渦漿發(fā)動機體內減速器參數(shù)優(yōu)化設計與振動分析開題報告.docx
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渦漿發(fā)動機體內減速器參數(shù)優(yōu)化設計與振動分析開題報告.docx
西北工業(yè)大學機電學院
2014屆本科畢業(yè)設計(論文)開題報告
專業(yè):機械設計制造及其自動化 班級:05021101
姓名
李浩
學號
2011301186
指導教師
王三民
報 告 題 目
渦漿發(fā)動機體內減速器參數(shù)優(yōu)化設計與振動分析
題目來源(劃√)
科研
生產□
實驗室□
專題研究□
企業(yè)聯(lián)合□
其 他□
論文類型(劃√)
工程設計類
實驗研究類□
軟件開發(fā)類
其 他 □
報 告 日 期
2014 年 12月 20 日
報告地點
航空樓B905
1. 研究目的和意義
在大型客機與運輸機發(fā)動機的發(fā)展過程中,迫切需要研制功率大、功重比高、穩(wěn)定性好、可靠性高、燃油經(jīng)濟性好、體積小、重量輕、壽命長、噪聲低的齒輪傳動渦槳發(fā)動機(TurbopropEngines),其減速器是重要部件。
相關研究概況:
到目前為止,國外已經(jīng)成功地發(fā)展了四代渦槳發(fā)動機。第一代是指20世紀70年代以前投產的,主要有Dart、PT6A系列和TPE331系列的早期型號、NK-4、AI-20等型號的發(fā)動機;第二代是指20世紀70年代末或80年代初期研制的,主要有PW100系列早期型號、CT7-5和TPE331-14/15等型號的發(fā)動機;第三代是指20世紀90年代以后投入使用的發(fā)動機,主要有AE2100、TPE351-20和PW150A;第四代指2011年投產的先進渦槳發(fā)動機TP400-D6。第四代渦槳發(fā)動機的總增壓比達25,渦輪前溫度達到1600K左右,發(fā)動機耗油率降低到0.21~0.27 kg/(kW?h),單位空氣流量產生的功率約270kW/(kg/s)。典型例子有:歐洲螺旋槳股份有限公司(EPI)2011年投產的高性能渦槳發(fā)動機TP400-D6,它的耗油率達到了0.21kg/(kW?h)的水平。第四代發(fā)動機各有優(yōu)缺點,如下表
2. 研究內容
畢業(yè)設計的主要內容為:進行渦槳發(fā)動機體內減速器參數(shù)優(yōu)化設計與振動分析,實現(xiàn)渦漿發(fā)動機體內減速器的減重和減振的研究目標。由于螺旋槳的直徑較大,轉速要遠比渦輪低,只有大約1000轉/分,為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內,需要在它們之間安裝一個減速器,將渦輪轉速降至十分之一左右后,才可驅動螺旋槳。
具體要求如下:
1. 渦槳發(fā)動機體內減速器功率8000Kw
2. 渦槳發(fā)動機體內減速器轉速為20000rpm
3. 潤滑方式噴油潤滑
4. 工作壽命TBO≧1000小時
5. 減速器效率為0.98
6. 渦槳發(fā)動機體內減速器精度4級
7. 可靠性 ≧0.99
8. 英文科技資料譯文一份(≧3000詞)。
9. 畢業(yè)論文(≧40頁,打印稿、電子稿各1份)。
10. 計算機繪制、打印的渦槳發(fā)動機體內減速器設計圖紙1套。
11. 用PowerPoint制作的畢業(yè)論文答辯稿1份(電子稿)。
3. 研究方案
方案:
二級二分支齒輪傳動減速器,其結構如下圖
圖2-2二級二分支齒輪傳動減速器
該方案傳動平穩(wěn)可靠,設計方案在船舶等同樣重載荷的領域較為成熟,傳動可靠性高;但齒輪較多且直徑較大,會嚴重影響風扇氣流向發(fā)動機內部流動。齒輪均為外嚙合,故需要箱體保護,軸承多,系統(tǒng)重量太重,裝配精度要求復雜。
