航空高速齿轮服役温度预测模型研究

随着高速重载下航空传动服役温度的不断提高,齿轮胶合失效成为制约飞行器性能的关键因素。为高效预测航空齿轮服役温度,针对某航空发动机齿轮提出了一种基于顺序耦合的齿轮温度仿真分析方法,考虑固-液-气多相对流换热及不同齿面散热系数等因素,模拟了航空齿轮在不同工况下的本体温度和齿面闪温。经验证说明,该数值方法与ISO/TS 6336-20闪温法标准计算结果吻合良好,不同工况下接触温度最大偏差控制在10%以内;当传动系统输入转速为22400 r/min、转矩为119.4 N·m时,分流大齿轮的接触温度达到242.6℃,齿轮胶合安全系数为1.22,存在胶合失效风险。所提出的仿真分析方法能有效预测航空等领域高速齿轮服役温度,为评估航空齿轮胶合失效风险提供了高效可靠的方法。

铝合金整体壁板时效成形模具型面构造

时效成形是飞机整体壁板的主要成形工艺之一,由于成形过程中回弹量大的特点,需要对模具进行补偿以消除回弹对零件成形精度的影响。为了有效消除回弹影响,提出一种有限元模拟与物理试验相结合的思路,基于有限元模具型面回弹补偿—试验迭代的频域模具型面修正方法。以2124铝合金材料为例,以零件理论外形作为初始模具型面对整体壁板进行仿真回弹补偿迭代,经过6次补偿,零件成形误差减小到0.47 mm,把有限元迭代所得模具型面进行工艺试验,验证结果表明,仿真迭代所得模具型面成形零件的误差为0.63 mm;达不到0.5 mm的外形误差要求。进一步采用模具'频域'修正算法对时效成形模具型面进行修正,经过2次修正,成形零件误差降低至0.484 mm,满足使用要求,结果表明该方法可行。

低碳合金钢18CrNiMo7-6齿轮弯曲疲劳试验研究与误差分析

齿轮弯曲疲劳试验是评价齿轮弯曲疲劳性能的重要手段,为保证试验结果的准确性,探究试验过程误差对试验结果的影响。根据GB/T 14230—1993《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》中的B试验法以跨五齿对称加载方式制定弯曲疲劳试验方案,进行有限元仿真与电阻应变片测试验证试验方案的正确性,采用升降法开展18CrNiMo7-6喷丸齿轮弯曲疲劳试验,分析齿轮几何精度、装夹误差以及设备加载精度对弯曲疲劳试验结果的影响。结果表明:试验方案计算齿根弯曲应力与有限元仿真以及电阻应变测试的结果最大误差为8.7%,满足工程需求;99%可靠度下18CrNiMo7-6喷丸齿轮弯曲疲劳极限为642 MPa,相比国标中MQ级的500 MPa提高28%,标准设计偏保守。齿轮的几何精度以及试验设备精度对弯曲疲劳试验结果影响较大,考虑误差综合作用对试验结果的影响为2.43%。

高筋条整体壁板时效成形二维回弹补偿

时效成形工艺是解决高精度整体壁板成形问题的最佳途径之一。因为这种成形方法有回弹量大、回弹精度难于控制等特点,因此难以推广应用。对高筋条整体壁板的时效成形问题进行了研究,通过2124铝合金T型件时效成形基础性实验,总结回弹规律,应用几何补偿方法对模具型面进行回弹补偿。实验结果表明:零件外形曲面误差不超过1 mm,筋条处误差不超过0.5 mm,满足用户需求,证明了高筋条整体壁板时效成形工艺二维回弹补偿的可行性和有效性。

基于参数化设计的时效成形模架自动装配技术

研究基于参数化的可实现模架自动装配的方法。时效成形模架由底板、型板和框板组成,分别提取主要关键尺寸,将其参数化;找出底板、型板和框板之间的装配关系,建立三者间的装配函数关系,应用VB软件对CATIA进行二次开发,通过修改零部件几个关键尺寸建立一个新的装配体,实现时效模架的自动装配。结果表明,该方法满足设计要求。

