【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直升机传动系统减速器领域，特别地，涉及一种主减上机匣。此外，本专利技术还涉及一种用于设计主减上机匣的基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣优化设计方法。
技术介绍
1、直升机传动系统是直升机的三大动部件之一，主减速器需要承受主旋翼的气动载荷和操纵载荷，并通过主减速器机匣将气动载荷和操纵载荷传递给机身平台，因此，主减速器机匣结构不仅需要在有限的空间尺寸范围内布置主旋翼轴和主旋翼操纵机构的各类接口，同时也需要满足先进直升机高功重比、高功率密度的要求，实现重量轻、寿命长、性能佳的轻量化设计目标。
2、通常而言，主减速器上机匣(简称：主减上机匣)是主旋翼的气动载荷和操纵载荷传递的关键零件，需要装配主旋翼轴轴承、撑杆、防扭臂、助力器和各类传感器，因此，选用合适的设计方法，获得主减速器上机匣的最佳载荷传递路径的最优结构布局是关键。
3、对于直升机传动系统主减速器上机匣结构，传统结构设计是设计者根据设计要求，按照实践经验，参考类似的工程设计，确定结构方案；然后进行强度、刚度、稳定性等各方面的计算，如果不符合要求，再重新进行设计和分析，直到满足用户的要求。整个常规设计的过程是人工试凑和定性分析比较的过程，在常规设计中，也存在“选优”的思想，设计人员可以在有限的几种方案中，按照一定的设计指标进行分析评价，选择出较好的合格方案。这种设计方法周期长、效率低、成本高，而且由于常规设计方法受到经验、计算方法和手段等条件的限制，设计出来的结果仅是可行方案而不是最优方案，因此，常规设计方法只是被动的重复分析产品的性能，而
4、对于主减速器上机匣的制造方法而言，一般采用铸造和机加工艺，而且通常会设计数量较多、厚度较薄的支撑筋板，导致传统制造方法的生产周期长、工艺复杂。
5、如图1和图2所示，一般主减速器采用撑杆式安装，典型的主减速器上机匣需要提供装配主旋翼轴轴承、撑杆、防扭臂、助力器和各类传感器的接口，通常采用等壁厚的机匣体，设置上部支撑筋板和下部支撑筋板，为了改善机匣的刚度，会在支撑筋板区域增加整圈的环形加强筋，上部支撑筋板和下部支撑筋板的数量和厚度通常不一样，环形加强筋的数量和厚度也不一样。
6、现有技术的缺点如下：
7、现有直升机传动系统主减速器上机匣采用传统结构设计，通常设计者根据设计要求，按照实践经验，参考类似的工程设计，确定结构方案；然后进行强度、刚度、稳定性等各方面的计算，如果不符合要求，再重新进行设计和分析，直到满足用户的要求，整个常规设计的过程是人工试凑和定性分析比较的过程。这种设计方法周期长、效率低、成本高，而且由于常规设计方法受到经验、计算方法和手段等条件的限制，设计出来的结果仅是可行方案而不是最优方案。因此，常规设计方法只是被动的重复分析产品的性能，而不是主动地设计产品的参数。
8、现有直升机传动系统主减速器上机匣采用传统的铸造工艺，传统制造方法的生产周期长，工艺复杂。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种主减上机匣及基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣优化设计方法，以解决现有传统主减上机匣设计存在的周期长、效率低、成本高，且由于常规设计方法受到经验、计算方法和手段等条件的限制，设计出来的结果仅是可行方案而不是最优方案的技术问题。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种主减上机匣，其是基于拓扑优化布局设计的，并考虑增材制造因素，主减上机匣包括：中空筒状的上机匣壳体，上机匣壳体的顶端形成用于安装主旋翼轴上轴承的主旋翼轴轴承安装接口，上机匣壳体的底部设有安装主旋翼轴下轴承的底部轴承安装接口，并以安装主旋翼轴下轴承的底部轴承安装接口为分界线，底部轴承安装接口上方的上机匣壳体为上部机匣体，底部轴承安装接口下方的上机匣壳体为下部机匣体，上机匣壳体的外部设有用于安装主旋翼轴操纵机构的各类接口；上机匣壳体的外部还设有多个贯穿机匣体的减重孔，以减轻主减上机匣的重量。
4、进一步地，主旋翼轴操纵机构的各类接口包括用于安装防扭臂的防扭臂安装接口、用于安装多根撑杆的多个撑杆安装接口、用于安装多个助力器的多个助力器安装接口；多个助力器安装接口靠近上机匣壳体的下部设置，且多个助力器安装接口沿上机匣壳体的周向依次间隔设置；多个撑杆安装接口位于多个助力器安装接口的上方，且多个撑杆安装接口沿上机匣壳体的对称设置；防扭臂安装接口位于多个撑杆安装接口的上方，且靠近上机匣壳体的顶端。
5、进一步地，上机匣壳体包括中空筒状的机匣体，及中空环罩状的下部机匣体；机匣体的顶端加工形成主旋翼轴轴承安装接口；机匣体的外部设有连接主旋翼操纵系统防扭臂的防扭臂安装接口，防扭臂安装接口位于后部撑杆安装接口上方，靠近机匣体顶端；机匣体的外部设有连接撑杆安装耳片的撑杆安装接口，撑杆安装接口沿上机匣对称布置，且位于前部的撑杆安装接口高于位于后部的撑杆安装接口，位于后部的撑杆安装接口上方设有防扭臂安装接口；下部机匣体位于机匣体的下部，且下部机匣体的外部设有连接主旋翼操纵系统的助力器的助力器安装接口，助力器安装接口的数量为三个，每个助力器安装接口的扇形角度为90度，其中靠近前部的两个助力器支座沿撑杆安装接口的轴对称截面对称布置，与轴对称截面的扇形角度为45度。
