[发明专利]一种消除盘形齿轮节径振动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除盘形齿轮节径振动的方法，属于齿轮结构设计技术，尤其适用于航空发动机和直升机中的盘形齿轮。

背景技术

应用于航空、航天、兵器、船舶等行业动力装置中的齿轮，出于减小质量的要求，往往设计为圆盘式结构。节径振动指在盘形齿轮周向上有若干条节径线，将盘形齿轮在圆周上分成节径线条数二倍个扇形的振动形态。如在盘形齿轮周向上有一条节径线，将盘形齿轮在圆周上分成两个扇形的振动形态为一节径振动，在盘形齿轮周向上有两条节径线，将盘形齿轮在圆周上分成四个扇形的振动形态为二节径振动。节径振动是盘形齿轮特有的一种振动形式。航空发动机、直升机中的盘形齿轮工作转速高、工作转速范围宽，发生一节径、二节径、三节径振动的转速很有可能位于工作转速范围内，而目前尚没有盘形齿轮在工作转速范围内发生四节径或以上节径振动的报导。盘形齿轮工作过程中出现长时间的节径振动将导致块状断裂。目前，通用的齿轮设计方法只校核齿轮的齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度和胶合承载能力，不能保证盘形齿轮工作范围内不发生节径振动，而通过试验测试盘形齿轮工作范围内是否发生节径振动，需要循环重复“设计-试验”这一过程，成本太高。

因此，目前国内外尚缺乏一种能有效避免工作转速范围内盘形齿轮发生节径振动的方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种消除盘形齿轮节径振动的方法，从而避免因发生节径振动而产生的齿轮断裂破坏。

本发明的技术方案：一种消除盘形齿轮节径振动的方法，所述盘形齿轮指齿轮的直径和厚度之比大于4，且轮辐为连续圆盘形状的齿轮，实现步骤如下：

(1)计算盘形齿轮节径振动的一节径、二节径、三节径振动固有频率；所述的一节径、二节径、三节径振动固有频率指盘形齿轮周向上出现一条节径线、二条节径线、三条节径线的振动形态对应的频率；

(2)根据盘形齿轮节径振动的一节径、二节径、三节径振动固有频率，计算盘形齿轮发生一节径、二节径、三节径振动的转速N₁、N₂、N₃，N₁＝(60×f₁)÷(z×k±1)，N₂＝(60×f₂)÷(z×k±2)，N₃＝(60×f₃)÷(z×k±3)，式中N₁、N₂、N₃为盘形齿轮发生一节径、二节径、三节径振动的转速，f₁、f₂、f₃为盘形齿轮节径振动的一节径、二节径、三节径振动固有频率，z为齿数；

(3)如果任意一个发生一节径、二节径、三节径振动的转速在工作转速范围内，修改盘形齿轮的辐板锥角或辐板厚度，不改变齿轮基本设计参数；所述辐板锥角指辐板锥面的母线和端面在齿轮主视图上的夹角；所述齿轮基本设计参数包括：齿数、模数、齿面宽、压力角、螺旋角和轴交角；

(4)重复步骤(1)至步骤(3)，直至所有发生一节径、二节径、三节径振动的转速不在盘形齿轮的工作转速范围内。

所述步骤(2)中的谐波次数k取1。

所述步骤(3)中修改盘形齿轮的辐板锥角或辐板厚度的方法为：如果工作转速范围内发生一节径、二节径、三节径振动的转速靠近工作转速范围的上限，减小辐板锥角或增大辐板厚度；如果工作转速范围内发生一节径、二节径、三节径振动的转速靠近工作转速范围的下限，增大辐板锥角或减小辐板厚度；辐板厚度的修改量可以为原厚度的10％，辐板锥角的修改量可以为2-5°，即可以为2°、3°、4°或5°均可。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明不需对盘形齿轮工作范围内是否发生节径振动进行试验测试，而是计算盘形齿轮的节径振动固有频率和发生节径振动的转速，对在工作转速范围内发生节径振动的盘形齿轮，修改齿轮辐板的锥角或厚度，使发生节径振动的转速发生改变，直至不在齿轮工作转速范围内。本发明能够在无法改变齿轮基本设计参数和工作转速范围的情况下，实现了消除一定转速范围内的盘形齿轮节径振动，避免因发生节径振动而产生的齿轮断裂破坏；而且可以有效减小齿轮的设计成本。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为盘形齿轮原始设计的三维图；

图3为盘形齿轮原始设计的左视图；

图4为盘形齿轮原始设计的主视图；

图5为盘形齿轮第一次修改辐板锥角后的主视图；