星型风扇驱动齿轮箱概念设计探讨

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1、第6卷第4期航空工程进展V01．6No．42015年11月ADVANCESINAERONAuTICALSCIENCEANDENGINEERlNGNov．2015文章编号：1674—8190(2015)04—490—05星型风扇驱动齿轮箱概念设计探讨冯金，覃坤，王丹(中航商用航空发动机有限责任公司机械系统部，上海201108)摘要：风扇驱动齿轮箱在齿轮传动涡扇发动机中发挥重要作用，为了支撑我国宽体客机发动机总体方案论证，进一步开展齿轮传动涡扇发动机的研制工作，以五路分流人字齿星型风扇驱动齿轮箱为研究

2、对象开展概念设计。所设计的齿轮箱的主要结构特征为：太阳轮为浮动构件，通过花键传扭；行星轮采用齿轮／轴承一体化设计并选用调心滚子轴承；齿圈采用柔性支承，通过摩擦传扭。基于概念设计，本文总结并分析了后续研制过程中可能遇到的技术难点，包括传动效率、均载机构、支承与连接结构、齿面修形及系统动力学五个方面，为进一步开展风扇驱动齿轮箱的研制工作指出方向。关键词：宽体客机；齿轮传动涡扇发动机；风扇驱动齿轮箱；概念设计中图分类号：V232．8文献标识码：ADOI：10．16615／j．cnki．1674—8190

3、．2015．04．015DiscussiononConceptualDesignofFanDriveGearSystemwithStarGearsFengJin，QinKun，WangDan(DepartmentofMechanicalSystem，AVICCommercialAircraftEngineCo．，Ltd．，Shanghai201108，China)Abstract：Thefandrivegearsystem(FDGS)playsanimportantroleingearedturb

4、ofan(GTF)engine．Inordertosupporttheschemedemonstrationofwide—bodyjetlinerengineandthefurtherresearchongearedturbofan，thefandrivegearsystemconceptualdesignisfocusedon．Thefandrivegearsystemofstargearconfigurationconsistsoffivebrancheswhichareofherringbo

5、negears．Thereareseveralfeaturesasfollows：thesungearisfloatingwhileusingspinetotransmittorque．Theplanetarygearsareofintegratedgear／bearingusingsinglerOWsphericalrollerbearing．TheringgearsareflexiblemountedusingfrictiontOtransmittorque．Withtheconceptual

6、design，severaltechnicaldifficultiesareanalyzedforfurtherresearchsuchastransmissionefficiency，loadsharing，mountingstructures，toothsurfacemodificationandsystemdynamic．Keywords：widebodyjetliner；GTF；FDGS；conceptualdesign0引言高涵道比双转子涡轮风扇发动机自20世纪70年代初投入使用以来，受

7、风扇叶尖切线速度限制，与风扇相连的增压级与低压涡轮只能在较低转速运行，导致增压级级数增多，重量大且效率低。为解决上述问题，可在由增压级及低压涡轮组成的低压转子与风扇转子间安装一套合适的风扇驱动收稿日期：2015一i0一i0；修回日期：2015—10—29通信作者：冯金，fengjin—acae@163．COrn齿轮箱(FanDriveGearSystem，简称FDGS)，使风扇转子工作于低转速、低压转子工作于高转速，即齿轮传动涡扇发动机(GearedTurbofan，简称GTF)[1_3]。相比船

8、舶、风电等领域，航空领域特别是涡扇发动机中所使用的行星齿轮减速器具有载荷大、转速高、寿命长和重量轻等特点，设计难度较大，在国内仍然处于理论研究阶段。国外对风扇驱动齿轮箱的研究已相对成熟，目前已有几种小型涡扇发动机采用齿轮传动的风扇，且基本是在涡轴发动机的基础上改型而成，例如Astafan、ALF502、LF500系列及TFE731[43。美国P&W公司于20世纪80年代后期开展了一项第4期冯金等：星型风扇驱动齿轮箱概念设计探讨491用于传动风扇减速器的研发工作，研制成一台减速比约为