[发明专利]一种航空正交直齿面齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法

权利要求书

1.一种航空正交直齿面齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法，其特征在于，首先计算润滑油喷射到互相啮合的直齿轮和面齿轮的轮齿表面的冲击深度数值，然后基于冲击深度越大则齿轮润滑效果越好的原则，从冲击深度来得到不同喷嘴布局下的润滑效果，最后选择冲击深度大的喷嘴布局以完成喷嘴参数布局优化设计；其中齿轮冲击深度计算方法为：由直齿轮渐开线函数和面齿轮齿面空间位置关系，通过几何运算得到一段时间内直齿轮、面齿轮空间位置及润滑油射流线的位置的变化，同时根据齿轮啮合转过角度所用时间与射流喷油时间相等，得到润滑油在直齿轮和面齿轮上的冲击深度；

其中直齿轮冲击深度的计算过程为：

根据直齿轮渐开线函数和面齿轮齿面空间位置关系，分别计算初始时刻面齿轮和直齿轮的空间位置，然后再计算直齿轮转动相应时间后的空间位置，以及射流线经过的距离，从而由直齿轮端面几何关系，得到直齿轮上的冲击深度的数学模型；

面齿轮冲击深度的计算过程为：

根据空间几何关系以及面齿轮齿面方程特性，计算初始时刻面齿轮空间角度位置和直齿轮空间角度位置，然后由直齿轮渐开线函数和面齿轮齿面空间位置关系，再计算面齿轮转动相应时间后的空间角度位置，以及射流线在经过的距离，从而由面齿轮端面几何关系，得到面齿轮上的冲击深度的数学模型。

2.根据权利要求1所述的一种航空正交直齿面齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法，其特征在于，所述的直齿轮冲击深度的计算过程包括：

以初始时刻t₀＝0，由空间几何关系以及面齿轮齿面方程特性，计算面齿轮空间角度位置θ_g1和直齿轮空间角度位置θ_p1：

θ_p1＝iθ_g1+invα_p1-λ(1)

其中：i指面齿轮副传动比；invα_p1为直齿轮渐开线函数，表示直齿轮分度圆与渐开线交点处的展开角，α_p1为直齿轮分度圆上的压力角；invα_球(δ,δ_b)_p为面齿轮的球面渐开线函数，表示面齿轮的分度圆与渐开线交点处的偏角β_球的大小；过直齿轮齿面的冲击点做垂直其轴线的面，从直齿轮中心点向射流线在该面投影线作垂线，以及齿轮副对称面和小轮中心点的连线，该垂线与连线的夹角即为λ；x_H′指面齿轮坐标系下直齿轮冲击点的横向偏置距离；invα_a球(δ_a,δ_b)_g指面齿轮的齿顶圆与渐开线交点处的偏角β_a球；

在时刻t₁＝t，由空间几何关系以及面齿轮齿面方程特性，计算直齿轮转动时间t后的空间角度位置θ_p2：

其中：L_p为冲击距离，单位：毫米mm；invα_p2分别为直齿轮的渐开线函数，表示直齿轮分度圆与渐开线交点处的展开角，α_p2为直齿轮分度圆上的压力角；r_α指过直齿轮齿面润滑油冲击点做垂直其轴线的面，从直齿轮中心点向射流线在该面投影线作的垂线距离；

从时间t₀到t₁，射流在面O_p″的投影经过的距离Δh′：

其中：V_j指喷油速度；ω_p指直齿轮转速；面O_p″为过点O_p″且平行于面yOz的平面，面yOz为面齿轮坐标系y轴和z轴形成的平面，O_p″为直齿轮的中心；

由直齿轮端面几何关系，得到直齿轮上的冲击深度d_p的数学模型：

其中，

式中：N_p指直齿轮齿数；m_p指直齿轮模数；A_g指直齿轮轴线和面齿轮定位面距离；θ指射流线仰角，即射流线与面齿轮轴线的夹角；y_L,z_V,z_V′分别指面齿轮坐标系下喷嘴的纵向偏置，垂向偏置以及直齿轮齿面冲击点垂向偏置。

3.根据权利要求1所述的一种航空正交直齿面齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法，其特征在于，所述的面齿轮冲击深度的计算过程包括：

以初始时刻t₀＝0，由空间几何关系以及面齿轮齿面方程特性，计算面齿轮空间角度位置θ_g2和直齿轮空间角度位置θ_p4：

式中：Z_V'指面齿轮坐标系下直齿轮齿面润滑油冲击点的垂向偏置距离；invα_球(δ,δ_b)_g为面齿轮的球面渐开线函数，表示面齿轮的分度圆与渐开线交点处的偏角β_球，invα_k4为直齿轮的渐开线函数，表示直齿轮的分度圆与渐开线交点处的压力角α_k4，invα_ak4表示直齿轮渐开线函数，表示直齿轮齿顶圆与渐开线交点处的压力角α_ak4，满足invα_ak4＝tanα_ak4-α_ak4(9)；

在时刻t₁＝t，由直齿轮渐开线函数和面齿轮齿面空间位置关系，计算面齿轮转动时间t后的空间角度位置θ_g3：

式中：L_g为冲击距离；R_α指过面轮齿面润滑油冲击点做垂直其轴线的面，从面齿轮中心点向射流线在该面投影线作的垂线距离，其值等于冲击点横向距离X_H；invα_g3为直齿轮的渐开线函数，表示直齿轮的分度圆与渐开线交点处的压力角α_g3；

从时间t₀到t₁，射流在面O_g″的投影经过的距离Δh′为：

式中：ω_g指面齿轮转速；面O_g″为过点O_g″且平行于面yOz的平面，面yOz为面齿轮坐标系y轴和z轴形成的平面，O_g″为面齿轮的中心；

由面齿轮端面几何关系，得到面齿轮上的冲击深度d_g的数学模型：

其中，

式中：δ_ag指面齿轮顶锥角；N_g指面齿轮齿数；m_n″指面齿轮滑油冲击点模数；h_a″_g指面齿轮滑油冲击点处齿顶高；X_H,Y_L,Z_V,Z_V′分别指面齿轮坐标系下喷嘴的横向偏置，纵向偏置，垂向偏置以及直齿轮齿面冲击点处的垂向偏置。