1 Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова, Москва, Россия 2 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия В статье рассмотрена специфика дефектов авиационных конических зубчатых колёс с круговым зубом по сравнению с коническими зубчатыми колёсами общего машиностроения. Установлено, что основной причиной разрушения авиационных конических зубчатых колёс является возбуждение резонансных колебаний обода зубчатого колеса вследствие попадания его собственных форм колебаний по узловым диаметрам в рабочий диапазон частот вращения передачи. Разработана модель, позволяющая исследовать влияние параметров модификации рабочей поверхности зубчатых колёс на функцию кинематической погрешности передачи при различной величине передаваемого крутящего момента. Разработана редуцированная динамическая модель конической зубчатой передачи, которая позволяет моделировать вибронапряжённость конических зубчатых колёс с различными параметрами модификации рабочего профиля. В рамках апробации динамической модели построены амплитудно-частотные характеристики по основным параметрам колебаний передачи, включая вибронапряжения во впадине между зубьями. Выявлен основной фактор, оказывающий влияние на вибронапряжённость конических зубчатых колёс.Ключевые слова: конические зубчатые передачи, резонансные колебания, кинематическая погрешность, математическое моделирование, метод конечных элементов ВведениеКонические зубчатые передачи центральных и угловых приводов газотурбинных двигателей (ГТД) и трансмиссий вертолётов, обладая низкой массой и габаритами, рабо-тают при высоких окружных скоростях и передаваемых мощностях. Разрушение кониче-ского привода авиационного ГТД приводит к выключению двигателя в полёте, что явля-ется особенно опасным для однодвигательных летательных аппаратов. Агрегаты транс-миссии вертолётов являются нерезервируемыми системами, вследствие чего разрушение

No abstract

Bevel gears of modern aviation motors operate at high rotation velocities and transmitted torques. High dynamic load in bevel mesh due to impact interaction of teeth in contact actuates gear rim oscillations. Coincidence of dynamic load frequency and bevel gear natural frequency of nodal diameter can cause oscillation amplitude grow and gear rim breakdown. By harmonic response analysis it is shown, that highest stresses in gear rim appears during gear oscillation by two or three nodal diameters. Gear root is a stress concentration in this case. In this paper methods of bevel gears dynamic behavior simulation are considered. A 3D solid dynamic model of bevel gear drive with transient contact interaction between pinion and gear by curvilinear teeth subject to tooth profile modification has been developed. An actuation was made by kinematic way by applying rotational velocity to driving pinion. A transmitted torque is applied to driven gear. An energy dissipation in gear material is considered in model. A transmission error of bevel gears depending on profile modification, transmitted torque and diaphragm stiffness is calculated. It is shown, that applying tooth profile modification helps to avoid stress concentration on teeth flank, decreases transmission error and derivatives of it’s function. As a result of calculation a function of disturbing force, actuating in gear mesh, dynamic transmission error and first principal stresses of gear crown face in time domain has been obtained. A spectral analysis of disturbing force and first principal stresses of gear rim is executed. As a result, it is shown, that gearing mesh is a source of poly-harmonic excitation of bevel gears. The maximum amplitude in contact force spectra is at frequency four times greater, than tooth frequency, and the maximum amplitude in first principal stresses of gear crown face spectra is at tooth frequency. Using a first principal stresses law of variation a new criterion of bevel gear rim strength is obtained.

Ïðîâåäåíà äèàãíîñòèêà ðàçðóøåíèÿ êîíè÷åñêèõ çóá÷àòûõ êîëåñ öåíòðàëüíîãî ïðèâîäà è ïðèâîäà êîðîáêè ïðèâîäíûõ àãðåãàòîâ àâèàöèîííîãî ãàçîòóðáèííîãî äâèãàòåëÿ. Ñ èñïîëüçîâàíèåì ôèçè÷åñêèõ ìåòîäîâ èññëåäîâàíèÿ (ðàñòðîâîé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè, ýëåêòðîííî-çîíäîâîãî ðåíòãåíîâñêîãî ìèêðîàíàëèçà) è èçìåðåíèÿ ìèêðîòâåðäîñòè îïðåäåëåíû î÷àãè ðàçðóøåíèÿ è ðåêîíñòðóèðîâàíà åãî êèíåòèêà, ïðîàíàëèçèðîâàíû ìèêðîñòðóêòóðà è ìèêðîòâåðäîñòü óïðî÷íåííîãî (íèòðîöåìåíòîâàííîãî) ñëîÿ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî òâåðäîñòü ýòîãî ñëîÿ ó ïîâåðõíîñòè ìåaeçóáöîâûõ âïàäèí ðàçðóøåííûõ êîëåñ ñóùåñòâåííî íèaeå, ÷åì ó áåçäåôåêòíûõ êîëåñ ñî çíà÷èòåëüíîé ýêñïëóàòàöèîííîé íàðàáîòêîé. Ðàññìîòðåíû óñëîâèÿ ýêñïëóàòàöèè êîëåñ ïðè ðàçëè÷íûõ ðåaeèìàõ ðàáîòû äâèãàòåëÿ. Âûïîëíåíî êîíå÷íî-ýëåìåíòíîå ìîäåëèðîâàíèå íàïðÿaeåííî-äåôîðìèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ êîëåñ. Ïîêàçàíî, ÷òî â ðàáî÷åì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ïðîèñõîäÿò ðåçîíàíñíûå èçãèáíûå êîëåáàíèÿ êîëåñ ïî ôîðìå ñ òðåìÿ óçëîâûìè äèàìåòðàìè, ïðè ýòîì çîíà ìàêñèìàëüíûõ âèáðîíàïðÿaeåíèé ñîâïàäàåò ñ ìåñòîïîëîaeåíèåì î÷àãîâ óñòàëîñòíîãî ðàçðóøåíèÿ. Äàííûå êîíå÷íî-ýëåìåíòíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïîäòâåðaeäåíû ïðè òåíçîìåòðèðîâàíèè êîëåñ â ïðîöåññå èñïûòàíèé äâèãàòåëÿ. Òàêèì îáðàçîì, â ðåçóëüòàòå êîìïëåêñíûõ èññëåäîâàíèé óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè÷èíîé ðàçðóøåíèÿ çóá÷àòûõ êîëåñ ÿâëÿþòñÿ ðåçîíàíñíûå èçãèáíûå êîëåáàíèÿ ñ âûñîêèì óðîâíåì âèáðîíàïðÿaeåíèé â óñëîâèÿõ ïîíèaeåííîé ïîâåðõíîñòíîé òâåðäîñòè ìåaeçóáöîâûõ âïàäèí. Ðàçðàáîòàíû, àïðîáèðîâàíû è âíåäðåíû ìåðîïðèÿòèÿ, íàïðàâëåííûå íà ñîâåðøåíñòâîâàíèå êîíñòðóêöèè êîëåñ è òåõíîëîãèè èõ èçãîòîâëåíèÿ â öåëÿõ óñòðàíåíèÿ ïðè÷èí ðàçðóøåíèÿ.Êëþ÷åâûå ñëîâà: êîíè÷åñêîå çóá÷àòîå êîëåñî; óñòàëîñòü; ôðàêòîãðàôèÿ; êèíåòèêà òðåùèí; íàïðÿaeåííî-äåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèå; êîíå÷íî-ýëåìåíòíîå ìîäåëèðîâàíèå; ðåçîíàíñíûå êîëåáàíèÿ; ìèêðîòâåðäîñòü.