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《西北工业大学》 2007年
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涡轮起动机齿轮传动系统动载分析与寿命预估

杨芳芳  
【摘要】:涡轮起动机是航空发动机的重要组成部分,其工作性能直接影响发动机的起动可靠性。然而,WP-8发动机装用的WQJ-1涡轮起动机,在外场使用过程中,先后发生过四起液压离合器齿圈断裂故障,对飞机的应急起飞造成极大影响。因此,针对起动机故障系统进行动强度计算和疲劳寿命预估,对于揭示起动系统故障机理,提高传动可靠性,以及确定合理的工作期限等都具有重要作用。 首先,为了真实反映起动机的输出载荷特性,本文对WQJ-1涡轮起动机传动系统的机械特性进行了实验测试,获得了起动机在起动过程中的输出转速、输出转矩与起动时间的变化曲线,为故障件载荷谱分析提供了数据。 然后,针对起动机的两级齿轮传动系统,建立了时变啮合刚度的动力学模型与方程;利用ANSYS软件对齿圈在不同啮合位置进行了非线性接触分析,获得了齿轮副的时变啮合刚度;依据实测的输出特性,计算了故障齿轮副的啮合动载荷。 其次,依据获得的动载荷,对液压离合器齿圈进行了弹塑性有限元应力分析,计算了齿圈在最大动载荷作用下不同销钉数目时的最大应力与变形。计算结果表明:齿圈在最大动载荷作用下六个销钉时未发生塑性变形,但是随着销钉数目的减少,开始出现塑性变形。 最后,在对涡轮起动机齿轮传动系统进行动力学分析获得的动载荷历程的基础上,对动载荷进行统计分析,采用幅值计数法获得载荷谱;分别采用S-N曲线法和Manson-Coffin法对涡轮起动机齿圈疲劳寿命进行了预估。通过计算得出:当只有2个销钉工作时,齿圈疲劳寿命N=33509次,其余工作状态下齿圈的疲劳寿命均为无限寿命。
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