6、进一步地，减重孔包括上部减重孔和下部减重孔；上部减重孔贯穿设置于相邻撑杆安装接口之间的机匣体上；下部减重孔贯穿设置于相邻助力器安装接口之间的下部机匣体上。
7、进一步地，机匣体的厚度由其顶端至底端沿轴线方向逐渐减薄。
8、根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣优化设计方法，用于设计出如上述中任一项的主减上机匣，包括以下步骤：第一阶段，拓扑优化设计：设置上机匣的最大空间尺寸作为拓扑优化的设计区域；在添加撑杆安装接口、防扭臂安装接口及助力器安装接口的基础上，采用变密度法，以重量为目标函数、以包括应力和变形为约束条件，获得主减上机匣的三维拓扑构型；第二阶段，模型重构和结构优化：在考虑增材制造的基础上，依据第一阶段得到的三维拓扑构型，开展主减上机匣的几何重构，并进一步开展结构优化设计以得到基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣。
9、进一步地，第一阶段步骤“拓扑优化设计”具体包括以下步骤：确定主减上机匣的内部结构和外廓尺寸；建立主减上机匣的拓扑优化区域的几何模型；建立主减上机匣的三维有限元网格模型；施加主减上机匣的三维有限元模型的约束和载荷边界条件；建立主减上机匣的三维拓扑优化模型；设置主减上机匣的三维拓扑优化目标函数和约束函数；设置主减上机匣的不可优化区域；生成主减上机匣的拓扑优化文件；获取主减上机匣的三维拓扑优化构型。
10、进一步地，步骤“设置主减上机匣的三维拓扑优化目标函数和约束函数”具体如下：在abaqus软件的拓扑优化模块，选取主减上机匣的重量作为拓扑优化的目标函数、选取主减上机匣1的体积(volume)作为拓扑优化的约束函数、选取主减上机匣的安装边位置的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种主减上机匣，其特征在于，其是基于拓扑优化布局设计的，并考虑增材制造因素，主减上机匣(1)包括：
2.根据权利要求1所述的主减上机匣，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的主减上机匣，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的主减上机匣，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的主减上机匣，其特征在于，
6.一种基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣优化设计方法，其特征在于，用于设计出如权利要求1-5中任一项所述的主减上机匣，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣优化设计方法，其特征在于，第一阶段步骤“拓扑优化设计”具体包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣优化设计方法，其特征在于，步骤“设置主减上机匣(1)的三维拓扑优化目标函数和约束函数”具体如下：
9.根据权利要求6所述的基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣优化设计方法，其特征在于，第二阶段的“模型重构”具体包括以下步骤：
10.根据权利要
...【技术特征摘要】
1.一种主减上机匣，其特征在于，其是基于拓扑优化布局设计的，并考虑增材制造因素，主减上机匣(1)包括：
2.根据权利要求1所述的主减上机匣，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的主减上机匣，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的主减上机匣，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的主减上机匣，其特征在于，
6.一种基于拓扑优化布局及增材制造的主减上机匣优化设计方法，其特征在于，用于设计出如权利要求1-5中任一项所述的主减上机匣，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于拓扑优化布...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘星，李坚，万振华，鲁婷婷，赵思波，杨显昆，袁枭桀，曹市城，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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