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风扇驱动齿轮箱行星轮偏心相位同步方法研究

机械传动 2021年第7期45卷 166-171,176页

作者：冯金刘晓凡覃琨中国航发商用航空发动机有限责任公司机械系统部上海200241

为支撑我国齿轮传动涡扇发动机研制,针对五路分流人字齿星型风扇驱动齿轮箱,对影响均载系数的各项加工及装配误差进行分析并建立了星型齿轮传动系统静态均载系数计算模型。计算并分析了某星型齿轮传动系统试验件静态均载系数,得到了各... 详细信息

为支撑我国齿轮传动涡扇发动机研制,针对五路分流人字齿星型风扇驱动齿轮箱,对影响均载系数的各项加工及装配误差进行分析并建立了星型齿轮传动系统静态均载系数计算模型。计算并分析了某星型齿轮传动系统试验件静态均载系数,得到了各项加工及装配误差的敏感度分析结果,提出了通过调整行星轮偏心相位进而降低静态均载系数的方法,并以某星型齿轮传动系统试验件为例,对装配过程中如何进行行星轮偏心相位同步进行了说明。

关键词：风扇驱动齿轮箱偏心相位同步均载系数

系统级分析方法在风扇驱动齿轮箱试验中的应用

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机械传动 2021年第5期45卷 161-168,176页

作者：吕作鹏罗健冯金钱露露黄钟韬中国航发商用航空发动机有限责任公司机械系统部上海201108

风扇驱动齿轮箱具有结构复杂,系统动力学分析困难的特点。通过对齿轮箱零部件的模态分析和敲击模态试验,验证了零部件级模型的准确性。再通过外啮合的子系统级动态响应分析和性能试验对比分析,验证子系统结构的分析合理性。最后,通过模... 详细信息

风扇驱动齿轮箱具有结构复杂,系统动力学分析困难的特点。通过对齿轮箱零部件的模态分析和敲击模态试验,验证了零部件级模型的准确性。再通过外啮合的子系统级动态响应分析和性能试验对比分析,验证子系统结构的分析合理性。最后,通过模态综合法,将各子系统统一到内啮合系统中进行动力学响应计算,并与试验数据进行分析验证。明确各环节的分析验证要点,逐级迭代。建立一套从部件级到子系统级,最后到系统级的理论分析与试验验证的系统级分析方法,为今后复杂系统的参数敏感度分析和模态识别等提供指导和帮助。

关键词：风扇驱动齿轮箱动态响应分析模态综合法系统级分析方法

基于CFD的行星轮开孔回油下风扇驱动齿轮箱热分析研究

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基于CFD的行星轮开孔回油下风扇驱动齿轮箱热分析研究

作者：王春雷南京航空航天大学

学位级别：硕士

为匹配低压压气机转子与风扇之间的不同的转速,提高发动机效率,风扇驱动齿轮箱被应用于高涵道比涡扇发动机。风扇驱动齿轮箱传递功率大、结构紧凑、冷却与润滑条件苛刻,为进一步降低风扇驱动齿轮箱温度,本文基于CFD方法开展了行星轮开... 详细信息

为匹配低压压气机转子与风扇之间的不同的转速,提高发动机效率,风扇驱动齿轮箱被应用于高涵道比涡扇发动机。风扇驱动齿轮箱传递功率大、结构紧凑、冷却与润滑条件苛刻,为进一步降低风扇驱动齿轮箱温度,本文基于CFD方法开展了行星轮开孔回油下风扇驱动齿轮箱热分析研究,探讨了风扇驱动齿轮箱行星轮开孔回油快速冷却技术的可行性。本文主要完成了以下几个内容:(1)基于赫兹接触理论推导了人字齿齿面接触应力,求解了内、外啮合人字齿齿面的相对滑动速度和齿面摩擦系数,获得了人字齿齿面的时变摩擦热流量,分析了人字齿轮的风阻损失和行星轮圆柱滚子轴承的摩擦生热。(2)建立了行星轮销轴与轴承内圈热流耦合三维模型,基于CFD方法对行星轮销轴与轴承内圈的流场和温度场进行了仿真,研究了润滑油与轴承环下润滑油路之间的对流换热,分析了环形沟槽和分流管对行星轮轴承内圈稳态温度场的影响,开展了行星轮轴承内圈温度测试验,验证了轴承环下润滑环形沟槽截面参数对行星轮轴承内圈温度影响,同时也为风扇驱动齿轮箱热分析提供必要的热边界条件。(3)建立了行星轮开孔前后的风扇驱动齿轮箱流场分析模型,通过布尔运算获得了风扇驱动齿轮箱内部流体域,进行了给定工况下风扇驱动齿轮箱内部流场分析;研究了行星轮开孔前后风扇驱动齿轮箱内部压力、速度、滑油流线、平均湍流强度等的变化情况。(4)对风扇驱动齿轮箱的流场分析模型加载热边界条件,分析了风扇驱动齿轮箱各旋转壁面的对流换热系数分布和温度分布,研究了行星轮退刀槽开孔数量和开孔孔径对风扇驱动齿轮箱的对流换热和温度影响。

