某型直升机主减传动系统振动能量特性研究

摘要

直升机已被广泛用于军事、治安消防、医疗救护、通讯联络等国民经济的各个领域，而直升机主减传动系统性能的优劣直接影响着直升机的运行性能、安全性和可靠性。直升机主减传动系统传动特性复杂、耦合因素较多且难以表征，对于准确预估齿轮传动系统的振动特性及优化设计来说面临研究周期漫长、花费成本巨大等问题。本文针对某型直升机主减传动系统，在广义坐标系下通过节点有限元法和超单元法建立系统耦合动力学模型，并对其开展振动能量传递特性和振动能量贡献占比研究，主要研究内容如下：　　①分别通过节点有限元法和超单元法建立考虑轴系柔性的齿轮转子模型和考虑机匣柔性的机匣超单元模型，通过对比机匣缩聚前后的模态参数来验证机匣超单元模型的有效性。推导齿轮转子模型和柔性机匣模型在广义坐标系下的耦合关系，从而得到了完整的直升机主减传动系统耦合动力学模型。进行系统振动实验测试，对比实验数据和理论模型时频域加速度，验证了理论模型的有效性。　　②基于某型直升机主减传动系统耦合动力学模型，通过振动功率流方法来求解了系统节点振动能量，分析不同转速下系统内各轴系支撑节点振动能量特性以及耦合柔性机匣对其产生的影响，分别研究了系统平行级齿轮结构和行星轮系结构对振动能量的传递特性以及不同结构参数和激励源对传递特性产生的影响。　　③通过单激励法和介入激励法度量系统节点振动能量贡献占比，并对比了两种方法的优劣。用介入激励法研究未耦合柔性机匣情况下齿轮转子系统在不同工况中的振动能量占比特性，并研究耦合柔性机匣对系统各节点振动能量贡献占比的影响。

目录

1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 研究背景与意义

1.3.1 动力学建模及齿轮多源激励研究

1.3.2 箱体建模及耦合系统动力学研究

1.4 振动能量传递研究现状

1.5 主要研究内容及技术路线

2 直升机主减传动系统超单元建模及实验验证

2.1 引言

2.2.1 研究内容

2.2.2 齿轮转子系统节点有限元动力学建模

2.2.3 系统多源激励数学表征

2.3 直升机主减静子机匣超单元建模

2.3.1 超单元缩聚原理

2.3.2 超单元缩聚模型建立

2.3.3 超单元缩聚模型验证

2.4 系统耦合动力学建模

2.4.1 广义坐标系下耦合关系推导

2.4.2 建立耦合模型

2.5.1 实验过程

2.5.2 实验结果与验证

2.6 本章小结

3 系统振动能量传递特性研究

3.1 引言

3.2 振动能量计算

3.3 轴系支撑节点振动能量特性

3.4 平行级齿轮传动系统振动能量传递特性

3.4.1 啮合刚度

3.4.2 啮合误差

3.4.3 啮合阻尼比

3.4.4 齿侧间隙

3.5 行星轮系振动能量传递特性

3.5.1 行星轮系外部振动能量的传递特性

3.5.2 行星轮系内部振动能量的传递特性

3.5.3 其它参数对行星轮系振动能量传递特性的影响

3.6 本章小结

4 系统振动能量贡献占比研究

4.1 引言

4.2.1 单激励法

4.2.2 介入激励法

4.2.3 评价方法对比

4.3 齿轮转子系统

4.3.1 转速对系统振动能量贡献占比的影响

4.3.2 负载对系统振动能量贡献占比的影响

4.4 齿轮转子-柔性支撑系统

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究不足与展望

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