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某航空发动机中心轴弧齿锥齿轮传动系统的动力学特性研究

郭伟超  
【摘要】:弧齿锥齿轮广泛应用于航空、航天和工程机械传动系统中,其工作性能对整个传动系统有着至关重要的影响。弧齿锥齿轮传动系统的工作状态十分复杂,不仅载荷工况和动力装置多种多样,会出现由原动机和负载引起的外部激励,而且还会出现由时变啮合刚度、齿轮传动误差和齿侧间隙引起的内部激励。尤其是弧齿锥齿轮传动系统广泛应用于航空、航天、汽车等领域,为了满足其高速、重载、低质而高可靠性的要求,需要对其动力学特性进行深入研究。 本文针对某航空发动机中心轴弧齿锥齿轮传动系统,建立了其动力学模型,研究了弧齿锥齿轮传动系统中参数对系统动态特性的影响规律。研究结果不仅对弧齿锥齿轮传动系统的动态设计具有重要的实用价值,而且对复杂齿轮传动系统的动力学研究具有重要的理论意义。本文主要工作与创新性成果有: (1)基于齿轮啮合原理,建立了弧齿锥齿轮齿面方程,利用矢量分析法和轮齿的加载接触分析法编制了弧齿锥齿轮共轭齿面接触点计算程序,借助UG(Unigraphics)软件,进行了弧齿锥齿轮三维接触造型。 (2)利用接触有限元方法,计算了弧齿锥齿轮轮齿的综合弹性变形,绘制了两个啮合周期内的综合刚度曲线,并通过傅立叶变换得到了时变啮合刚度公式表达式。 (3)采用集中质量法,建立了包括传动轴在内的弧齿锥齿轮传动系统扭转动力学模型和振动方程,模型中考虑了输入载荷,传动轴刚度、啮合刚度等波动激励。 (4)弧齿锥齿轮传动系统扭转振动方程是一个典型的二阶微分方程组,利用自适应Runge-Kutta数值积分方法对微分方程进行求解,得到不同参数激励下齿轮传动系统的动态响应,并对得到的各类响应进行了详细的分析和比较。 通过对弧齿锥齿轮传动系统动力学的研究,得出以下结论:传动系统在阻尼较小、转速较高或传动轴刚度较小时系统的全局动态品质较差。


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