航空发动机齿轮修形研究与接触分析

【类型】学位论文

【作者】陆瑞成 

【关键词】 齿廓修形 参数化建模 热弹耦合分析 接触分析

【摘要】齿轮传动是现代工业最常用的传动形式之一。随着工业技术的发展,对齿轮性能提出了越来越高的要求。针对在高速重载环境下工作的航空发动机齿轮,既要保证齿轮传动的稳定性和可靠性,又要尽可能地控制其振动和噪声。为了使航空发动机齿轮在传动中的齿面受力改善,减小由高速度和重载荷产生的变形所引起的啮入和啮出冲击,必须对航空发动机齿轮进行修形。齿轮修形不仅可以有效地降低齿轮系统的振动和噪声,又能极大地提高齿轮传动系统的承载能力。本文基于齿轮啮合原理、轮齿接触分析、摩擦学和传热学、齿轮本体温度场分析、热弹分析和齿轮修形理论,针对高速重载的航空发动机齿轮,开展齿轮弹性接触、对流传热、齿轮温度场及齿廓修形研究。本文的主要研究工作如下：(1)依据渐开线方程、齿根过渡曲线方程在有限元分析软件ANSYS中采用APDL建立齿轮传动三维参数化有限元模型。(2)根据齿轮啮合原理,计算主动轮和从动轮的相对滑动速度,考虑齿面粗糙度、润滑油特性及运动粘度等影响,计算轮齿啮合齿面热流量,并分析其变化规律和影响因素。综合考虑齿轮转速,润滑油热传导率、密度、比热、运动粘度等的影响因素,建立在润滑条件下齿轮端面以及非轮齿啮合面的对流传热系数的计算方法,分析对流传热系数的分布规律及影响因素。(3)建立齿轮本体温度有限元分析模型,根据轮齿本体温度的热平衡方程,加载热边界条件,利用ANSYS进行齿轮本体温度场求解,进一步做计算齿轮的热弹变形,确定轮齿的最大热变形量。(4)基于齿轮修形的原理,给出了线性修形和曲线修形的表达式,在ANSYS软件建立了渐开线圆柱直齿轮的有限元接触分析模型,分析渐开线圆柱齿轮和修形齿轮的最大应力值,验证修形效果。同时比较了不同修形量对修形齿轮最大应力值的影响状况。分析线性修形和曲线修形的各自特点。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】东北大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】王丹

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