大功率弧齿锥齿轮设计技术研究

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1、第38卷第5期航空发动机V01．38NO．52012年1O月AeroengineOct．2012大功率弧齿锥齿轮设计技术研究杨荣，陈聪慧，战鹏，李锦花(中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：采用自行开发的弧齿锥齿轮加载分析专用程序，对大功率弧齿锥齿轮设计技术进行了研究。分析了轮齿承载后的齿面接触区的大小和位置，计算了齿根弯曲应力和齿面接触应力，并对齿轮振动特性、齿轮系的振动噪声和齿轮啸叫进行了研究。研究成果为航空发动机弧齿锥齿轮的设计、制造、强度计算和动力学分析提供了理论基础，并有效提高了发动机传动系统的可靠

2、性。关键词：加载分析；应力分析；振动特性；弧齿锥齿轮；齿轮啸叫ResearchofHighPowerSpiraIBevelGearsYANGP,．ong，CHENCong—hui，ZHANPeng，LIJin—hua杨荣(1963)，女，硕士，自然科学研(AVICShengyangEngiBeDesignandReserarchInstitute，Shenyang110015，China)究员，从事航空发动机附件传动系统的研制工作。Abstract：Thedesigntechnologyofhighpowerspiralbe

3、velgearswasstudiedbyself-developedspiralbevelgearloadedanalysisprogram．Thesizeandlocationofgearloaded收稿日期：2012-05—09contactdistrictswasanalyzed．thetoothrootbendingstressandtootIlcontactstresswerecalculated，andthegearvibrationcharacteristic，gearnoiseandgearwhinewere

4、investigated．Theresearchresul~appliestheoreticalbasisforthedesign，manufactureandstrengthanddynamicanalysesofgea5andincreasesthereliabilityoftheenginetransmissionsystem．Keywords：loadedanalysis；stressanalysis；vibrationcharacteristic；spiralbevelgeam；gearwhine1提高齿轮承载能力

5、和改善其工作特性措施O引言(1)采用高强度高性能齿轮材料。锥齿轮材料选弧齿锥齿轮具有传动平稳、承载能力强等优点，用新型耐高温、高强度和高韧性不锈齿轮钢，其性能是航空发动机传动系统的中枢。随着航空发动机技术优于目前航空发动机上采用材料的性能，抗拉强度提的发展，第4代战斗机对发动机的功率提取量显著提高40％，断裂韧度提高1倍；高，受发动机总体结构尺寸的限制，安装在高压轴上、(2)采用35。螺旋角提高齿轮的承载能力，比直轴承腔内的1对弧齿锥齿轮的承载能力(寿命)与其齿锥齿轮的提高40％；结构尺寸的比值成为评价传动系统设计的核心指标

6、。(3)采用齿面镀银处理提高齿面抗胶合能力，降因此，承载能力强、功重比大的弧齿锥齿轮的高可靠低传动噪声；性设计技术成为先进发动机研制的关键技术。(4)采用35。螺旋角、小模数、多齿数来提高齿轮弧齿锥齿轮齿面几何形状极为复杂，为空间超的重合度；越曲面，齿轮啮合属于点接触。考虑弧齿锥齿轮齿面(5)选择小齿轮凸面和大齿轮凹面为工作面，提空间超越曲面形状和其局部共轭点接触特性对承载高齿轮的弯曲疲劳强度；能力的影响，分析轮齿承载后的齿面接触区的大小、(6)采用改变辐板和轮缘或改变辐板厚度等方法，位置及接触应力、载荷分配等情况；进行齿根

7、弯曲应调整齿轮的固有频率，使齿轮的工作转速偏离其共振转力有限元分析、齿面接触应力分析；进行了系统的振速；动噪声分析，分析由齿轮传递误差为激励的齿轮啸(7)对齿轮轮齿修形和优化，以补偿轮齿啮合时叫结果。刚度的变化，减小动载荷；第5期杨荣等：大功率弧齿锥齿轮设计技术研究(8)提高齿轮加工和装配的精度。计算程序分别分析弧齿锥齿轮在加载时轮齿的接触区、接触迹和传动误差，在工作状态下小轮凸面一大2弧齿锥齿轮的加载接触分析轮凹面的计算结果见表2。从计算结果看，第6种小弧齿锥齿轮的加载接触分析是在考虑支撑系统轮的控制参数可获得较为完善的加

8、载接触区、接触迹弹性变形和轮齿变形情况下，利用共轭曲面原理分析和传动误差。轮齿的齿面和边缘接触情况，通过自行开发的专用弧3齿根应力和齿面接触应力计算齿锥齿轮加载接触分析程序计算弧齿锥齿轮接触区、接触迹和运动误差。齿根弯曲应力有限元分析载荷模型引自加载接2．1建立模型触分析和齿面接触应力分析