考虑安装误差的GTF星型齿轮传动系统均载特性影响规律

作为下一代民用航空发动机主要发展方向之一的齿轮传动涡扇发动机(GTF),其引入了星型齿轮传动系统,为探究安装误差对星型齿轮传动系统均载特性的影响规律,基于商用软件建立GTF星型齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型,以均载系数为考查指标进行仿真分析。分别考虑太阳轮、齿圈安装误差对系统的影响,并引入柔性支撑刚度改善载荷分配不均的问题,系统地分析其影响规律。结果表明:在健康工况条件下,各啮合副接触力分布均匀,系统的均载特性良好;随着安装误差的增大,均载系数呈增大趋势,内、外啮合副均载系数较健康工况下的最多增大了21.1%和21.4%,系统的均载特性变差;通过添加柔性支撑并调整支撑刚度,内、外啮合副的均载系数减小到1.00952和1.00187,系统均载特性趋于合理,基本改善了载荷分配不均的问题。

两级星型齿轮传动系统低振动齿廓修形设计研究

针对两级星型齿轮传动系统,为降低系统振动、提升系统性能,开展齿廓修形方法和动力学建模研究。并基于此开展修形参数对系统动态啮合力齿频幅值的影响规律研究,确定齿廓修形参数设计范围。获得齿廓修形参数的非劣解集合,以内外齿轮副啮合频率对应的幅值最小为目标,确定系统齿廓修形参数。开展未修形与修形齿轮系统的动态响应分析,验证了系统齿廓修形设计方法的可行性。结果表明,合理的修形参数可以有效地减小系统的振动。

星型齿轮传动非线性动力学建模与动载荷研究

本文建立了星型齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学计算模型 ,模型中考虑了原动机和负载惯性 ,齿轮副的啮合综合误差 ,齿轮的偏心误差 ,时变啮合刚度以及齿轮的啮合间隙。采用适当的广义坐标变换 ,将线性恢复力和非线性恢复力共存的动力学方程组统一成矩阵形式 ,用数值解法获得了在有间隙非线性的情况下受强参数激励和多频激励的系统的动态响应和动载荷历程。最后给出了一个算例 ,讨论了间隙、齿频误差和偏心误差对齿轮系统的响应、动载荷以及各星轮的载荷分配均匀性的影响。并研究了刚度和误差激励和间隙的相互耦合关系 ,得出了对星型齿轮传动设计和制造有意义的结论。

齿侧间隙对星型齿轮传动扭振特性的影响研究

建立了受传递误差和时变啮合刚度激励的星型齿轮传动的间隙型多自由度非线性扭转振动模型,并用自适应变步长Gill数值积分方法进行了求解。结合Poincar啨映射和相平面研究了在不同齿侧间隙下系统出现的简谐、非谐单周期、次谐、拟周期以及混沌响应,并得到了改变间隙时系统的动力学分岔特性。通过分析各齿轮副的动载荷系数变化规律,讨论了各齿轮副啮合状态在非冲击、单边冲击以及双边冲击状态之间的转化过程和齿侧间隙的关系。从理论上分析了齿侧间隙对系统的稳态响应、动载荷等动态特性的影响。

星型齿轮传动系统的非线性动力学分析

建立了星型齿轮传动系统的间隙型非线性动力学模型,考虑了齿轮副的啮合综合误差,齿轮的啮合间隙和时变啮合刚度。并用数值解法对系统的动力学微分方程进行求解,获得了星型齿轮传动在外扭矩作用下受齿轮副传动误差激励的非线性稳态强迫响应。以一个具有3个星轮的四自由度星型齿轮传动为例,对系统的非线性动态响应做了分析,利用时间历程、相平面、Poincar(?)映射以及 Fourier频谱阐述了多自由度间隙型非线性星型齿轮传动系统的简谐、非谐单周期、次谐波、准周期和混沌响应的动力学特性。

两级星型齿轮传动系统非线性动力学研究

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙.采用数值积分方法对多间隙多自由度非线性微分方程组进行了求解.分析了两级星型齿轮传动系统由简谐振动、非谐单周期振动、倍周期振动以及拟周期振动通向混沌的非线性动力学特性.

