基于熱分析的附件機匣若干可靠性問題研究.pdf

1、作為航空發(fā)動機的重要傳動部件，附件機匣的工作性能及其可靠性對整個航空發(fā)動機的推力性能、經濟性能和使用性能都有重要的影響。高推重比、低油耗、高可靠性和長壽命是現代先進航空燃氣渦輪發(fā)動機的技術要求。這必然使附件機匣在高速、重載、高溫及嚴酷狀態(tài)變化的條件下工作，同時必須滿足高可靠性、長壽命的工作要求。傳統(tǒng)的設計技術日益難以滿足工程實際的要求，因此將可靠性理論引入附件機匣的設計工作中，從附件傳動系統(tǒng)高速、重載的工作特點出發(fā)開展附件機匣可靠性研究

2、，對提高附件機匣的工作性能、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、傳熱學、非線性接觸算法、齒輪嚙合原理、耦合場理論及虛擬試驗技術等，綜合采用有限元分析方法和理論分析計算方法，用數值分析取代半經驗的計算，用隨機性模型代替確定性模型，研究了附件機匣的熱平衡溫度，附件傳動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)溫度場及標準直齒圓柱齒輪的本體溫度場，考慮了附件機匣實際工作過程中的多種隨機因素，探討了若干相關的可靠性問題。本文的主要研究內容如下：

3、　　 (1)采用可靠性虛擬試驗技術從齒輪原始加工誤差及載荷波動的角度研究了齒面接觸應力的隨機性?；贏NSYS軟件自身的建模功能建立了齒輪嚙合虛擬試驗樣機的實體模型，使該樣機具有參數化特征?；趯嶒炘O計方法研究了小樣本的可靠性虛擬試驗方法。根據齒面接觸應力通常具有偏態(tài)分布的特點，提出了用三參數威布爾分布擬合可靠性虛擬試驗數據，并將矩法與雙線性回歸分析法相結合估計分布參數的試驗數據處理方法。
　　 (2)研究了附件機匣熱平衡溫度

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

5、靠性靈敏度分析的方法。推導了附件機匣出油口潤滑油溫度的可靠度及各個隨機變量分布參數的靈敏度計算公式。以滑油供油溫度、供油量及附件機匣外二股氣流的溫度、流速為隨機變量，計算了附件機匣出油口潤滑油溫度的可靠性靈敏度。
　　 (4)根據傳熱學原理建立了附件傳動系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱分析的數學模型，應用變分原理推導了附件傳動系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度場控制方程的泛函，提出了附件傳動系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱分析的方法。建立了附件傳動系統(tǒng)的實體及有限元模型、計算了其熱分析的邊界條

6、件，借助有限元分析軟件ANSYS計算了附件傳動系統(tǒng)的穩(wěn)念溫度場，并研究了該溫度場的分布規(guī)律。
　　 (5)研究了標準直齒圓柱齒輪本體溫度場的分布規(guī)律，編寫了相應的有限元分析文件。提出了綜合采用Monte Carlo概率有限元法和χ2檢驗法研究齒輪本體溫度場隨機性的方法。以齒輪材料的導熱系數、齒輪傳遞的功率、主動齒輪的轉速、齒面摩擦系數、潤滑油的供油溫度及附件機匣內油氣混合物的溫度為隨機變量，研究了齒輪上各點溫度的隨機性。

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