【摘 要】
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为了实现涡扇发动机较大的单级增压比,提升燃烧效率,在发动机低压转子和风扇之间引入人字星型齿轮减速装置,以提高低压压气机和低压涡轮转速,降低风扇转速,使各零部件均工作在最佳转速下。齿轮传动涡扇发动机（GTF）齿轮箱输入转速高,功率密度大,同时受到机动飞行产生的外部非惯性激励以及由时变啮合刚度、齿侧间隙、传动误差等因素引发的齿轮内部动态激励,其动力学行为复杂多变。因此,开展高速人字星型齿轮系统内外多源
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“高速人字行星齿轮系统多场耦合激励机理及振动噪声优化研究”（批准号:51875057）；
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为了实现涡扇发动机较大的单级增压比,提升燃烧效率,在发动机低压转子和风扇之间引入人字星型齿轮减速装置,以提高低压压气机和低压涡轮转速,降低风扇转速,使各零部件均工作在最佳转速下。齿轮传动涡扇发动机（GTF）齿轮箱输入转速高,功率密度大,同时受到机动飞行产生的外部非惯性激励以及由时变啮合刚度、齿侧间隙、传动误差等因素引发的齿轮内部动态激励,其动力学行为复杂多变。因此,开展高速人字星型齿轮系统内外多源动态激励表征及动力学性能优化,对实现齿轮系统轻量化低振动设计和多工况下的平稳运行具有重要的理论意义和工程价值。本文以GTF发动机高速人字星型齿轮系统为研究对象,开展内外多源动态激励表征、齿轮系统动力学建模与仿真、多工况影响因素分析及系统动态性能优化。主要研究内容如下:（1）将齿轮系统中构件简化为质点,分析其在空间中的组合运动,推导出质点绝对加速度在随动坐标系中的表达式,实现了外部动态激励的数学表征;综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传动误差等因素,得出齿轮系统内部多源动态激励的解析表达式。（2）基于集中参数法,结合齿轮啮合线方向相对位移,建立了包含太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架的弯扭轴耦合动力学模型,组集了系统振动微分方程;引入附加加速度和构件重力,对动力学方程进行修正,求解了基础静止状态下系统的振动位移、速度、加速度和动态啮合力等动力学响应。（3）计算匀速和加速状态多种机动飞行工况下的关键控制参数及构件附加加速度,构建修正后的动力学方程,求解多工况下系统动力学响应,得出爬升和滚转时构件主要向机身竖轴方向偏移,而偏航时构件主要向机身横轴方向偏移;进而提出了刚性支撑和柔性支撑两种改进措施,评估了改进效果。（4）以构件总质量和振动加速度为优化目标,建立齿轮系统优化数学模型;使用拉丁超立方抽样建立样本点集,构建Kriging代理模型,表征设计变量与目标函数的映射关系;基于遗传优化算法编写混合离散优化程序,搜寻最优齿轮参数,优化后系统振动加速度减小了21.9%,总质量减小了18.4%,优化效果明显。
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