渦漿動機體內減速器參數(shù)優(yōu)化設計與振動分析

1、西北工業(yè)大學機電學院2014屆本科畢業(yè)設計（論文）開題報告專業(yè)：機械設計制造及其自動化 班級：05021101姓名李浩學號2011301186指導教師王三民報 告 題 目渦漿發(fā)動機體內減速器參數(shù)優(yōu)化設計與振動分析題目來源（劃）科研生產實驗室專題研究企業(yè)聯(lián)合其 他論文類型（劃）工程設計類實驗研究類軟件開發(fā)類其 他 報 告 日 期2014 年 12月 20 日 報告地點航空樓B9051. 研究目的和意義在大型客機與運輸機發(fā)動機的發(fā)展過程中,迫切需要研制功率大、功重比高、穩(wěn)定性好、可靠性高、燃油經濟性好、體積小、重量輕、壽命長、噪聲低的齒輪傳動渦槳發(fā)動機（TurbopropEngines），其減速器

2、是重要部件。 相關研究概況: 到目前為止，國外已經成功地發(fā)展了四代渦槳發(fā)動機。第一代是指20世紀70年代以前投產的，主要有Dart、PT6A系列和TPE331系列的早期型號、NK-4、AI-20等型號的發(fā)動機；第二代是指20世紀70年代末或80年代初期研制的，主要有PW100系列早期型號、CT7-5和TPE331-14/15等型號的發(fā)動機；第三代是指20世紀90年代以后投入使用的發(fā)動機，主要有AE2100、TPE351-20和PW150A；第四代指2011年投產的先進渦槳發(fā)動機TP400-D6。第四代渦槳發(fā)動機的總增壓比達25，渦輪前溫度達到1600K左右，發(fā)動機耗油率降低到0.210.27

3、kg/(kWh)，單位空氣流量產生的功率約270kW/(kg/s)。典型例子有：歐洲螺旋槳股份有限公司（EPI）2011年投產的高性能渦槳發(fā)動機TP400-D6，它的耗油率達到了0.21kg/(kWh)的水平。第四代發(fā)動機各有優(yōu)缺點，如下表2. 研究內容畢業(yè)設計的主要內容為：進行渦槳發(fā)動機體內減速器參數(shù)優(yōu)化設計與振動分析，實現(xiàn)渦漿發(fā)動機體內減速器的減重和減振的研究目標。由于螺旋槳的直徑較大，轉速要遠比渦輪低，只有大約1000轉/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內，需要在它們之間安裝一個減速器，將渦輪轉速降至十分之一左右后，才可驅動螺旋槳。具體要求如下：1. 渦槳發(fā)動機體內減速器功率800

4、0Kw2. 渦槳發(fā)動機體內減速器轉速為20000rpm3. 潤滑方式噴油潤滑4. 工作壽命TBO1000小時5. 減速器效率為0.986. 渦槳發(fā)動機體內減速器精度4級7. 可靠性0.998. 英文科技資料譯文一份(3000詞)。9. 畢業(yè)論文(40頁，打印稿、電子稿各1份)。10. 計算機繪制、打印的渦槳發(fā)動機體內減速器設計圖紙1套。11. 用PowerPoint制作的畢業(yè)論文答辯稿1份(電子稿)。3. 研究方案方案：二級二分支齒輪傳動減速器，其結構如下圖圖2-2二級二分支齒輪傳動減速器該方案傳動平穩(wěn)可靠，設計方案在船舶等同樣重載荷的領域較為成熟,傳動可靠性高；但齒輪較多且直徑較大，會嚴重影

5、響風扇氣流向發(fā)動機內部流動。齒輪均為外嚙合，故需要箱體保護，軸承多，系統(tǒng)重量太重，裝配精度要求復雜。經分析可知：方案可行性更高，可靠性更好，制造方便，因而選擇方案為最終方案。完成過程：1） 由于螺旋槳的直徑較大，轉速要遠比渦輪低，只有大約1000轉/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內，需要在它們之間安裝一個減速器，將渦輪轉速降至十分之一左右后，才可驅動螺旋槳。因此根據要求題目要求的傳動比i=20000/1000=20,根據傳動齒輪體積最小建立函數(shù)關系分配傳動的傳動比、。2） 選擇合適的模數(shù)與齒數(shù)以及齒輪寬度作為設計參量，根據齒輪嚙合的齒面接觸疲勞強度，齒輪嚙合的齒根彎曲疲勞強度，齒輪膠合

6、強度，嚙合齒輪副斷面重合條件，相對齒寬系數(shù)，保證齒輪嚙合時不干涉，嚙合齒輪副端面重合度作為約束條件，減速器齒輪系質量最小作為目標函數(shù)，建立優(yōu)化模型，運用遺傳算法求出人字齒輪模數(shù)、齒數(shù)以及齒輪寬度，的全局最優(yōu)解，然后利用二次規(guī)劃法優(yōu)化函數(shù)fmincon進行優(yōu)化，圓整模數(shù)到標準值則可得到最終齒輪參數(shù)。3） 確定好齒輪參數(shù)后根據齒輪的嚙合力，畫出各軸彎矩圖，根據第四強度理論計算出齒輪傳動軸的直徑。4） 運用CATIA進行三維仿真造型進行模態(tài)振動分析。5） 當不考慮阻尼、嚙合誤差、齒側間隙、外載荷等因素時，建立系統(tǒng)在純扭狀態(tài)下的動力學方程，根據動力學方程中的J陣和K陣，用matlab軟件求出廣義特征值

7、，及系統(tǒng)的固有頻率。6） 整理計算結果寫出畢設論文。四、進度和要求1)查閱資料，撰寫開題報告，論文開題 2014.12.06.-2015.1.05.2)渦槳發(fā)動機體內減速器的參數(shù)設計 1.0周(下學期第05周)3)渦槳發(fā)動機體內減速器三維造型 1.0周(下學期第06周)4)渦槳發(fā)動機體內減速器結構設計 1.0周(下學期第07周)5)渦槳發(fā)動機體內減速器有限元模型 1.0周(下學期第08周)6)渦槳發(fā)動機體內減速器固有頻率計算 1.0周(下學期第09周)7)渦槳發(fā)動機體內減速器固有特性分析 1.0周(下學期第10周)8)渦槳發(fā)動機體內減速器固有特性分析 1.0周(下學期第11周)9)渦槳發(fā)動機體

8、內減速器的裝配圖繪制 1.0周(下學期第12周)10)撰寫畢業(yè)論文1.0周(下學期第13周)11)修改畢業(yè)論文1.0周(下學期第14周)12)提交畢業(yè)論文資料，制作答辯稿，準備答辯 1.0周(下學期第15周)13)畢業(yè)答辯1.0周(下學期第16周)指導教師意見 簽名：開題評議小組成員： 開題評議小組意見：（包括對論文的選題、難度、進度、工作量、論文形式意見）：1. 論文選題: 有理論意義； 有實用價值； 有理論意義與實用價值； 意義不大。2. 論 文 的難度: 偏高； 適當； 偏低。3. 論文的工作量: 偏大； 適當； 偏小。4. 進度: 可行； 不可行；5. 學生開題報告中反映出的綜合能力和表達能力: 好； 較好；一般； 較差。6. 論文形式意見： 可行；