НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o084.pdf (1228.87Кб)

УДК 629.735.45 - 621.833.24

1 Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова, Москва, Россия

В работе исследуется динамическое поведение планетарных редукторов привода вентилятора ТРДД на основе разработанной гибридной динамической модели планетарного механизма. Актуальность данных исследований обусловлена преимуществами использования редукторного привода вентилятора в перспективных ТРРД с высокой степенью двухконтурности и необходимостью совершенствования расчетных методик оценки динамических нагрузок в редукторах авиационных двигателей. Существующие аналитические динамические модели планетарных редукторов обычно используют упрощенную модель зацепления, не учитывающую параметрический характер колебаний зубчатых колес, обусловленный периодической функцией жесткости зацепления. Такой подход лишает возможности учитывать влияние конструктивных факторов, направленных на снижение динамические нагрузок в редукторе. Модели редукторов, использующие метод конечных элементов в динамической постановке, также неэффективны при использовании их в качестве инструмента для выбора оптимальных конструктивных параметров редуктора из-за высоких временных затрат на проведение расчетов. В статье предлагается гибридная динамическая модель планетарного редуктора, в которой рассматривается система с сосредоточенными параметрами. Тела зубчатых колес связаны упруго-демпфирующими связями, характеристики которых моделируются с помощью МКЭ в квазистатической постановке. Данный способ позволяет получить точные зависимости жесткости, кинематической погрешности, изгибных и контактных напряжений для периода зацепления пары зубчатых колес. В модели учитывается условие возможного размыкания зубьев, которое обуславливает нелинейность системы в области параметрического резонанса. Также в модели учитываются податливости опор зубчатых колес и трение в зацеплении. Для решения системы нелинейных дифференциальных уравнений с ограничениями используется пакет Matlab Simulink с численным решением системы уравнений на основе одношаговых явных методов Рунге-Кутта 4-го и 5-го порядка. С помощью разработанной модели исследовано влияние плавания солнечной шестерни и соотношения фаз зацеплений сателлитов на динамические нагрузки в редукторе. Результаты моделирования показывают возможность снижения динамических нагрузок в зацеплениях планетарных редукторов за счет подбора синфазности зацеплений сателлитов с центральными колесами. Проведено моделирование планетарного редуктора с помощью МКЭ в динамической постановке. Показано, что изгибные колебания податливого кольца венцовой шестерни могут вызывать высокие значения растягивающих напряжений во впадине зубьев эпицикла. Данный результат также подтверждается результатами экспериментальных исследований планетарного редуктора ТРДД во ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова.

1. Coupling system for a star gear train in a gas turbine engine: US patent 8585538 B2 / W. G. Sheridan, M. E. McClune, A. Pescosolido; United Technologies Corporation. 10 Nov 2013.
2. Григорьев В.В., Еланский А.В., Попуга А.И. Перспективные схемы авиационных двигателей с высокой топливной эффективностью // Авиационно-космическая техника и технология. 2013. № 9. С. 231-236. Режим доступа:http://nbuv.gov.ua/UJRN/aktit 2013 9 39.
3. ISO 6336-6:2006/Cor 1:2007. Calculation of load capacity of spur and helical gears. Pt. 6: Calculation of service life under variable load. 2006.
4. DIN 3990-2-1987. Calculation of load capacity cylindrical gears. Calculation of pitting resistance. 01.12.1987.
5. ГОСТ 21354-87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность. М.: Изд-во стандартов, 1989. 129 c.
6. Айрапетов Э.Л., Генкин М.Д. Динамика планетарных механизмов. М.: Наука, 1980. 256 с.
7. Айрапетов Э Л., Апархов В.И., Генкин М.Д., Косарев О.И.. Возмущающие силы в зубчатом зацеплении // Всесоюзн. науч.-техн. совещания «Повышение качества зубчатых передач конструктивными и технологическими методами». Тезисы докладов. Ч.2. М., 1976. С. 253-256.
8. Kahraman A., Vijayakar S. Effect of internal gear flexibility on the quasi-static behavior of a planetary gear set // Transactions of ASME. Journal of Mechanical Design. 2001. Vol. 123. № 3. P. 408–415. DOI: 10.1115/1.1371477
9. Kahraman A., Kharazi A.A., Umrani M. A deformable body dynamic analysis of planetary gears with thin rims // Journal of Sound and Vibration. 2003. Vol.262. № 3. P. 752–768. DOI: 10.1016/S0022-460X(03)00122-6
10. Parker R.G., Vijayakar S.M., Imajo T. Non-linear dynamic response of a spur gear pair: modelling and experimental comparisons // Journal of Sound and Vibration. 2000. Vol. 237. № 3. P. 435-455. DOI: 10.1006/jsvi.2000.3067
11. August R., Kasuba R., Frater J.L. Dynamics of planetary gear trains. Wash.: NASA, 1984.
12. Калинин Д.В., Темис Ю.М. Моделирование нелинейных колебаний цилиндрических зубчатых передач авиационных приводов // Вестник Самарского гос. аэрокосмического ун-та им. акад. С.П. Королева. 2015. Т. 14. № 3. Ч.1. С.193-202.
13. Калинин Д.В. Динамический анализ зубчатой передачи // Изв. МГТУ МАМИ. 2015. Т.4. № 3(25). С.84-93.
14. Басов К.А. ANSYS: справочник пользователя. М.: ДМК Пресс, 2005. 640 с.