基于声测法的齿轮行波共振测试方法

针对航空发动机由行波共振导致的中央传动锥齿轮断裂故障,提出了一种基于声测法的齿轮行波共振转速测试方法,建立了非接触齿轮行波共振测量系统,该测试方法简便易行,不需要对转子件进行测试改装,直接引出测试部位的声信号进行分析研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验,研究中央传动锥齿轮行波共振特性,获取了从动锥齿轮行波共振频率、危险转速范围。通过动应力同步测量试验进行对比验证,结果表明：该测试方法和系统可以精准识别和有效监测航空发动机中央传动锥齿轮行波共振频率和共振转速,行波共振频率误差小于0.025%,共振转速误差小于0.018%。该方法同时适用于其它齿轮和盘轴的行波共振故障分析,为相关类型齿轮共振试验及故障诊断提供了一种非接触、长时间监控疲劳试验的测量方法。     

航空发动机高速锥齿轮瞬态动力学分析与试验研究

针对航空发动机中央传动锥齿轮由行波共振引起的掉块故障,采用瞬态接触动力学分析方法与试验验证相结合的手段,对行波共振发生时从动锥齿轮的共振特性和应力分布开展研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验,研究中央传动锥齿轮行波共振特性,获取了从动锥齿轮行波共振动频、危险转速以及破坏断裂特征。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:试验中出现三节径共振皆是前行波共振,四节径共振是后行波共振;三节径共振危险转速范围为74.2%～76.2%,四节径共振危险转速范围为102.8%～104.2%。数值仿真与试验测试中结构静频值具有一致性,三节径误差小于2%,四节径误差小于5%,验证了仿真计算模型的准确性。仿真计算四节径行波共振时从动锥齿轮齿根处和辐板应力集中,应力分布形式与齿轮故障复现试验断裂形式基本一致,辐板正面应力值大小与试验结果基本吻合,误差在0.5%～9.5%,满足工程级应力预测要求,验证了瞬态接触动力学分析方法对齿轮行波共振应力预测的有效性。试验表明该齿轮结构是否存在初始缺陷是发生齿轮断裂故障的重要因素之一。     

航空发动机中央锥齿轮声振特性试验研究

航空发动机锥齿轮声振特性的确定对于锥齿轮的研制具有重要意义。为研究航空发动机中央锥齿轮的声振特性,根据齿轮声振信息辨识原理,利用声导管技术在齿轮部件试验器中获取原始空气声。分析发现,啮合频率幅值的变化能够对齿轮行波共振特性实现完全表述,不仅可反映从动轮的声振特性,同时也能反映主动轮的声振特性,边频信息则反映了齿轮的故障信息。与应变片测量结果和设计计算结果对比分析证明,声学测试是获取齿轮声振特性的有效方法。     

航空高速锥齿轮行波共振的噪声与动应力测试研究

为了获取涡轴发动机附件传动齿轮工作状态下的振动特性,采用声波导管的噪声测量方法和应用电阻应变计测量齿轮动应力的技术,得到了齿轮行波共振转速和频率以及全转速范围的动应力数据。试验结果表明:声波导管的噪声测量方法能够准确测量齿轮的行波共振转速及频率,行波共振时电阻应变计能够准确测量出齿轮动频;被测锥齿轮在运行转速范围内存在多个节径行波共振,最大分频动应力在五节径后行波处,幅值约为115MPa。     

航空发动机中央传动失效故障分析

某型航空发动机在使用时发生中央传动失效故障,故障首断件为中央传动从动锥齿轮,断口性质为高周疲劳。为剖析 齿轮啮合与故障之间的关系,建立了包含主、从动锥齿轮的有限元模型,采用准静态的方法将啮合过程分成50个加载步,分析啮 合过程中从动锥齿轮应力分布情况。结果表明：在啮合过程中从动锥齿轮最大应力位置不是裂纹起始部位。通过行波共振分析、 振动应力测试、加工缺陷影响分析及故障复现试验,确定故障发生的主要原因为从动锥齿轮4节径后行波共振和啮合状态较差, 而故障位置加工状态较差对故障的发生也起到促进作用。分析结果表明：齿轮节径型振动是航空发动机齿轮主要的破坏原因之 一,在工作转速范围内节径型前、后行波振动均有可能被激起;齿轮啮合状态异常会显著提高振动应力水平。采用调整齿数、齿 宽、辐板厚度等方式可将共振转速调出常用工作转速范围,避免齿轮发生振动疲劳破坏。     

中心传动锥齿轮齿面损伤故障分析

针对某型航空发动机中心传动锥齿轮齿面损伤故障,按逻辑关系绘制了锥齿轮故障树,列举了产生故障的可能原因,分析结果表明主动锥齿轮轴承座与附件机匣安装孔规定的过盈量小是故障产生的主要原因,并提出了改进措施。     

航空发动机中央传动杆磨损故障分析与研究

针对某型发动机试车中反复出现中央传动杆中间轴承滚子和保持架脱落、内圈严重磨损故障,进行结构合理性分析、振动特性计算、实物测量、产品质量复查及相关试验测量,确定影响传动杆正常工作的各项因素,找出了传动杆破坏原因。采取传动杆轴径优化设计、改善供油、提高加工质量、改进安装形式等多项措施,解决磨损故障。改进后的发动机试车验证表明,传动杆工作稳定,效果良好。最后,总结出三支点细长中央传动杆设计的关键技术,可为同类中央传动杆设计提供借鉴。     

航空发动机弧齿锥齿轮的润滑状态研究

利用空间点接触齿面啮合理论的矢量法,推导啮合点位置、接触点曲率半径和齿面上接触点的运动速度及其方向。以轮齿加载接触分析（LTCA）方法确定各瞬时单齿承载百分比。计算两齿面间的油膜厚度和膜厚比,作为润滑状态的理论判据。同时以扫描电镜观测分析300小时台架试验后的齿面形貌,结合理论判据,确定典型工况下的弧齿锥齿轮齿面润滑状态。