[发明专利]一种接触压力可控的非圆式C形阻尼环设计方法

说明书

本发明提供一种接触压力可控的非圆式C形阻尼环设计方法。基于本发明设计方法，可针对不同接触压力需求，设计对应的非圆式C形阻尼环自由廓线，使得接触压力不仅取决于齿轮转速，也取决于廓线形变，并以此解决设计转速下接触压力不可控的问题，进而更利于在设计转速下得到阻尼环减振效能最大所对应的最佳接触压力。基于本发明设计方法，阻尼环与齿轮间的接触压力分布均匀并且接触率高。当其安装入齿轮后即可产生均匀的接触压力并具有高接触率，可避免非接触区域引起的减振性能降低。

技术领域

本发明涉及阻尼件设计方法。

背景技术

航空高速薄辐板齿轮因行波共振而蓄积过大振动能量时，极易发生突发性的行波共振破坏，这种破坏形式表现为齿轮由辐板至轮齿的成块断裂，其断裂性质是节径型疲劳断裂。断裂的齿块直接威胁整个传动系统乃至发动机安全，这种失效破坏形式已引发多起飞行重大故障。因此，航空高速薄辐板齿轮发生行波共振破坏的危险性极高，需采用有效措施降低行波共振时的振动能量以规避失效风险，而阻尼环则是一种兼顾轻量化和减振效果的技术手段。

C形阻尼环可以用来降低行波共振时振动能量，弱化共振对齿轮传动系统影响。但是，现有C形阻尼环技术至少存在以下缺点：

(1)现有C形阻尼环在自然状态下呈圆形，称之为正圆式C形阻尼环。由于这种阻尼环预压力很小，阻尼环与齿轮的工作接触压力主要由高速离心作用下两者在接触面处变形干涉引起，显然，其值取决于齿轮转速，且与转速二次方正相关，即齿轮转速越高工作接触压力越大，且接触压力上升斜率也越大。但是，这种阻尼环的工作接触压力高度依赖高转速形成的离心场，接触压力不可控，增加达到摩擦耗能量最大所需设计最佳接触压力的难度。

(2)由于环槽直径要略小于阻尼环最大尺寸，才能使阻尼环安装入环槽后形成预压力，所以正圆式C形阻尼环虽然在自然状态下为圆，但是安装入环槽后材料变形，阻尼环只能与齿轮局部接触，即形成非接触区域，这不仅导致接触压力分布不均，而且将损失阻尼环参与摩擦耗能的有效区域，进而降低阻尼环减振能力。虽然，随着转速升高，非接触区域在逐渐缩小，但是，这种缩小速率在减慢，并且转速即使升至较高水平，非接触区域仍未完全消失。

(3)现有C形阻尼环根据经验公式、数据进行设计，但这种阻尼环存在接触压力不可控、非接触区域明显等缺点，目前尚缺乏有效的改进设计方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种接触压力可控的非圆式C形阻尼环设计方法，其特征在于：

非圆式C形阻尼环在自然状态时，为具有缺口的非正圆环；

非圆式C形阻尼环安装于齿轮上的环槽后，外侧受压变形而呈正圆闭合状态；

所述非圆式C形阻尼环在自然状态下，通过以下步骤设计廓线:

(1)根据所述环槽的参数，设定非圆式C形阻尼环截面的参数：轴向宽度w、径向厚度t、受压廓线半径r_r；

进一步，轴向宽度w的设计范围为：(0,0.99w_g]，w_g为环槽宽度，径向厚度t的设计范围为：t≥t_d，t_d为环槽深度，受压廓线半径r_r与环槽半径r_g相等；齿轮的齿数为z；

(2)根据非圆式C形阻尼环材料参数和安全系数n，计算许用应力值[σ]:

根据选定的材料，非圆式C形阻尼环材料的屈服强度为σ_s，材料的密度ρ，弹性模量为E；安全系数n取值范围为大于等于1：

许用应力值[σ]为：

(3)计算离心引起接触压力p_c和形变引起接触压力p_s：