【摘 要】
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星型人字齿轮传动装置是齿轮传动涡扇（GTF）发动机的核心部件,具有结构紧凑、承载能力强和传动效率高等特点,传动效率是GTF发动机齿轮传动的重要评价指标。齿轮副啮合功率损失对系统传动效率有着较大的影响,其中摩擦功率损失是啮合功率损失的主要部分,特别是高速重载齿轮传动,轮齿承受载荷高,相对滑动速度大,且处于混合弹流润滑状态,齿面摩擦功率损失严重。因此开展星型人字齿轮系统啮合效率计算及宏微观参数优化,对
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星型人字齿轮传动装置是齿轮传动涡扇（GTF）发动机的核心部件,具有结构紧凑、承载能力强和传动效率高等特点,传动效率是GTF发动机齿轮传动的重要评价指标。齿轮副啮合功率损失对系统传动效率有着较大的影响,其中摩擦功率损失是啮合功率损失的主要部分,特别是高速重载齿轮传动,轮齿承受载荷高,相对滑动速度大,且处于混合弹流润滑状态,齿面摩擦功率损失严重。因此开展星型人字齿轮系统啮合效率计算及宏微观参数优化,对提升齿轮系统啮合效率具有重要的理论意义和工程价值。本文以星型人字齿轮系统为研究对象,开展人字齿轮副摩擦激励分析、齿轮系统动力学建模与动态啮合力分析、齿轮系统啮合效率计算以及基于效率提升的宏微观参数优化。论文主要研究内容如下:（1）根据修形人字齿轮副几何参数及啮入啮出位置,计算齿轮副总重合度,推导了内啮合和外啮合人字齿轮副时变接触线长度以及齿面综合曲率半径、卷吸速度和相对滑动速度的计算式;基于混合弹流润滑理论和接触线分段法,求得齿面综合摩擦系数、时变摩擦力和摩擦力矩。（2）综合考虑时变啮合刚度、齿面摩擦、啮合相位、啮合误差等因素,采用集中参数法建立星型人字齿轮系统弯-扭-轴耦合动力学模型,求解了齿轮副动态啮合力,分析啮合刚度对啮合力的影响规律得出,人字齿轮左右侧动态啮合力变化规律相似,内啮合和外啮合齿轮副的啮合力存在相位上的差异。（3）考虑内、外啮合人字齿轮副的滑动摩擦和滚动摩擦功率损失,计算了星型人字齿轮系统总摩擦功率损失和啮合效率,与Niemann公式对比验证了结果的合理性;研究了齿轮宏微观参数对啮合效率的影响规律,得出啮合效率随齿数、压力角和齿廓修形量的增大而增大,随模数和表面粗糙度的增大而减小。（4）以齿数、模数、压力角和齿廓修形量等宏微观参数为设计变量,传动比、装配、疲劳强度等为约束条件,减轻质量、减小静态传动误差、提升啮合效率为目标,建立了星型人字齿轮系统宏微观参数优化模型,基于遗传算法搜寻最优设计参数,评估得出齿轮系统优化效果良好。
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