基于标称齿轮当量载荷的聚合物齿轮齿面承载能力评价方法

目前,聚合物齿轮主要沿用金属齿轮齿面承载能力评价方法,未能综合考虑聚合物齿轮材料属性、润滑状态和应力条件等多因素的影响,导致工程实际中聚合物齿轮材料选择、强度设计和齿面承载能力评估时严重依赖工程经验,限制了高承载精益设计。提出了基于标称齿轮当量载荷的聚合物齿轮齿面承载能力评价方法,获取了不同润滑状态、齿轮材料、加工方式等在内的共169组、6000余小时聚合物齿轮耐久试验数据。研究结果表明,油润滑可显著提高塑料齿轮的齿面承载能力,且油润滑下PEEK(聚醚醚酮)齿轮相比POM(聚甲醛)和PA66(聚酰胺)齿轮的齿面承载能力高30%以上,为聚合物齿轮主动设计和动力传递应用提供了评价方法和基础数据支撑。

渐开线圆柱齿轮胶合承载能力计算标准比较研究

以新一代航空发动机传动系统等为代表的高端传动装备面临高速、高温、重载等极端服役环境挑战,使得胶合失效成为齿轮主要失效形式之一,严重影响系统寿命和可靠性。针对国内常用的3个齿轮胶合评价标准在齿轮胶合承载能力计算结果之间差异较大,且标准公式适用范围存在差异的问题,详细研究了闪温法和积分温度法,从理论分析、公式对比和案例分析三个方面开展了渐开线圆柱齿轮胶合承载能力标准对比研究;并针对FZG A型齿轮,进行了对比计算分析。结果表明,由于HB/Z 84.4的平均摩擦因数计算结果偏高,与GB/Z 6413.2相比计算结果偏大,HB/Z 84.4结果偏保守。GB/Z 6413.1和GB/Z 6413.2在较大的转矩、油温、转速范围内,齿面温度计算结果相差不大;但是,随着模数的减小,二者的齿面温度计算结果差异变大;模数在4~7 mm内,二者齿面温度计算结果相差不大。

基于DEM-FEM的微粒喷丸仿真分析

微粒喷丸作为一种新兴的喷丸工艺,由于工艺试验数据与仿真技术的缺失,其作用机理尚未探明。基于ABAQUS二次开发,采用离散元与有限元(DEM-FEM)相结合的方法,构建考虑初始残余应力与硬化层梯度的随机多弹丸微粒喷丸弹塑性模型,探究微粒喷丸的喷射速度与覆盖率对残余应力分布和表面粗糙度的影响规律。发现随着微粒喷丸喷射速度的增加,靶体表面粗糙度的算术平均偏差Sa线性增加;覆盖率达到100%后,覆盖率大小对Sa与残余压应力分布影响不大;喷射速度对于微粒喷丸的最大残余压应力值影响不大,但对残余应力层的厚度有显著影响。通过DEM-FEM耦合方法对微粒喷丸机理进行探究,为工艺参数的制定提供理论支撑。

航空齿轮涂层材料优选及涂层厚度优化

基于赫兹接触理论建立了齿轮接触有限元分析模型。以Cr/a-C、a-C、B4C/a-C复合陶瓷涂层材料为优选对象和一对典型航空直齿圆柱齿轮为载体,通过齿轮涂层应力场分析,确定了齿轮涂层优选材料及涂层材料最佳厚度。结果表明:B4C/a-C涂层材料与齿轮基体材料具有较好的匹配性,涂层厚度与赫兹接触半宽之比为0.02时,齿轮基体与涂层结合面处剪切应力较小,且此涂层厚度满足磁控溅射涂层制备工艺要求。研究结果为后续齿轮涂层试验件设计提供了理论依据。

System Life and Reliability Modeling of a Multiple Power Takeoffs Accessory Gearbox Transmission

A mathematical model for system life and reliability of a multiple power takeoffs aeroengine accessory gearbox transmission is presented.The geometry model of gear train is distributed into several subsystems by different transmitted powers.The lives of each component are combined to determine the units,subsystems and entire system lives sequentially according to a strict series probability model.The unit and subsystem interface models are defined to dispose the loads of common components.The algorithm verification is presented and a numerical example is given to illustrate the use of this program.The initial design could not fulfill the life requirement.A design modification shows that the gear train has a more balanced life distribution by strengthening the weak parts,and the overall life of entire system is increased above the design requirement.This program can help the designer to approach an optimal accessory gearbox transmission design efficiently.