大功率面齿轮四分支传动系统均载特性及设计方法研究

Face gear multi-branching transmission system is an important development trend of aviation helicopter power transmission device. This project proposes a new structure of the face gear four-branching transmission system, which can realize the four split of the input power. This project will research the load-sharing theory and design method of this system. The power flow loop system deformation condition is deduced by based on analysis method of bearing contact simulation of tooth surface. The static / dynamic load sharing model is established, the influence of error and elastic deformation factors on system load characteristics. Face gear drive pinion radial floating and cylindrical gear wheel spline clearance floating double floating system structure and load sharing process simulation analysis method, revealed floating amount of system load sharing characteristics and affecting mechanism proposed. With the face gear surface modification technology, the physical relation between real tooth surface load distribution and load sharing, influence of tooth surface modification of system load characteristics. The load sharing test platform is set up to carry out the load sharing test, and the theoretical analysis is verified and improved. The purpose of this project is to realize the independent design of the four branch transmission system of the face gear with good load-sharing performance and excellent dynamic meshing characteristics. The application research of the load sharing technology in the multi branch transmission system of the face gear is added, which has important theoretical research value.

面齿轮多分支传动系统是航空直升机动力传输装置的重要发展趋势，本项目提出一种可实现功率四路分流的面齿轮四分支轮系新结构，拟对其均载理论及设计方法问题展开研究。基于齿面承载接触仿真分析方法，推导系统功率流闭环变形协调条件，建立系统的静、动力学均载理论模型，研究误差、弹性变形等因素对系统均载特性的影响规律；提出面齿轮副小轮径向浮动、圆柱齿轮副小轮花键间隙浮动的双浮动结构与系统均载过程的仿真分析新方法，揭示浮动量对系统均载特性的影响机制与规律；结合面齿轮副齿面修形技术，建立真实齿面载荷分配与系统均载之间的物理联系，研究齿面修形量对系统均载特性的影响；开展均载测试试验，对理论分析进行验证和改进，实现面齿轮四分支传动的均载理论研究与实践。本项目旨在实现具有较好均载性能和优良动态啮合特性的面齿轮四分支传动系统的自主设计，填补均载技术在面齿轮多分支传动系统的应用研究的空白，具有重要的理论价值和现实意义。

本项目建立了航空大功率面齿轮四分支传动系统从均载设计方法、均载特性分析以及均载试验过程等较完整的理论研究体系，解决了系统均载设计及如何实现等问题，实现了具有良好力矩分流精度和优良工作平稳性的面齿轮四分支传动系统的自主创新设计。.面齿轮四分支传动系统利用面齿轮-人字齿轮的两次分扭布局，可实现动力的四路分流/汇流，提出采用浮动均载及弹性扭力轴的均载结构设计方法，均载性能良好、末级传动比大、承载能力高，在同一工况条件下，末级大齿轮直径较面齿轮二分支传动系统可减少约20%，重量可减约35%；推导了基于功率流动闭环特性的扭转角变形协调条件，结合力矩平衡条件，建立系统静态均载力学模型，模型中引入面齿轮及圆柱齿轮齿面承载接触仿真分析方法，更加精确的揭示了误差、刚度、弹性变形及轮齿各啮合位置点对系统均载特性的影响规律；建立了基于小齿轮径向浮动、花键间隙浮动以及扭力轴柔性变形等均载结构的均载力学分析模型，模型中引入了径向限位环的辅助均载力学特征，揭示了浮动因素作用下的系统均载特性影响机制，改善了系统均载性能和承载能力；基于集中参数质量法，建立了各误差因素影响下系统多自由度弯-扭耦合动态均载模型，通过数值方法求解动态微分方程，阐明了时变啮合刚度、扭转刚度、综合误差、阻尼以及花键间隙等因素对动态均载特性的影响机理；采用相似结构原理，设计、安装、调试完成功率闭环面齿轮分支传动系统试验台，均载系数可控制在±5%，验证了所提出的均载理论及设计方法的正确性。.研究成果填补国内均载技术在该系统应用及研究的部分空白，打破了西方航空发达国家对我国在该系统均载关键技术的封锁，对于实现系统减轻重量、提高结构刚性与运转平稳性具有积极促进作用，满足我国新一代航空直升机传动装置的高承载、高可靠性及高功率密度比等战略技术发展需求，对于我国航空主减速器设计水平的跨越式发展具有重要意义，可进一步在我国航空某型号项目的动力传输系统中推广和应用。