航空齿轮传动系统不对中异常状态下的动力学特性分析

针对航空发动机齿轮传动系统装配不对中引起的疲劳断裂问题,采用Hertz接触理论和瞬态动力学分析方法,考虑齿轮轴线平行不对中异常装配状态,建立了直齿轮副瞬态动力学分析模型,研究了该齿轮副的时变啮合刚度和齿面接触应力的变化规律。结果表明:随着双齿−单齿啮合的周期性变化,时变啮合刚度也呈现出周期性变化;时变啮合刚度在双齿啮合时减小,在单齿啮合时增大,且最大啮合刚度呈现出随着齿轮平行不对中角度增大而增大的规律。齿轮轴线平行角度影响齿面接触应力和轴向振动位移响应,由于不对中角度增大,齿轮啮合印痕逐渐向下偏移,齿面接触应力增大明显,且齿根处出现应力集中现象。不对中角度由0.25°增大至1.00°时,齿面平均接触应力值由100 MPa增大至550 MPa。轴向振动位移幅值随不对中角度增大而增大,最大总位移量达到3.161 mm;随着不对中角度的增大,齿轮齿根处载荷增大,且齿根载荷的增大在频谱图上表现为转频幅值的增大。研究方法和分析结果可为航空齿轮传动系统装配异常状态的仿真分析提供一定参考。