薄辐齿轮的固有频率及灵敏度分析

本文采用有限元方法及高阶摄动方法,对三种具有不同辐板形式的薄辐齿轮的固有频率及灵敏度进行了计算,并对结果进行了分析。

转动态薄辐齿轮振动分析的传递矩阵法

本文用截锥壳模拟薄辐齿轮，由截锥薄壳理论导出了计算转动态截锥壳振动特性及瞬态响应的传递矩阵公式。文末给出了算例。

航空齿轮薄辐板车削加工变形预测及切削参数优化研究

为了满足直升机传动系统轻量化的需求,作为直升机关键零部件的传动齿轮具有薄壁的显著特征,在切削加工中容易出现变形严重和尺寸精度难以保证的问题。本文以高强度中合金渗碳钢齿轮薄辐板为研究对象,基于ABAQUS有限元分析软件,开展了切削加工仿真研究,通过建立三维动态切削仿真模型,分析了加工过程中工件所受的切削力与切削参数之间的关系;并运用静态仿真分析了切削力和夹紧力叠加对薄辐板加工变形的影响,对仿真结果进行了极差分析。最后,通过开展试验对仿真结果进行了验证。结果表明:齿轮薄辐板加工变形量静力学分析显示齿轮辐板轴向变形量最大,径向变形在轮毂处最大;极差分析发现,切削速度为150 m/min、进给量为0.06 mm/r、切削深度为1.8 mm为最优切削参数,最大变形量的预测误差小于10%。

AISI9310钢薄辐板齿轮热处理变形与残余应力数值模拟及验证

齿轮热处理时伴随着剧烈的温度变化和复杂的组织演变,此过程中通常会产生变形和应力。基于温度场-渗碳场-组织场-应力应变场耦合模型,采用有限元方法对AISI9310钢薄辐板齿轮的热处理过程进行数值模拟,研究了淬火时轮齿组织与应力演变规律及冷处理和回火过程对轮齿组织含量和应力大小的影响,得到了齿轮热处理后的最终的残余应力和变形。为验证模拟计算结果准确性,采用三坐标测量机和X射线残余应力衍射仪对热处理后齿轮尺寸和残余应力进行了测量。结果表明:淬火时轮齿表面马氏体相变时间远远滞后于心部,淬火结束后表面呈现压应力,心部为拉应力;冷处理时渗碳表面的残留奥氏体发生了马氏体转变,表面压应力增大,而回火则使应力有所减小,最终应力模拟计算结果与实测值相对误差最大为11.9%;论文中的数值模拟方法具有较好的精度,可以应用于金属齿轮的热处理工艺仿真计算,具有较大的参考价值。

高速薄辐板齿轮传动节径型振动位移与动应变时空变换方法

高速薄辐板齿轮传动功率密度高,在航空动力传动系统中应用广泛,但节径型共振模态密集、振动能量高,是高速薄辐板齿轮传动疲劳损坏的主要形式之一。节径型振动位移与试验动应变呈非正相关关系,振动响应与动应力之间缺少直接量化的纽带,为此,提出一种高速薄辐板齿轮节径型振动位移与动应变时空变换方法。综合考虑节径型振动下试验动应变与振动位移行波之间的空间向量关系,建立试验动应变与振动位移变换函数,并给出偏微分方程的时空离散解与动应变-振动位移变换方法;根据试验动应变时/频信号以及不同节径数下齿轮行波模态特性,获取振动位移时空离散解。理论与试验结果表明,某试验齿轮在3节径下出现明显行波共振,理论仿真的振动频率、转速与试验结果基本一致,验证了所提理论和方法的正确性与可行性。

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。

轻载直齿直辐板齿轮的减重研究

以某航空发动机附件传动中的一直齿直辐板齿轮为研究对象,针对这类齿轮高速、轻载的特点,提出了增加减重孔的方案,对该方案进行了仿真和优化设计研究。数值仿真分析表明,提出的经优化后的方案可有效减轻齿轮质量,并减小了齿轮径向刚度沿周向的波动。