圆弧端齿结构设计方法研究

发布时间：2017-04-10 19:06

  本文关键词：圆弧端齿结构设计方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：圆弧端齿以其特殊的齿形而具有承载能力强、定位精度高、自动定心、装配简便等诸多优点，广泛的应用于航空发动机和大型工业燃气轮机，主要用作各级压气机、涡轮转子的联接和固定。目前国内对圆弧端齿的设计技术水平低，技术积累薄弱。因此，开展圆弧端齿结构设计方法的研究是有必要也是有意义的。本文的主要内容包括： （1）提出并建立了基于参数化建模的圆弧端齿结构设计方法。该方法提取并总结了描述结构所需全部参数，，研究得到基本几何参数的计算方法，并给出齿顶倒角、山形底和齿根过渡圆弧这些关键局部细节的设计方法；同时包括磨轮顶部宽度这一关键参数的计算公式以及成形磨轮基本轮廓设计方法；通过模拟其加工原理建立了圆弧端齿的参数化模型；最后结合EGD-3强度与寿命设计准则，给出了设计方法的流程。根据圆弧端齿结构设计结果表明所建立的结构设计方法有效、可靠。 （2）建立了圆弧端齿结构的优化模型和优化方法。该模型选择圆弧端齿结构的最大等效应力最小作为优化目标，以过渡圆弧大、小半径及圆弧端齿内径作为优化设计变量；该方法采用代理模型结合遗传算法的优化技术与三维有限元分析技术以及自动参数化建模技术。通过圆弧端齿结构的优化分析结果表明所建立的优化模型和优化方法是有效的。 （3）设计了两种不同结构的圆弧端齿并进行了结构优化。通过考虑接触条件下的三维非线性有限元应力分析，结果表明通过改进的端齿结构的强度和寿命均得到提高；优化结果表明这两种结构的目标函数值相比某发动机所用端齿分别减小了6.1%和19.7%。 （4）开展了圆弧端齿结构影响因素的分析研究，得到了相关的影响规律。首先，通过分析部分关键参数对结构应力分布的影响表明：摩擦系数、内径及齿根过渡圆弧半径对端齿应力影响较大。其次，得出了端齿所受载荷对应力分布的影响规律：随着转速的增加，齿根过渡圆弧应力将大幅度增加；扭矩和温度对端齿应力分布影响较小；轴向预紧力主要对齿面接触区应力分布影响较大。最后，通过对三种不同齿数的圆弧端齿结构的优化分析发现：随着齿数的增加，端齿最大等效应力呈下降趋势。同时通过分析比较发现：凹、凸齿分别作为工作部件时对端齿应力分布并没有太大的差别。
【关键词】：圆弧端齿 参数化设计方法 应力分析 接触有限元分析 优化设计
【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】：2013
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 选题背景、研究目的和意义14-15
• 1.2 国内外研究概况15-18
• 1.2.1 圆弧端齿结构设计方法15-16
• 1.2.2 圆弧端齿结构加工、制造及检验方法16-17
• 1.2.3 圆弧端齿结构应力与强度分析17-18
• 1.3 目前研究存在的问题18-19
• 1.4 本文研究的思路与方案19-20
• 1.5 本文的主要研究内容20-21
• 第二章 圆弧端齿结构设计方法研究21-52
• 2.1 概述21-22
• 2.2 圆弧端齿加工原理22-23
• 2.3 圆弧端齿基本几何参数设计23-31
• 2.3.1 主要齿形参数设计25-26
• 2.3.2 齿顶倒角设计26-27
• 2.3.3 山形底设计27-28
• 2.3.4 过渡圆弧设计28-31
• 2.3.4.1 双段式过渡圆弧结构设计28-30
• 2.3.4.2 改进的双段式过渡圆弧结构设计30-31
• 2.4 圆弧端齿加工位置关系及磨轮参数设计31-35
• 2.4.1 圆弧端齿加工位置关系31-33
• 2.4.2 圆弧端齿成形磨轮参数设计33-35
• 2.5 部分设计参数的影响研究35-47
• 2.5.1 圆弧端齿结构的有限元模型35-37
• 2.5.2 部分设计参数对圆弧端齿应力分布的影响研究37-47
• 2.5.2.1 摩擦系数37-38
• 2.5.2.2 圆弧端齿内径38-41
• 2.5.2.3 山形底高41-42
• 2.5.2.4 跨径节数42-44
• 2.5.2.5 齿根过渡圆弧大、小半径44-47
• 2.6 抗疲劳设计评估47-49
• 2.7 应用圆弧端齿结构设计方法的设计流程49-50
• 2.8 本章小结50-52
• 第三章 圆弧端齿设计实例分析与评估52-68
• 3.1 引言52
• 3.2 圆弧端齿结构设计实例52-56
• 3.2.1 设计条件52-53
• 3.2.1.1 所用材料属性52
• 3.2.1.2 设计状态参数和几何尺寸参数52-53
• 3.2.2 设计准则53
• 3.2.3 设计结果53-56
• 3.3 两种不同圆弧端齿结构的分析与评估56-61
• 3.3.1 圆弧端齿结构Ⅰ的强度与寿命评估56-59
• 3.3.3.1 非工作状态下的评估56-58
• 3.3.3.2 工作状态下的评估58-59
• 3.3.2 圆弧端齿结构Ⅱ的强度与寿命评估59-61
• 3.3.2.1 非工作状态下的评估59-60
• 3.3.2.2 工作状态下的评估60-61
• 3.4 端齿所受载荷对应力分布的影响分析61-67
• 3.4.1 轴向预紧力影响分析62-63
• 3.4.2 扭矩影响分析63-64
• 3.4.3 转速影响分析64-66
• 3.4.4 温度影响分析66-67
• 3.5 本章小结67-68
• 第四章 圆弧端齿结构优化模型和方法研究68-79
• 4.1 引言68
• 4.2 圆弧端齿优化模型的建立68-70
• 4.2.1 优化设计方法68-69
• 4.2.2 优化问题描述69-70
• 4.2.3 优化数学模型70
• 4.3 两种端齿结构的优化分析70-73
• 4.4 不同齿数的优化分析73-75
• 4.5 凹、凸齿作为工作部件时的优化结构分析75-78
• 4.5.1 非工作状态比较分析75-77
• 4.5.2 工作状态比较分析77-78
• 4.6 本章小结78-79
• 第五章 总结与展望79-82
• 5.1 本文主要工作总结79-80
• 5.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 尹泽勇,欧园霞,胡柏安,李彦;端齿连接及变轴力的影响[J];航空动力学报;1994年02期

