渦漿發(fā)動機體內減速器參數優(yōu)化設計與振動分析開題報告.docx

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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優(yōu)化設計與振動分析，實現渦漿發(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，系統重量太重，裝配精度要求復雜。 經分析可知：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。因此根據要求題目要求的傳動比i=20000/1000=20,根據傳動齒輪體積最小建立函數關系分配傳動的傳動比、。 2） 選擇合適的模數與齒數以及齒輪寬度作為設計參量，根據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，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，建立優(yōu)化模型，運用遺傳算法求出人字齒輪模數、齒數以及齒輪寬度，的全局最優(yōu)解，然后利用二次規(guī)劃法優(yōu)化函數fmincon進行優(yōu)化，圓整模數到標準值則可得到最終齒輪參數。 3） 確定好齒輪參數后根據齒輪的嚙合力，畫出各軸彎矩圖，根據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，建立系統在純扭狀態(tài)下的動力學方程，根據動力學方程中的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