传动系统是航空发动机十分重要的组成部分,是一个典型的多级数、多分支、含非平行轴的齿轮耦合复杂转子系统。由于齿轮的啮合作用,系统各转子之间的弯曲振动和扭转振动相互耦合,从而不能仅从单根转子来考察,因此需要建立系统的弯扭耦合振动方程,对其振动特性进行分析。为了改善传动系统的振动特性,有必要建立一个行之有效的控制系统对其振动进行控制,使得系统的振动量保持在所要求的范围内,从而保证发动机和飞机的稳定性和可靠性。 本文首先建立了斜齿轮、直齿锥齿轮的线性动力学模型,介绍了齿轮啮合刚度、啮合阻尼的计算方法,并导出了它们的耦合刚度阵与耦合阻尼阵。然后推导了齿轮耦合复杂转子系统弯扭耦合振动方程,即采用集总质量法建立系统中每根转子的振动方程,并求出以耦合刚度阵与耦合阻尼阵表达的齿轮传动之动态啮合力,将其作为转子上齿轮轴段的外加激振力,联立各单根转子的振动方程,得到齿轮耦合转子系统的弯扭耦合振动方程。最后,求解这些方程,获得了系统的固有模态与动态响应。 采用所推导的方法分析了某航空发动机传动系统的振动特性,结果表明,系统除了单根转子模态和以某一单根转子模态为主的耦合模态外,还派生出许多对齿轮耦合作用非常敏感的新的弯扭耦合模态,在系统设计时需特别注意齿轮传动对这些模态的影响;由于齿轮耦合的作用,系统上某一转子上的激振力,将传递给其他转子,故系统中某一转子受到激励时,往往会引起多根转子的振动响应,因此要注意提高转子尤其是高速转子的动平衡精度,降低不平衡激励,以提高系统的动态品质。 通过计算,获得系统直接与发动机相联接的齿轮节点的振幅与该节点附近轴承的支承刚度的变化曲线,采用BP神经网络对其进行模拟逼近:针对系统的振动控制要求,设计了模糊控制器,对系统进行振动控制,并在Matlab平台下利用其仿真工具Simulink对整个控制算法进行仿真。结果表明,通过调节控制器的输入输出比例常数,能够达到较为理想的控制效果。