间隙对两级星型齿轮传动动态特性的影响研究

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。分析了两级星型齿轮传动系统非线性动态特性。采用数值积分方法对多间隙多自由度非线性微分方程组进行了求解。研究了间隙对两级星型齿轮传动系统的动态特性的影响及两级间隙值分别单独作用时系统的动态特性。分析表明,当其余参数不变,间隙变化时,系统的动态响应也随之变化。增加间隙会使系统由简谐振动进入混沌振动,系统动载荷增大,脱啮时间增加。第一级传动的齿侧间隙对系统的动态特性影响较大,第二级传动的齿侧间隙对系统的动态特性影响则较小。两级间隙对系统的作用相互间有影响,不是单纯的累加作用。

两级星型齿轮传动动态均载特性分析

建立了两级星型齿轮传动系统的动力学均载分析模型,考虑了各构件的制造误差与安装误差。计算了系统的载荷不均匀系数。对由制造误差与安装误差引起的动态不均载特性进行了动力学分析。分析了各误差和载荷不均匀系数的关系,得到了各误差与系统载荷不均匀系数间的变化关系,讨论了各类误差对系统载荷不均载系数的影响。研究结果表明,第一级星轮及其所在轴轴承偏心误差对系统载荷不均匀系数的影响最大;各误差对第一级系统载荷不均匀系数的影响比对第二级的影响大;随着星轮个数增加,系统载荷不均匀系数增大。

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。

基于Matlab的两级星型齿轮传动的优化设计

建立了两级内外啮合星型齿轮传动优化设计的数学模型,分析了系统的传动方案和约束条件,以中心距最小为目标函数,确定了主要优化设计参数.采用了以齿数、模数为离散变量和变位系数,齿数比等为连续变量的优化设计方法.过多的等式约束造成最优化时可行域减少,甚至找不到可行域,严重影响了优化设计的运行结果.鉴于此,发展了分级优化的方法,以齿数、模数为离散变量,变位系数、齿数比等为连续变量,运用M atlab中非线性有约束的多元函数fm incon求解,经过优化计算,得到主要优化设计参数.

星型齿轮传动系统定常与奇怪吸引子的共存现象

建立了具有间隙的星型齿轮传动系统的非线性动力学模型 ,并用数值方法对非线性微分方程组进行了求解。研究了系统中定常吸引子和奇怪吸引子的共存问题。针对两种典型的系统参数 ,以不同的初值条件分别得到了共存的周期吸引子和奇怪吸引子、准周期吸引子和奇怪吸引子 ,分析和比较了各吸引子的动态特性。通过分析各齿轮副的动态啮合力 ,判别了各齿轮副啮合过程中出现的无冲击状态、单边冲击状态、双边冲击状态。并讨论了各吸引子所对应的星轮载荷分布均匀性。

负载对星型齿轮传动动态特性的影响分析

建立了受传递误差和时变啮合刚度激励的星型齿轮传动的间隙型多自由度非线性动力学模型 ,并用自适应变步长 Gill数值方法进行了求解。结合 Poincaré映射和相平面研究了系统在不同外载荷情况下的各类稳态响应及其动力学分岔特性。通过分析各齿轮副的动载荷系数变化规律讨论了各齿轮副啮合状态在非冲击、单边冲击以及双边冲击状态之间的转化过程和外载荷的关系。发现系统的非谐响应在很大程度上依赖外载荷的大小 ,轻载下星型齿轮传动系统易于出现脱啮、齿背冲击和载荷不均匀现象 ,从而会导致较大的动载荷和混沌噪声。

星轮偏心误差对浮动式星型齿轮传动动态特性的影响

以太阳轮浮动式星型齿轮传动系统为研究对象,基于集中参数理论,建立了星型传动广义动力学模型,建模中考虑了齿轮制造偏心误差、时变啮合刚度以及间隙浮动机构等因素。采用数值解法对系统的动力学微分方程进行求解,获得了系统的受迫振动响应,利用时间历程、相平面、Poincare截面图及Fourier频谱分析了系统的动态特性。着重研究各星轮偏心误差及间隙浮动机构对星型轮系动态特性的影响规律。结果表明:星轮偏心误差增强了系统振动;不同位置、不同数量的星轮偏心误差作用,对应的系统动态响应不同;间隙浮动结构影响了系统的稳定性,不利于振动噪声的控制。

带有星型齿轮传动结构的转子系统不平衡耦合振动分析

齿轮传动风扇发动机(GTF)的低压转子系统由于带有星型齿轮传动结构,使得其具有有别于传统发动机的动力学特性,因此由于这种齿轮柔性转子耦合系统而产生的振动问题更为复杂.本文基于该低压转子的结构特点,建立了具有星型齿轮传动结构的三支点转子系统有限元模型,通过对高速转子轮盘施加偏心质量,研究不平衡矢量激励下转子系统的耦合振动特性,并进行了相关试验分析.结果表明:在双盘不平衡激励下,由于不平衡之间耦合效应,转子系统各轴段均存在振动减弱的情况.并且与中心齿轮相比,环形齿圈与游星齿轮之间的啮合力更大,且受不平衡初始相位的影响更显著.此外,当相位差为180°时,不平衡对转子系统的危害较大.