关键词：风扇驱动齿轮箱行星轮开孔回油环下润滑 CFD仿真温度场流场

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星型风扇驱动齿轮箱概念设计探讨

航空工程进展 2015年第4期6卷 490-494页

作者：冯金覃坤王丹中航商用航空发动机有限责任公司机械系统部上海201108

风扇驱动齿轮箱在齿轮传动涡扇发动机中发挥重要作用,为了支撑我国宽体客机发动机总体方案论证,进一步开展齿轮传动涡扇发动机的研制工作,以五路分流人字齿星型风扇驱动齿轮箱为研究对象开展概念设计。所设计的齿轮箱的主要结构特征为:... 详细信息

风扇驱动齿轮箱在齿轮传动涡扇发动机中发挥重要作用,为了支撑我国宽体客机发动机总体方案论证,进一步开展齿轮传动涡扇发动机的研制工作,以五路分流人字齿星型风扇驱动齿轮箱为研究对象开展概念设计。所设计的齿轮箱的主要结构特征为:太阳轮为浮动构件,通过花键传扭;行星轮采用齿轮/轴承一体化设计并选用调心滚子轴承;齿圈采用柔性支承,通过摩擦传扭。基于概念设计,本文总结并分析了后续研制过程中可能遇到的技术难点,包括传动效率、均载机构、支承与连接结构、齿面修形及系统动力学五个方面,为进一步开展风扇驱动齿轮箱的研制工作指出方向。

关键词：宽体客机齿轮传动涡扇发动机风扇驱动齿轮箱概念设计

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行星轮开孔回油风扇驱动齿轮箱温度场研究

行星轮开孔回油风扇驱动齿轮箱温度场研究

作者：袁丽娟南京航空航天大学

学位级别：硕士

民用航空发动机中的风扇驱动齿轮箱高速运转时会产生大量的热量,且由于其内部结构复杂、空间紧凑,导致齿轮箱产热、传热机理复杂,使得齿轮箱散热问题更为严峻。为了预防高温引起的齿轮、轴承等零部件胶合、失效等问题,对风扇驱动齿轮箱... 详细信息

民用航空发动机中的风扇驱动齿轮箱高速运转时会产生大量的热量,且由于其内部结构复杂、空间紧凑,导致齿轮箱产热、传热机理复杂,使得齿轮箱散热问题更为严峻。为了预防高温引起的齿轮、轴承等零部件胶合、失效等问题,对风扇驱动齿轮箱进行了热分析研究,并分析了行星轮开孔参数对风扇驱动齿轮箱传热冷却性能的影响。本文完成内容主要包括四个方面:（1）阐述了齿轮和轴承等零部件的发热量计算方法,建立了风扇驱动齿轮箱热源分析模型;对齿轮、轴承、轴等零部件与空气、润滑油和油雾等换热介质之间的对流换热系数进行了研究,建立了风扇驱动齿轮箱对流换热系数计算模型;编写了齿轮和轴承的功率损失及对流换热系数的计算模块。（2）根据风扇驱动齿轮箱内的热源及热传递路径划分热节点,建立了基于热网络法的风扇驱动齿轮箱温度场分析模型,列出各热节点的稳态热平衡方程;编程求解稳态热平衡方程组,计算得到了各节点温度;编写了风扇驱动齿轮箱稳态温度场计算模块。（3）应用CFD方法计算风扇驱动齿轮箱温度场,且将其与热网络法的计算结果进行对比分析,对比表明两种方法的计算结果较为接近;应用CFD方法仿真计算行星轮开孔后的齿轮箱关键表面对流换热系数。（4）对仿真得到的行星轮不同开孔参数下的关键表面对流换热系数进行了分析,对将该对流换热系数代入热网络法计算程序中得到的风扇驱动齿轮箱温度场进行了分析,得到了各参数对齿轮箱传热冷却性能的影响规律;对仿真得到的对流换热系数进行了拟合分析,得到了与行星轮开孔参数有关的关键壁面对流换热系数的数学计算模型,根据求得的风扇驱动齿轮箱温度变化趋势,得到了合适的行星轮开孔参数。

关键词：风扇驱动齿轮箱热网络法热源对流换热系数温度场

某型GTF发动机风扇驱动齿轮箱传动效率分析

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机械工程与自动化 2019年第6期 21-23页

作者：刘晓凡冯金覃琨中国航发商用航空发动机有限责任公司

为降低风扇叶尖速度对低压压气机、低压涡轮的转速限制,GTF发动机在低压压气机与风扇之间设有一个采用五路分流人字齿星型轮系的风扇驱动齿轮箱。根据某型GTF发动机风扇驱动齿轮箱的结构特点,采用FAG滚动轴承手册中轴承计算公式及Anders... 详细信息

