圓弧端齒結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究.pdf

1、圓弧端齒以其特殊的齒形而具有承載能力強、定位精度高、自動定心、裝配簡便等諸多優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于航空發(fā)動機和大型工業(yè)燃氣輪機，主要用作各級壓氣機、渦輪轉(zhuǎn)子的聯(lián)接和固定。目前國內(nèi)對圓弧端齒的設(shè)計技術(shù)水平低，技術(shù)積累薄弱。因此，開展圓弧端齒結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的研究是有必要也是有意義的。本文的主要內(nèi)容包括：
　?。?）提出并建立了基于參數(shù)化建模的圓弧端齒結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。該方法提取并總結(jié)了描述結(jié)構(gòu)所需全部參數(shù)，研究得到基本幾何參數(shù)的計算方法，并給出

2、齒頂?shù)菇?、山形底和齒根過渡圓弧這些關(guān)鍵局部細節(jié)的設(shè)計方法；同時包括磨輪頂部寬度這一關(guān)鍵參數(shù)的計算公式以及成形磨輪基本輪廓設(shè)計方法；通過模擬其加工原理建立了圓弧端齒的參數(shù)化模型；最后結(jié)合EGD-3強度與壽命設(shè)計準則，給出了設(shè)計方法的流程。根據(jù)圓弧端齒結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果表明所建立的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法有效、可靠。
　?。?）建立了圓弧端齒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型和優(yōu)化方法。該模型選擇圓弧端齒結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力最小作為優(yōu)化目標，以過渡圓弧大、小半徑及圓弧端齒內(nèi)

3、徑作為優(yōu)化設(shè)計變量；該方法采用代理模型結(jié)合遺傳算法的優(yōu)化技術(shù)與三維有限元分析技術(shù)以及自動參數(shù)化建模技術(shù)。通過圓弧端齒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析結(jié)果表明所建立的優(yōu)化模型和優(yōu)化方法是有效的。
　?。?）設(shè)計了兩種不同結(jié)構(gòu)的圓弧端齒并進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過考慮接觸條件下的三維非線性有限元應(yīng)力分析，結(jié)果表明通過改進的端齒結(jié)構(gòu)的強度和壽命均得到提高；優(yōu)化結(jié)果表明這兩種結(jié)構(gòu)的目標函數(shù)值相比某發(fā)動機所用端齒分別減小了6.1％和19.7%。
　　（4）開

4、展了圓弧端齒結(jié)構(gòu)影響因素的分析研究，得到了相關(guān)的影響規(guī)律。首先，通過分析部分關(guān)鍵參數(shù)對結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的影響表明：摩擦系數(shù)、內(nèi)徑及齒根過渡圓弧半徑對端齒應(yīng)力影響較大。其次，得出了端齒所受載荷對應(yīng)力分布的影響規(guī)律：隨著轉(zhuǎn)速的增加，齒根過渡圓弧應(yīng)力將大幅度增加；扭矩和溫度對端齒應(yīng)力分布影響較??；軸向預(yù)緊力主要對齒面接觸區(qū)應(yīng)力分布影響較大。最后，通過對三種不同齒數(shù)的圓弧端齒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析發(fā)現(xiàn)：隨著齒數(shù)的增加，端齒最大等效應(yīng)力呈下降趨勢。同時通過分