星型齿轮系统定常吸引子共存现象的研究

建立了星型齿轮系统的非线性动力学计算模型 ,并用数值方法进行了求解。研究了 4自由度有间隙的非线性星型齿轮系统稳态响应的定常吸引子共存问题 ,分别对在 3种参数情况下各自在不同的初值条件下得到的共存的简谐、非谐单周期、次谐波和准周期稳态响应做了比较 ,通过分析系统各齿轮副的动态啮合力 ,区分了在齿轮系统中因间隙而导致的齿轮副啮合过程中出现的无冲击状态、单边冲击状态、双边冲击状态。并分析了由于星轮载荷不均匀分布状态和均匀分布状态分别对应的系统稳态响应的共存现象。

进油孔方案对齿轮传动涡扇发动机滑动轴承润滑特性的影响

齿轮传动涡扇(Geared Turbofan,简称GTF)发动机星型齿轮传动系统的滑动轴承是整个驱动系统的关键部件,为提高其润滑性能,利用ANSYS Fluent软件,建立3种进油孔方案的GTF滑动轴承润滑性能计算模型,3种方案包括两孔(两个进油孔)、同直径三孔(三个进油孔,孔径与两孔方案的孔径相同)和同面积三孔(三个进油孔,三孔总面积与两孔方案的两孔总面积相同),研究不同进油孔方案对GTF滑动轴承油膜承载力、摩擦功耗、流量、油膜压力分布和油膜温度分布等性能的影响规律。结果表明:轴承油膜压力中存在明显的负压现象; 3种进油孔方案相比,同面积三孔方案的最大油膜压力最大,同直径三孔方案的流量最大,两孔方案的承载力最大、流量最小;最大油膜温度出现在轴承右下角靠近进油槽处,同面积三孔方案的油膜最高温度和最大温升均最小。综合考虑油膜承载能力和润滑油流量,两孔方案的轴承是滑动轴承的较佳选择。

间隙浮动式五路功率分流星型轮系动态均载分析

以太阳轮浮动式五路功率分流星型齿轮传动系统为研究对象,考虑各齿轮构件的安装偏心误差、综合时变啮合刚度以及太阳轮浮动式均载机构等因素,建立了该系统的非线性动力学仿真模型。通过仿真计算,分析系统各支路的动载性能以及太阳轮和星轮的安装偏心误差、浮动机构、输入扭矩对系统载荷分配特性的影响。结果分析可知,无论太阳轮浮动与否,星轮的安装误差对系统载荷分配特性的影响最为显著;间隙浮动机构可明显改善系统均载性能;输入扭矩较大时会减弱间隙浮动机构的改善效果。

高速高比压织构滑动轴承热弹流润滑分析

齿轮传动涡扇发动机(geared turbo fan engine,GTF)的星型齿轮传动系统使用滑动轴承作为支承。GTF滑动轴承在高速高比压工况下工作,油膜压力较大,导致轴承会发生弹性变形。考虑滑动轴承的弹性变形以及润滑油温黏效应等的影响,基于计算流体动力学方法建立了高速高比压织构滑动轴承的三维热弹流润滑分析模型,研究了考虑弹性变形影响的织构滑动轴承热流体润滑性能,并对比了织构滑动轴承和无织构滑动轴承的热弹流润滑性能。结果表明:考虑弹性变形的影响后,在相同大偏心率工况下织构滑动轴承的最大油膜压力、承载力和最大油膜温度均会明显降低,周向承载区域明显扩大,且温度和油膜压力在圆周方向上的变化也更加平缓;对比织构滑动轴承和无织构滑动轴承,两者的最大油膜压力、承载力、最大油膜温升和摩擦系数无明显差异,但油膜承载区的弹性变形有明显减小。