2 尹泽勇,欧园霞,李彦,梅庆;轴向预紧端齿连接转子的动力特性分析[J];航空动力学报;1994年02期

3 尹泽勇,胡柏安,吴建国,徐友良,郑祺选;端齿连接转子轴向预紧力的确定[J];航空动力学报;1996年04期

4 陈光;EJ200发动机高压压气机结构设计改进[J];航空发动机;2004年02期

5 尹泽勇,胡柏安,吴建国,徐友良,郑祺选;端齿连接转子轴向松弛力（压紧力）计算[J];航空学报;1996年05期

6 王秋允;张红军;;端齿盘的载荷分布对其接触状态的影响[J];机车电传动;2006年02期

7 吴鸿雁;李剑锋;王青云;李巍;;端面弧齿齿盘的齿面方程及齿面磨削加工仿真[J];机械传动;2007年03期

8 刘青海;;圆弧端齿的加工[J];机械制造;1990年12期

9 刘笃喜;刘威;朱名铨;;基于Pro/Mechanic的鼓形齿端齿盘齿廓有限元分析[J];科学技术与工程;2006年10期

10 李业明;钟文生;张红军;;大功率机车驱动系统圆弧端齿联结性能分析[J];内燃机车;2010年11期

  本文关键词：圆弧端齿结构设计方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：297368