行星机构的可靠性分析与计算.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252017Vol38No8SSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaedu．crlhkxb@buaa．educa行星机构的可靠性分析与计算李铭1，谢里阳1一，丁丽君21．东北大学机械工程与自动化学院，沈阳1108192．中国航发黎明运行保障中心，沈阳110000摘要：行星机构的结构设计缺陷、制造与安装误差、支撑构件刚度不足等原因可能会使系统发生一定程度的偏载，从而会影响整个机构的使用寿命与可靠性。利用最小次序

2、统计量的概念建立了行星齿轮系的可靠度计算模型，模型反映了偏载对齿轮系可靠性的影响。首先，对行星机构进行了详细的运动学和力学分析，计算得到了各个齿轮的随机载荷历程。根据Miner线性疲劳累积损伤法则，将随机载荷历程转化为等效恒幅载荷谱，并将其作为可靠性模型的载荷输入变量。然后，将特定齿轮的疲劳寿命数据进行统计处理，将统计结果作为可靠性模型的强度输入变量。最后，根据模型的计算结果定量地说明了偏载对行星齿轮系可靠性的影响程度，同时利用随机截尾数据处理方法对可靠性模型的有效性进行了验证。关键词：行星机构；偏载分析；可靠度计算；疲劳寿命；

3、弯曲应力计算中图分类号：V215．7；TB302。3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)08—421145—14行星机构被广泛应用于各种大功率传动系统中，尤其在航空领域，由于其具有体积小、质量轻、承载能力大的优点，因此得到了充分的重视。行星机构可以达到很高的功率传输水平，是由于行星轮的功率分流作用减小了轮齿的受力，在传输功率相当的条件下，行星齿轮系较其他齿轮系具有更高的可靠性。同时，由于大多数行星机构采取行星轮中心对称布置，这将使作用在中心轮上的径向力相互抵消，从而减小了轴承的支撑要求。但是，在行星机构中只有当

4、传输功率平均分配到各个行星轮上，它的这些优点才能得到充分的发挥。在实际应用中，由于制造与安装误差、支撑构件的变形等因素的影响，行星机构的偏载问题是无法避免的[1]，因此对它的偏载分析具有重要的实际意义。Hidaka等[1。3]通过理论分析与试验证明了只有当至少一个中心轮处于浮动状态，行星机构才能达到较好的载荷分担效果，Muller[41也得出了相同的结论。Hidaka和TerauchiLlo指出，行星架等支撑构件的小变形可以改善行星机构的偏载状况。其他一些研究∞。8]同样讨论了支撑条件对行星机构载荷分担的影响。Hayashi等凹

5、]通过试验证明了随着输入功率的增加，行星机构的偏载系数呈现降低的趋势。KahramanLl”“1通过一个简化的离散模型说明了行星销轴在动态载荷下的运动规律，进而说明了销轴对行星机构载荷分配的影响。针对高速、重载的齿轮机构的可靠性分析是必要的，尤其对于航空领域的行星齿轮机构来说更是不可或缺的设计过程。YangLl2。改进了线性疲劳累积损伤法则，使其更好地应用于齿轮机构的疲劳计算。张义民等[1胡利用随机摄动法对齿收稿日期：2017-01—17；退修日期：2017—02—17j录用日期：2017-04—24；网络出版时间：2017-0

6、5—1909：27网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V．201705190927002htmI基金项目：国家科技支撑计划(2014BAF08801)；国家自然科学基金(51335003)*通讯作者E-mail：sysyxie@163corn}

7、用格武

8、李铭。谢里阳．T丽君行星机构的可靠性分析s计算(JJ．航空学报．2017．38(8)：421145LIM，XlELY，DINGLJReli—abilityanalys，sandcalculationforplanetarymechanismEJ

9、JActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(8)：421145421145．1航空学报轮机构进行了可靠性分析，在一定程度上完善了齿轮传动的设计过程。张冠宇等口41采用Kriging模型对大型球磨机齿轮机构的体积和可靠性进行了全局优化。Nejad等n朝提出了一种用于风力发电机的齿轮弯曲疲劳长寿命损伤计算方法。李延福等[163使用逻辑图评估了风力涡轮机系统中通用齿轮机构的可靠性。Guerine等[173分析了参数具有不确定性的齿轮机构的动态统计响应。偏载会恶化行星机构的载荷环境，限制其优

10、势的发挥，同时会降低行星齿轮系的可靠性。目前尚未见有文献涉及偏载对行星齿轮系可靠性影响的研究，本文将偏载系数与可靠度计算结果进行对比，定量地分析了偏载程度与行星齿轮系可靠度之间的关系。一般的，齿轮系统的力学仿真计算需要大量的运算时间，学者们为了减小计算代价，一般