薄辐板齿轮柔性化动力学模型与行波共振表征

薄辐板齿轮是广泛应用于航空齿轮传动系统的轻量化高功率密度构型,但行波共振问题突出,而动力学理论模型对前、后行波及其响应特性表征仍需进一步明晰。为此,提出一种啮合激励下薄辐板齿轮动力学模型,用以表征行波共振特性,并称之为移动载荷下柔性齿轮(Elastic gear with moving loads,EGML)模型:采用虚拟轴段法退化轮齿复杂特征,进而构建等效规则结构,并分别采用混合壳单元、Timoshenko梁单元网格化轮缘、辐板以及齿轮轴;解耦齿轮副以暴露出啮合力,其为相对齿轮转动的时变激励,故建立移动载荷数学表征以反映其时空变化特征;将啮合激励作用于全柔性化齿轮模型,并构建系统运动控制方程。设计高速齿轮传动试验以验证模型。结果表明,EGML模型能准确有效表征前、后行波共振激发工况。激励源与齿轮相对转动以及计入辐板柔性是动力学模型具有行波共振表征能力必要条件。行波共振发生时位移场呈与节径振型契合的瓣式分布,并沿周向快速迁移。研究成果能高效准确地获取薄辐板齿轮受迫响应,为评估行波共振影响提供理论依据,可用于指导薄辐板齿轮设计以规避安全运行所受共振威胁。

花键微动磨损和损伤累积的耦合机制及寿命预测

渐开线花键联轴器在航空领域应用广泛,花键在复杂工况下往往达不到预期寿命,其中花键轴不对中对花键服役寿命产生较大影响。基于有限元方法建立了高效的花键三维仿真模型,分析内外花键轴偏斜0.3°时花键各齿载荷分布规律,基于Archard磨损模型计算接触区域各节点的磨损深度,并基于ABAQUS的UMESHMOTION子程序和Arbitrary Lagrangian-Eulerian技术更新网格,采用Brown-Miller和Smith-Watson-Topper临界平面准则充分考虑花键齿面和齿根区域的应力状态差异,并拟合花键循环寿命、最大磨损深度与磨损系数之间的关联规律,采用试验方法测试表面磨损形貌,验证模型的有效性,为花键联轴器的设计和校核提供指导依据。结果表明:磨损演化逐渐改变初始应力集中区域的几何形状,从而减少了应力集中效应,提高了花键剩余寿命。当磨损系数较大时,花键以磨损失效为主,当磨损系数较小时,花键以疲劳裂纹萌生失效为主。

航空发动机附件传动齿轮系技术发展分析

阐述了开展航空发动机附件传动齿轮系设计技术研究的必要性,分析了典型航空发动机附件传动齿轮系的技术特点,系统梳理了附件传动齿轮系在功能需求、设计布局、齿轮系形式、齿轮利用率等方面的技术发展趋势,提出了附件传动齿轮系简洁化、高速化与附件协同设计、分布式传动等发展建议。