一种航空发动机传动齿轮的供油计算方法与流程

本技术属于航空发动机传动系统领域，特别涉及一种航空发动机传动齿轮的供油计算方法。

背景技术：

1、航空发动机传动系统作为动力传输的主要部件，关系着整个发动机能否稳定运转的重要部分。传动系统的供油设计需实现航空齿轮箱齿轮副的长寿命、高可靠性要求。

2、现有的航空齿轮副供油设计原则较模糊，未考虑发动机和飞机附件的工作特性，而且计算齿轮副供油量所用的供回油温差选取的差异较大，仅按最大提取功率计算发热量，存在供油偏多、不利于系统回油的问题；计算齿面发热量所用的齿面正压力、摩擦系数未考虑齿面载荷沿着啮合线存在时变性，往往按传统经验值计算，导致齿面发热量计算不合理，影响供油量计算的准确性。

3、航空附件在瞬时加载时齿面热量尚未开始传导，如果按瞬时大功率计算所需供油量，可能导致供油量偏多，既增加传动系统供油负担，还可能增加搅油损耗，不利于传动系统回油；供油量计算所需的参数之一供回油温差在现有供油温度的基础上，受齿面允许的瞬时温度的影响，高温不仅导致齿轮钢疲劳性能下降，还会影响齿面间油膜厚度，易致齿面摩擦、磨损问题发生。航空齿轮副在啮合过程中，每个啮合点都存在滑动和滚动，以往只考虑齿面的滑动问题；而且，重合度小于2的齿轮副沿着啮合迹存在单齿和双齿交替啮合的特性，齿面载荷沿着啮合线具有时变性，现有齿轮副滑动磨擦功率损耗只按额定功率算得正压力计算，不符合单齿、双齿啮合的实际情况；滑动摩擦损失计算时时所用的摩擦系数通常按经验值，但航空齿面处于弹性流体动力润滑状态，摩擦系数跟齿面正压力、滑动摩擦速度、润滑状态等多因素有关。

4、因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供了一种航空发动机传动齿轮的供油计算方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

2、本技术的技术方案是：

3、一种航空发动机传动齿轮的供油计算方法，包括：

4、步骤一、获取预置的供油设计原则；

5、步骤二、根据所述供油设计原则计算传动齿轮的发热量；

6、步骤三、根据传动齿轮的发热量计算传动齿轮的供油量。

7、在本技术的至少一个实施例中，所述供油设计原则包括：

8、若传动齿轮单次工作的时间少于第一阈值，且相邻两次工作的时间间隔大于第二阈值，则按照预定功率计算发热量；

9、若传动齿轮单次工作的时间少于第一阈值，且连续多次工作中的相邻两次工作的时间间隔均小于第三阈值，则按照最大功率计算发热量；

10、若传动齿轮单次工作的时间大于第四阈值，则按照最大功率计算发热量；

11、根据发热量计算供油量时，定义供回油温差为40℃。

12、在本技术的至少一个实施例中，步骤二中，所述根据所述供油设计原则计算传动齿轮的发热量，包括：

13、根据所述供油设计原则，完成以下计算：

14、计算沿啮合线齿面的接触压力；

15、计算齿面摩擦系数；

16、计算平均滑动损失；

17、计算平均滚动损失；

18、计算齿面风阻损失；

19、将所述平均滑动损失、所述平均滚动损失以及所述齿面风阻损失进行加和，得到传动齿轮的发热量。

20、在本技术的至少一个实施例中，所述计算沿啮合线齿面的接触压力包括：

21、根据从动轮齿顶圆与啮合线的交点以及主动轮齿顶圆与啮合线的交点，计算啮合线两端点s(xs，ys)、f(xf，yf)的坐标：

22、

23、

24、其中，d为中心距，α为压力角，r1为主动轮的分度圆半径，ra1为主动轮齿顶圆半径，ra2为从动轮齿顶圆半径；

25、啮合线上啮合点坐标为m(xm,ym,0)，主动轮圆心表示为o1(0,0,0)，从动轮圆心表示为o2(0,d,0)，则主动轮圆心到啮合点的向量为从动轮圆心到啮合点的向量为

26、设主动轮角速度为ω1，从动轮角速度为ω2，将主动轮角速度表示为向量形式将从动轮角速度表示为向量形式

27、则主动轮上啮合点的线速度向量为：

28、

29、则从动轮上啮合点的线速度向量为：

30、

31、相对滑动速度v12为：

32、

33、计算啮合点m处的接触压力fnm为：

34、

35、其中，p为传动齿轮功率，n为传动齿轮转速。

36、在本技术的至少一个实施例中，所述计算齿面摩擦系数包括：

37、计算啮合线长度：

38、

39、其中，g为啮合线长度，ra1为主动轮齿顶圆半径，ra2为从动轮齿顶圆半径，rb1为主动轮齿基圆半径，rb2为从动轮齿基圆半径，rj1为主动轮的节圆半径，rj2为从动轮的节圆半径，α为压力角；

40、计算平均滑动速度为：

41、

42、其中，为平均滑动速度，z1为主动齿轮齿数，z2为从动齿轮齿数，n1为主动轮转速；

43、计算平均滚动速度为：

44、

45、其中，为平均滚动速度；

46、计算平均法向载荷为：

47、

48、其中，为平均法向载荷，t1为主动轮扭矩；

49、计算齿面摩擦系数为：

50、

51、其中，f为齿面摩擦系数，b为齿宽，u0为动力粘度。

52、在本技术的至少一个实施例中，所述计算平均滑动损失包括：将啮合线n等分，计算啮合点m处的滑动损失：

53、

54、则，齿面平均滑动损失为：

55、

56、其中，phm为啮合点m处的滑动损失，ph为平均滑动损失。

57、在本技术的至少一个实施例中，所述计算平均滚动损失包括：

58、计算当量曲率半径为：

59、ρ＝(rj1sinα+0.25g)(rj2sinα-0.25g)/[(rj1+rj2)sinα]

60、其中，ρ为当量曲率半径；

61、计算油膜厚度为：

62、

63、其中，为油膜厚度；

64、计算重合度为：

65、ε＝1000g/(πmcosα)

66、其中，ε为重合度，m为齿轮模数；

67、则平均滚动损失为：

68、

69、其中，pg为平均滚动损失。

70、在本技术的至少一个实施例中，所述计算齿面风阻损失包括：

71、pw1＝2.82x10-7(1+2.3b/r1)n12.8r14.6(0.028u0+0.019)0.2

72、pw2＝2.82x10-7(1+2.3b/r2)(n1z1/z2)2.8r24.6(0.028u0+0.019)0.2

73、其中，pw1为主动轮齿面风阻损失，pw2为从动轮齿面风阻损失。在本技术的至少一个实施例中，所述传动齿轮的发热量为：

74、pg＝ph+pg+pw1+pw2

75、其中，pg为传动齿轮的发热量。

76、在本技术的至少一个实施例中，步骤三中，所述根据传动齿轮的发热量计算传动齿轮的供油量包括：

77、传动齿轮的供油量为：

78、

79、其中，q为传动齿轮的供油量，cp为定压比热，ρ为密度，δt为供回油温差。

80、发明至少存在以下有益技术效果：

81、本技术的航空发动机传动齿轮的供油计算方法，解决了航空齿轮箱供油设计原则模糊的问题；考虑齿轮副实际单、双齿交替啮合情况，通过沿啮合线齿面接触压力计算公式、滑动摩擦系数计算公式以及考虑齿面滚动摩擦损失的齿面发热量计算公式，得到符合实际工况、齿面实际啮合特性的齿轮所需供油量。