.4 齿轮修形研究
1.3 本文的主要研究内容
第二章 齿轮尺寸优化及拓扑优化设计
2.1 模型建立
2.1.1 结构设计方案
2.1.2 初始设计对象参数
2.1.3 模型参数及材料属性
2.1.4 网格划分及类型选择
2.1.5 边界条件的设定
2.2 轮辐尺寸优化设计
2.2.1 尺寸优化参数设置
2.2.2 尺寸优化结果分析
2.2.3 结果响应分析
2.3 轮辐拓扑优化设计
2.3.1 拓扑优化
2.3.1.1 拓扑优化流程
2.3.1.2 灵敏度分析
2.3.2 拓扑优化流程
2.3.3 拓扑优化设置
2.4 优化结果分析
2.4.1 应力分析
2.4.2 优化后模态分析
2.5 本章小结
第三章 轻量化齿轮的动力学分析
3.1 有限元求解显式动力学方程
3.2 齿轮传动系统的模型建立
3.2.1 单元类型的选择
3.2.2 单元的积分算法
3.2.3 模型重构
3.3 传动系统的边界条件设定
3.4 参量和求解参数的设定
3.4.1 显式动力学接触算法
3.4.2 对称罚函数法
3.4.3 接触类型
3.4.4 摩擦系数
3.5 仿真结果及分析
3.6 本章小结
第四章 基于Romax的齿轮修形设计
4.1 Romax软件简介
4.2 Romax刚柔耦合模型分析模型建立
4.3 Romax动力学特性分析
4.3.1 对标齿轮动力学特性分析
4.3.2 修形及动力学特性分析
4.3.2.1 修形量的确定
4.3.2.2 齿廓修形
4.3.2.3 齿向修形
4.3.2.4 修形结果分析
4.4 本章小结
第五章 轻量化齿轮试验验证
5.1 齿轮试验台架与试验测试系统
5.1.1 功率流闭式齿轮试验台架
5.1.2 试验测试系统
5.1.3 试验测点布置
5.2 齿轮振动性能试验
5.2.1 试验齿轮
5.2.2 试验过程
5.3 齿轮振动信号分析
5.3.1 振动信号时域分析
5.3.2 时域信号特征提取
5.3.3 振动信号频域分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]探究不同黏度的润滑油对齿轮疲劳寿命的影响[J]. 薛云伟,王铁,王道勇. 机械传动. 2017(12)
[2]拓扑优化方法在航空用钣金零件设计中的应用[J]. 王凤. 航空制造技术. 2017(Z1)
[3]基于等效载荷法的舱体拓扑优化[J]. 卢琦,娄依志,赵山杉,蔡昱. 机械工程师. 2017(01)
[4]航空发动机叶片抗冲击动力学拓扑优化研究[J]. 何旅洋,郑百林,杨彪,张锴. 力学季刊. 2016(03)
[5]齿廓修形对传动误差影响的研究[J]. 赵广洋,卫良保,杨莎莎,张戈. 机械工程与自动化. 2016(01)
[6]Planetary Gear Profile Modification Design Based on Load Sharing Modelling[J]. IGLESIAS Miguel,FERNáNDEZ DEL RINCóN Alfonso,DE-JUAN Ana Magdalena,GARCIA Pablo,DIEZ Alberto,VIADERO Fernando. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(04)
[7]基于轮齿接触分析的修形面齿轮传动重合度计算研究[J]. 董建雄,唐进元. 机械传动. 2015(04)
[8]基于Romax的齿轮弹性变形修形的研究[J]. 史若男,张瑞亮,王铁,武志斐,刘亚琼. 机械传动. 2015(04)
[9]某船用齿轮结构拓扑优化设计[J]. 邱卉颖. 舰船科学技术. 2015(02)
[10]基于ROMAX的变速器齿轮微观几何优化设计[J]. 邓庆斌,王晓娟,孟德伟. 传动技术. 2014(04)
硕士论文
[1]基于热弹性变形和齿轮箱综合变形的航空齿轮修形设计[D]. 王道勇.太原理工大学 2017
[2]基于Solidworks的悬挂式轮毂轴承压装机设计与优化[D]. 鲁恒飞.合肥工业大学 2012
[3]基于VC++的振动测试与分析系统的研究[D]. 刘德庆.华北电力大学 2011
[4]增速齿轮箱体有限元分析及其结构优化[D]. 陈营利.哈尔滨工程大学 2009
[5]渐开线圆柱齿轮接触分析和修形设计[D]. 陈一栋.国防科学技术大学 2007
本文编号：3016634
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