基于响应面法的齿轮容差设计方法研究

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1、第42卷第3期2016年6月航空发动机AeroengineV01．42No．3Jun．2016基于响应面法的齿轮容差设计方法研究王桂华1，井海龙2，史妍妍1，陈云霞2(1．中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015；2．北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京100191)摘要：随着附件传动系统不断向高速、重载方向发展，齿面接触可靠性问题越来越受关注。为提高齿轮可靠性，分析了齿轮传动系统常见误差类型及影响，开展了齿轮容差设计初步探讨。根据齿轮制造、加工及系统动态误差的产生原理和作用方式，基于齿轮接触应力仿真结果，确定了影响齿轮接触应力随机性的5种主要误差形式及其特征量分

2、布规律，提出了基于响应面法的齿轮容差设计方法，给出了齿轮系统公差设计的改进方向：在进行齿轮公差设计时，重点控制H、V方向的轴向平行度公差。关键词：齿轮；容差设计；可靠性；接触应力；随机性；响应面；传动系统；敏感性分析中图分类号：V215．1文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．03．001MethodsofToleranceDesignforGearsBasedonResponseSurfaceMethodologyWANGGui—hual，JINGHai—lon92，SHIYan—yanl，CHENYun—xia2(1．AVI

3、CShenyangEngineDesignandResearchInstitute，Shenyang10015；2．SchoolofKehabihtyandSystemsEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191)Abstract：Withtheaccessorydrivingsystemtakesthewaytowardsthehighspeedandheavyload，thecontactreliabilityofaviationgearsmakemoresense．Inordertoimprovethereliability，

4、thecommonerrortypesandeffectsofgeardrivingsystemwereanalyzed，andthestudyoftolerancedesignwasproposed．Accordingtogearprocessingandmanufacturing，theprincipleandaction—modeofthesystematicdynamicerror,fivemainerrortypesandtheircharacteristicsoftherandomerrorofthecontactstressofthegearweredeterm

5、inedonthebasisofthesimulationresults．Moreover,amethodofgeartolerancedesignbasedonresponsesurfacewasproposedandtheimprovementdirectionoftolerancedesignofgearsystemwasgiven：thetoleranceforthedirectionofHandVshouldbemainlycontrolledduringthetolerancedesign．Keywords：gear；tolerancedesign；reliabi

6、lity；contactstress；randomness；responsesurface；drivingsystem；sensitivityanalysis0引言随着航空发动机推重比不断提高，附件传动系统逐渐向高速、重载方向发展，越发严苛的工作条件也对传动齿轮提出了更高的可靠性要求[1】。在航空发动机维修过程中发现，80％以上的齿轮失效是齿面接触疲劳造成的【2]。因此，研究齿轮的齿面接触应力可靠性，对提高附件传动系统及发动机整体工作的可靠性意义重大。齿轮的工作可靠性受到多种随机因素的综合作用，其中制造、加工及系统动态误差的存在是随机性产生的主要原因。文献【3]针对不同轴线平

7、行度偏差对某附件机匣传动系统轴系结构的影响进行对比仿真分析；文献[4】建立了带有安装与制造误差的齿轮参数化模型，并对其进行动态仿真，得到齿轮在安装与制造误差影响下的动态接触应力；文献【5]针对斜齿轮进行建模及仿真，分析了齿轮在齿侧间隙误差和轴平行度误差下力学性能的变化；文献[6]得到了齿形误差及公差对齿轮振动的影响。以上研究仅针对单一误差对齿轮传动系统齿轮性能的影响做了分析，而对于多种误差协同作用对齿轮性能的影响，及每种误差因素的影响程度，并没有给出明确的结论。本文根据齿轮制造、加工及系统动态误差的产生