一种航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法技术

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法，获取齿宽、辐板、圆角均为公差下限时的第一共振转速；获取齿宽、辐板、圆角均为公差下限时的第二共振转速；获取齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速；将第一共振转速与第三共振转速之间的差值作为第一修正系数K的取值范围的下限K

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法


[0001]本申请属于航空发动机
，特别涉及一种航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法。

技术介绍

[0002]齿轮传动系统是航空涡扇和涡喷发动机机械系统(包含中央传动装置、发动机附件机匣和飞机附件机匣)的重要组成零件，中央传动与发动机附件机匣通过中央传动杆连接，发动机附件机匣通过柔轴与飞机附件机匣连接。发动机起动时，安装在飞机附件机匣上的起动机通过齿轮系统、柔轴和传动杆等零件将输出功率传递到发动机高压转子，使发动机起动；发动机正常工作时，安装在飞机附件机匣和发动机附件机匣上的各附件通过飞机附件机匣、发动机附件机匣及中央传动等一系列齿轮传动系统从发动机高压转子提取功率保证正常工作。其缺点主要为：航空发动机传动系统齿轮工作温度范围为100℃～200℃，温度带来材料弹性模量的变化，直接影响齿轮固有频率，从而影响共振转速计算结果；此外，实际加工齿轮存在尺寸偏差，实际加工尺寸影响齿轮固有频率，也会影响共振转速计算结果。现有技术方案计算共振转速，未考虑温度、加工公差的影响，导致齿轮计算共振转速与实际偏差较大，存在依据共振转速计算结果完成齿轮调频设计后，在工作转速范围内仍然存在共振点的风险，工作中齿轮可能发生共振疲劳破坏，从而影响航空发动机功能性和可靠性。我们设计过程中曾发生过此类问题，某发动机调频设计后锥齿轮某振型的计算共振转速高于最大使用转速2％，认为满足设计要求，但外场使用过程中发生了振动疲劳失效，导致发动机大面积停飞，事后分析原因与计算共振转速未考虑温度和尺寸公差有关。<br/>
技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本申请提供了一种航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法，包括：
[0004]获取齿宽、辐板、圆角均为公差下限时的第一共振转速；
[0005]获取齿宽、辐板、圆角均为公差下限时的第二共振转速；
[0006]获取齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速；
[0007]将第一共振转速与第三共振转速之间的差值作为第一修正系数K的取值范围的下限K
min
，将将第二共振转速与第三共振转速之间的差值作为第一修正系数K的取值范围的上限K
max
；
[0008]将齿轮材料工作温度下的弹性模量E
t
与齿轮材料20℃下的弹性模量E
20
商的算术平方根作为第二修正系数；
[0009]通过第一修正系数K的范围与第二修正系数修正齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速，获得整机状态共振转速范围。
[0010]优选的是，齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速计算公式包括：
[0011]通过有限元分析齿轮的节径数目m以及其静态固有频率f；
[0012]基于静态固有频率计算动态固有频率f
d
；
[0013]基于动态固有频率f
d
计算薄辐板直齿轮的第三共振转速N
g
。
[0014]优选的是，第三共振转速N
g
的计算公式为：
[0015]N
g
＝60
×
f
d
/(Z
±
m)；
[0016]其中，为齿轮齿数。
[0017]优选的是，动态固有频率f
d
的计算公式为：
[0018][0019][0020]其中，N为齿轮轴转速，B为动频系数。
[0021]优选的是，当齿轮的振型为前行波时m前为负号，当齿轮的振型为后行波时m前为正号。
[0022]优选的是，整机状态共振转速范围计算公式为：
[0023][0024]K
min
＝60
×
f
dmin
/(Z
±
m)
‑
60
×
f
d
/(Z
±
m)；
[0025]K
max
＝60
×
f
dmax
/(Z
±
m)
‑
60
×
f
d
/(Z
±
m)；
[0026]f
dmin
为齿宽、辐板、圆角均为公差下限时齿轮的固有频率，Hz；
[0027]f
dmax
为齿宽、辐板、圆角均为公差上限时齿轮的固有频率，Hz
[0028]本申请的优点包括：本申请考虑了整机状态工作温度和实际加工尺寸公差的影响，实现任意符合图纸公差要求的齿轮在整机状态下共振转速范围的准确预测，基于该结果进行齿轮调频，可保证整机状态齿轮不发生振动疲劳破坏，提高了发动机使用的安全性和可靠性。
附图说明
[0029]图1是本申请一优选实施方式航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法；
[0030]图2是本申请一优选实施方式航空发动机锥齿轮尺寸及公差图；
[0031]图3是轮弹性模量随温度变化的曲线。
具体实施方式
[0032]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
[0033]如图1所示，本申请提供了一种航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法，包括：
[0034]获取齿宽、辐板、圆角均为公差下限时的第一共振转速；
[0035]获取齿宽、辐板、圆角均为公差下限时的第二共振转速；
[0036]获取齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速；
[0037]将第一共振转速与第三共振转速之间的差值作为第一修正系数K的取值范围的下限K
min
，将将第二共振转速与第三共振转速之间的差值作为第一修正系数K的取值范围的上限K
max
；
[0038]将齿轮材料工作温度下的弹性模量E
t
与齿轮材料20℃下的弹性模量E
20
商的算术平方根作为第二修正系数；
[0039]通过第一修正系数K的范围与第二修正系数修正齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速，获得整机状态共振转速范围。
[0040]优选的是，齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速计算公式包括：
[0041]通过有限元分析齿轮的节径数目m以及其静态固有频率f；
[0042]基于静态固有频率计算动态固有频率f<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法，其特征在于，包括：获取齿宽、辐板、圆角均为公差下限时的第一共振转速、获取齿宽、辐板、圆角均为公差下限时的第二共振转速、获取齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速；将第一共振转速与第三共振转速之间的差值作为第一修正系数K的取值范围的下限K
min
，将将第二共振转速与第三共振转速之间的差值作为第一修正系数K的取值范围的上限K
max
；将齿轮材料工作温度下的弹性模量E
t
与齿轮材料20℃下的弹性模量E
20
商的算术平方根作为第二修正系数；通过第一修正系数K的范围与第二修正系数修正齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速，获得整机状态共振转速范围。2.如权利要求1所述的航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法，其特征在于，齿宽、辐板、圆角标准尺寸时的第三共振转速计算公式包括：通过有限元分析齿轮的节径数目m以及其静态固有频率f；基于静态固有频率计算动态固有频率f
d
；基于动态固有频率f
d
计算薄辐板直齿轮的第三共振转速N
g
。3.如权利要求2所述的航空发动机齿轮整机状态共振转速修正方法，其特征在于，第三共振转速N
g
的计算公式为：N
g
＝60
×
f
d...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昌祺，许春阳，郑秋瑶，王洪庆，赵贺桃，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：