基于熱分析的附件機(jī)匣若干可靠性問題研究.pdf

1、作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要傳動(dòng)部件，附件機(jī)匣的工作性能及其可靠性對(duì)整個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推力性能、經(jīng)濟(jì)性能和使用性能都有重要的影響。高推重比、低油耗、高可靠性和長(zhǎng)壽命是現(xiàn)代先進(jìn)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求。這必然使附件機(jī)匣在高速、重載、高溫及嚴(yán)酷狀態(tài)變化的條件下工作，同時(shí)必須滿足高可靠性、長(zhǎng)壽命的工作要求。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)日益難以滿足工程實(shí)際的要求，因此將可靠性理論引入附件機(jī)匣的設(shè)計(jì)工作中，從附件傳動(dòng)系統(tǒng)高速、重載的工作特點(diǎn)出發(fā)開展附件機(jī)匣可靠性研究

2、，對(duì)提高附件機(jī)匣的工作性能、可靠性及可靠壽命的意義非常重大。本文基于可靠性理論、摩擦學(xué)、傳熱學(xué)、非線性接觸算法、齒輪嚙合原理、耦合場(chǎng)理論及虛擬試驗(yàn)技術(shù)等，綜合采用有限元分析方法和理論分析計(jì)算方法，用數(shù)值分析取代半經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算，用隨機(jī)性模型代替確定性模型，研究了附件機(jī)匣的熱平衡溫度，附件傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)及標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的本體溫度場(chǎng)，考慮了附件機(jī)匣實(shí)際工作過程中的多種隨機(jī)因素，探討了若干相關(guān)的可靠性問題。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：

3、　　 (1)采用可靠性虛擬試驗(yàn)技術(shù)從齒輪原始加工誤差及載荷波動(dòng)的角度研究了齒面接觸應(yīng)力的隨機(jī)性?；贏NSYS軟件自身的建模功能建立了齒輪嚙合虛擬試驗(yàn)樣機(jī)的實(shí)體模型，使該樣機(jī)具有參數(shù)化特征?；趯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法研究了小樣本的可靠性虛擬試驗(yàn)方法。根據(jù)齒面接觸應(yīng)力通常具有偏態(tài)分布的特點(diǎn)，提出了用三參數(shù)威布爾分布擬合可靠性虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將矩法與雙線性回歸分析法相結(jié)合估計(jì)分布參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。
　　 (2)研究了附件機(jī)匣熱平衡溫度

4、的計(jì)算方法。計(jì)算了附件機(jī)匣的總生熱量，并采用迭代算法解決了附件機(jī)匣熱平衡溫度、殼體散熱量及出油口潤(rùn)滑油溫度三者互為計(jì)算條件的問題。編寫了計(jì)算上述三者的有限元自動(dòng)加載、求解、迭代程序，實(shí)現(xiàn)了附件機(jī)匣熱平衡溫度的快速、準(zhǔn)確計(jì)算。研究了附件機(jī)匣的熱平衡溫度與其主要影響因素——滑油供油溫度、供油量及附件機(jī)匣外二股氣流的溫度、流速間的關(guān)系。
　　 (3)研究了用響應(yīng)面方法建立附件機(jī)匣出油口潤(rùn)滑油溫度的極限狀態(tài)函數(shù)，并利用一次二階矩法進(jìn)行可

5、靠性靈敏度分析的方法。推導(dǎo)了附件機(jī)匣出油口潤(rùn)滑油溫度的可靠度及各個(gè)隨機(jī)變量分布參數(shù)的靈敏度計(jì)算公式。以滑油供油溫度、供油量及附件機(jī)匣外二股氣流的溫度、流速為隨機(jī)變量，計(jì)算了附件機(jī)匣出油口潤(rùn)滑油溫度的可靠性靈敏度。
　　 (4)根據(jù)傳熱學(xué)原理建立了附件傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱分析的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用變分原理推導(dǎo)了附件傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)控制方程的泛函，提出了附件傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱分析的方法。建立了附件傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)體及有限元模型、計(jì)算了其熱分析的邊界條

6、件，借助有限元分析軟件ANSYS計(jì)算了附件傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)念溫度場(chǎng)，并研究了該溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。
　　 (5)研究了標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪本體溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，編寫了相應(yīng)的有限元分析文件。提出了綜合采用Monte Carlo概率有限元法和χ2檢驗(yàn)法研究齒輪本體溫度場(chǎng)隨機(jī)性的方法。以齒輪材料的導(dǎo)熱系數(shù)、齒輪傳遞的功率、主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速、齒面摩擦系數(shù)、潤(rùn)滑油的供油溫度及附件機(jī)匣內(nèi)油氣混合物的溫度為隨機(jī)變量，研究了齒輪上各點(diǎn)溫度的隨機(jī)性。

7、　　 (6)采用ANSYS軟件的間接耦合分析方法研究了標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的熱彈耦合接觸特性。提出了采用響應(yīng)面方法獲取齒面接觸強(qiáng)度的極限狀態(tài)函數(shù)，并利用Monte Carlo可靠性靈敏度分析方法研究各隨機(jī)變量對(duì)該極限狀態(tài)函數(shù)的概率敏感性，以獲取熱彈耦合狀態(tài)下各種隨機(jī)因素對(duì)齒面接觸強(qiáng)度可靠性的靈敏度信息的方法。以齒輪材料的線膨脹系數(shù)、滑油的供油溫度、附件機(jī)匣內(nèi)油氣混合物的溫度、主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)矩及齒面許用接觸應(yīng)力為隨機(jī)變量，研究了這些隨機(jī)變量對(duì)