为降低风扇叶尖速度对低压压气机、低压涡轮的转速限制,GTF发动机在低压压气机与风扇之间设有一个采用五路分流人字齿星型轮系的风扇驱动齿轮箱。根据某型GTF发动机风扇驱动齿轮箱的结构特点,采用FAG滚动轴承手册中轴承计算公式及Anderson-Loewenthal计算方法对齿轮箱的传动效率进行计算,并分析不同工况下齿轮箱传动效率的变化趋势;之后分析了供油温度对传动效率、齿轮摩擦功率损失、风阻损失及轴承功率损失的影响。

关键词：风扇驱动齿轮箱传动效率 GTF发动机

齿轮试验台多路变压力分油装置压力和流量仿真分析

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机械科学与技术 2016年第5期35卷 815-820页

作者：王丹冯金覃琨张伟伟中航商用航空发动机有限责任公司上海201108

根据齿轮驱动风扇构型的航空发动机试验时风扇驱动齿轮箱试验件各滑油喷嘴精确供油要求,在液压加载式功率流封闭齿轮试验台供油路上加装了一个可以多路变压力分油的分油装置,分油装置内腔设计多条油路支路,在支路上安装有节流元件,通过... 详细信息

根据齿轮驱动风扇构型的航空发动机试验时风扇驱动齿轮箱试验件各滑油喷嘴精确供油要求,在液压加载式功率流封闭齿轮试验台供油路上加装了一个可以多路变压力分油的分油装置,分油装置内腔设计多条油路支路,在支路上安装有节流元件,通过调节节流内孔孔径和长度控制节流元件压降,向试验齿轮箱各滑油喷嘴提供多路不同压力的滑油,使得试验齿轮箱滑油喷嘴流量和流速精确达到试验要求。采用Flowmaster软件对试验台滑油供油系统进行了一维稳态仿真分析,分析了节流元件内孔长度和孔径对试验齿轮箱滑油喷嘴流量和流速的影响作用。结果表明:节流内孔孔径对节流元件压降的影响远大于节流内孔长度对节流元件压降的影响,特别是当节流内孔孔径在1 mm至3 mm之间时,节流元件对滑油供油流路压力具有明显的调节作用。

关键词：齿轮润滑齿轮试验台 Flowmaster 风扇驱动齿轮箱航空发动机

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星型齿轮箱启动扭矩分析与计算

制造业自动化 2015年第15期37卷 114-117页

作者：冯金中航商用航空发动机有限责任公司上海201108

为支撑我国宽体客机发动机总体方案论证,以齿轮传动涡扇发动机用风扇驱动齿轮箱为研究对象,基于功率封闭试验台,从惯性力矩、滑动摩擦力矩及滚动摩擦力矩三个方面对齿轮箱试验件带载启动的启动扭矩进行分析。由分析结果可知,滚动摩擦力... 详细信息

为支撑我国宽体客机发动机总体方案论证,以齿轮传动涡扇发动机用风扇驱动齿轮箱为研究对象,基于功率封闭试验台,从惯性力矩、滑动摩擦力矩及滚动摩擦力矩三个方面对齿轮箱试验件带载启动的启动扭矩进行分析。由分析结果可知,滚动摩擦力矩在启动扭矩中占比很小;惯性力矩受输入轴角加速度影响较大,滑动摩擦力矩受加载器加载扭矩影响较大;随着输入轴角加速度或加载器加载扭矩的组合变化,启动扭矩有可能超出经验值规定范围。文中所述计算方法可对功率封闭试验台启动电机的选择提供参考依据,具有实际操作意义。

关键词：风扇驱动齿轮箱启动转矩

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某型齿轮箱试验台多路润滑系统流量仿真分析

机械工程与自动化 2020年第3期 7-9页

作者：李嘉东冯金刘晓凡覃琨中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201108

按照齿轮传动涡扇发动机中风扇驱动齿轮箱润滑系统对于滑油喷嘴的精确供油要求,在液压加载功率封闭齿轮试验台上设计有多路变压力分油装置。分油装置内腔包含多条油路支路,支路中设计有节流元件,利用对节流元件内孔长度与直径的调节可... 详细信息

按照齿轮传动涡扇发动机中风扇驱动齿轮箱润滑系统对于滑油喷嘴的精确供油要求,在液压加载功率封闭齿轮试验台上设计有多路变压力分油装置。分油装置内腔包含多条油路支路,支路中设计有节流元件,利用对节流元件内孔长度与直径的调节可以控制节流元件的压降,进而向各滑油喷嘴提供不同压力的滑油,以达到精准供油的目的。使用Flowmaster软件对齿轮箱试验台油路进行热交换稳态流动模拟,分析结果表明,节流孔径对节流元件压降的影响远大于节流孔长对节流元件压降的影响,且节流孔径在Φ1 mm~Φ3 mm范围内时节流效果较明显。

关键词：风扇驱动齿轮箱润滑系统 Flowmaster 仿真