經(jīng)分析可知:方案可行性更高,可靠性更好,制造方便,因而選擇方案為最終方案。
完成過程:
1) 由于螺旋槳的直徑較大,轉速要遠比渦輪低,只有大約1000轉/分,為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內,需要在它們之間安裝一個減速器,將渦輪轉速降至十分之一左右后,才可驅動螺旋槳。因此根據(jù)要求題目要求的傳動比i=20000/1000=20,根據(jù)傳動齒輪體積最小建立函數(shù)關系分配傳動的傳動比、。
2) 選擇合適的模數(shù)與齒數(shù)以及齒輪寬度作為設計參量,根據(jù)齒輪嚙合的齒面接觸疲勞強度,齒輪嚙合的齒根彎曲疲勞強度,齒輪膠合強度,嚙合齒輪副斷面重合條件,相對齒寬系數(shù),保證齒輪嚙合時不干涉,嚙合齒輪副端面重合度作為約束條件,減速器齒輪系質量最小作為目標函數(shù),建立優(yōu)化模型,運用遺傳算法求出人字齒輪模數(shù)、齒數(shù)以及齒輪寬度,的全局最優(yōu)解,然后利用二次規(guī)劃法優(yōu)化函數(shù)fmincon進行優(yōu)化,圓整模數(shù)到標準值則可得到最終齒輪參數(shù)。
3) 確定好齒輪參數(shù)后根據(jù)齒輪的嚙合力,畫出各軸彎矩圖,根據(jù)第四強度理論計算出齒輪傳動軸的直徑。
4) 運用CATIA進行三維仿真造型進行模態(tài)振動分析。
5) 當不考慮阻尼、嚙合誤差、齒側間隙、外載荷等因素時,建立系統(tǒng)在純扭狀態(tài)下的動力學方程,根據(jù)動力學方程中的J陣和K陣,用matlab軟件求出廣義特征值,及系統(tǒng)的固有頻率。
`
6) 整理計算結果寫出畢設論文。
四、進度和要求
1)查閱資料,撰寫開題報告,論文開題 2014.12.06.-2015.1.05.
2)渦槳發(fā)動機體內減速器的參數(shù)設計 1.0周(下學期第05周)
3)渦槳發(fā)動機體內減速器三維造型 1.0周(下學期第06周)
4)渦槳發(fā)動機體內減速器結構設計 1.0周(下學期第07周)
5)渦槳發(fā)動機體內減速器有限元模型 1.0周(下學期第08周)
6)渦槳發(fā)動機體內減速器固有頻率計算 1.0周(下學期第09周)
7)渦槳發(fā)動機體內減速器固有特性分析 1.0周(下學期第10周)
8)渦槳發(fā)動機體內減速器固有特性分析 1.0周(下學期第11周)
9)渦槳發(fā)動機體內減速器的裝配圖繪制 1.0周(下學期第12周)
10)撰寫畢業(yè)論文 1.0周(下學期第13周)
11)修改畢業(yè)論文 1.0周(下學期第14周)
12)提交畢業(yè)論文資料,制作答辯稿,準備答辯 1.0周(下學期第15周)
13)畢業(yè)答辯 1.0周(下學期第16周)
指導教師意見
簽名:
開題評議小組成員:
開題評議小組意見:(包括對論文的選題、難度、進度、工作量、論文形式意見):
1. 論文選題: □ 有理論意義;□ 有實用價值;□ 有理論意義與實用價值;
□ 意義不大。
2. 論 文 的難度: □ 偏高;□ 適當;□ 偏低。
3. 論文的工作量: □ 偏大;□ 適當;□ 偏小。
4. 進度: □ 可行;□ 不可行;
5. 學生開題報告中反映出的綜合能力和表達能力:
□ 好; □ 較好;一般;□ 較差。
6. 論文形式意見:□ 可行;□ 不可行;
7. 對論文選題報告的總體評價: □ 好;□ 較好;□ 一般;□ 較差。
(在相應的方塊內作記號“√”)
評議結論
是否同意論文選題報告:□ 同意;□ 需重作
(在相應的方塊內作記號“√”)
評議小組組長簽名: 年 月 日
學院意見
年 月 日