航空发动机高速齿轮传动系统动力学研究

论文摘要

本文以航空发动机附件传动系统为研究对象,对附件机匣的二级直齿圆柱齿轮传动系统进行了动力学特性研究。在考虑了时变啮合刚度、齿轮传动误差以及间隙非线性函数等非线性因素的基础上,利用集中质量法建立了直齿轮传动系统的非线性模型,得到了系统的8自由度2阶间隙非线性动力学微分方程,并对方程进行了无量纲处理。为确定系统的结构参数,对系统的时变啮合刚度和齿侧间隙进行了数值模拟,获得了考虑重合度时的啮合刚度和齿侧间隙。利用广义特征值法进行了模态分析,对齿轮传动系统的固有频率进行了求解,得到了系统的各阶固有频率。使用Runge-Kutta数值计算方法对系统的非线性动力学方程进行求解,得到了系统的动态仿真结果,结果显示系统具有很强的非线性。结合系统的动态位移响应、速度响应和加速度响应,以及相位图和庞加莱截面,讨论了系统在不同激励频率下表现出的不同运动状态。分析表明当内部激励频率发生变化时,系统的运动状态会经历周期—拟周期—周期的状态转换。本文讨论了齿轮结构参数对系统动态性能的影响。利用直接求导法推导了传动系统q模型对系统刚度和阻尼的灵敏度计算公式,利用数值计算方法求得系统响应对刚度和阻尼的灵敏度曲线,并通过灵敏度幅值曲线进行了灵敏度分析,得到了刚度和阻尼对系统响应的影响规律。通过改变啮合误差并求解动力学方程,得到了啮合误差对系统动态性能的影响规律。若系统的动态性能不满足设计要求,可根据结构参数对系统动态性能的影响规律调整结构参数,使系统的动态性能满足设计要求。通过对齿轮非线性动力学的研究,可以改善系统的动态性能,完善航空发动机高速齿轮传动系统的动态设计,从而指导高质量齿轮传动系统的设计和制造。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究意义
• 1.2 齿轮系统动力学研究
• 1.2.1 分析模型
• 1.2.2 齿轮动力学研究目标及内容
• 1.3 齿轮非线性动力学
• 1.3.1 齿轮系统间隙非线性动力学
• 1.3.2 齿轮系统非线性动力学研究进展
• 1.4 本文研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 齿轮系统动力学模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 齿轮传动系统动态激励的研究情况
• 2.2.1 齿轮传动系统的外部激励
• 2.2.2 齿轮传动系统的内部激励
• 2.3 传动系统模型的建立
• 2.3.1 传动系统模型介绍
• 2.3.2 数学模型的建立
• 2.3.3 方程的无量纲化处理
• 2.4 齿轮副啮合误差分析
• 2.5 轮齿时变啮合刚度及计算
• 2.5.1 材料力学计算方法
• 2.5.2 直齿轮啮合综合刚度的数值仿真
• 2.6 阻尼的计算
• 2.6.1 齿轮的啮合阻尼
• 2.6.2 轴的扭转阻尼
• 2.6.3 轴的弯曲阻尼
• 2.7 齿侧间隙非线性函数描述
• 2.8 本章小结
• 第3章 齿轮系统分析方法及动态特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 系统固有特性分析
• 3.2.1 固有频率的计算方法
• 3.2.2 固有频率的计算结果
• 3.3 非线性动力学方程求解方法
• 3.3.1 图解法
• 3.3.2 近似解析法
• 3.3.3 数值法
• 3.4 系统方程的求解与动态分析
• 3.4.1 方程降阶处理
• 3.4.2 系统方程求解与动态分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 齿轮参数对系统动态性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 刚度和阻尼对系统动态性能的影响
• 4.2.1 灵敏度分析方法
• 4.2.2 系统动态特性对刚度和阻尼的灵敏度分析
• 4.3 啮合误差对系统动态性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 齿轮传动系统仿真界面设计
• 5.1 引言
• 5.2 界面流程图根据课题程序所完成的任务，对仿真界面设计包括以下几个界面部分
• 5.3 各功能界面介绍在欢迎界面上点击“主界面”进入动力学参数输入界面，如图5.2 所示
• 5.3.1 固有频率计算界面
• 5.3.2 位移、速度响应求解界面
• 5.3.3 加速度响应求解界面
• 5.3.4 灵敏度求解界面
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文