[发明专利]一种航空螺旋锥齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法

说明书

本发明公开了一种航空螺旋锥齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法；齿轮润滑效果可由计算润滑油喷射到轮齿表面的冲击深度数值进行判断，从而对喷嘴参数布局优化设计，其数学模型的计算具体实施步骤为：由螺旋锥齿轮球面渐开线空间关系，通过几何运算得到一段时间内大、小齿轮空间位置及滑油射流线的位置变化(初始时间螺旋锥齿轮副与射流线的关系如附图所示)，同时根据齿轮啮合转过角度所用时间与射流喷油时间相等，得到润滑油在大、小齿轮上的冲击深度。本发明冲击深度数学模型的计算方法简单，能提高齿轮喷油润滑性能与效果。

技术领域

本发明涉及一种航空螺旋锥齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法。

背景技术

航空齿轮的工作环境是高速工况，通常采用的是喷油润滑的方式，但是由于轮齿在啮合的过程中的啮合间隙很小，高速旋转的齿轮又会对射流产生阻挡作用，这些导致了轮齿可能出在乏油甚至无油状态下高速运转，极大的影响齿轮的使用寿命，因此，探索更好的喷油方式以获得更好的润滑效果是很重要的。

航空发动机齿轮主要的工作环境是高速和重载，这种情况下的主要失效形式是：划伤、点蚀、塑性变形、齿面胶合已经由于高温引起的齿轮膨胀从而导致卡死。为了避免这些失效，需要润滑油进行润滑和冷却。润滑油会在齿面形成一层薄薄的油膜，可以防止齿面间产生干性摩擦，避免温度升高，同时润滑油可以带走热量，降低齿轮表面的温度。

喷嘴喷油的方位参数对润滑油能否直接进入轮齿啮合部分有直接影响，传统螺旋锥齿轮喷油润滑喷嘴设计通常按照经验安放，但是由于在实际工作中，不同发动机或者发动机不同位置的齿轮设置并不会完全相同，这样就难以仅仅根据经验来得到最佳的喷嘴设置。

发明内容

本发明的目的是为了能更便捷的探索出最好的润滑效果，提供一种航空螺旋锥齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明的技术方案是：

一种航空螺旋锥齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法，首先计算润滑油喷射到互相啮合的大螺旋锥齿轮和小螺旋锥齿轮的轮齿表面的冲击深度数值，然后基于冲击深度越大则齿轮润滑效果越好的原则，从冲击深度来得到不同喷嘴布局下的润滑效果，最后选择冲击深度大的喷嘴布局以完成喷嘴参数布局优化设计；其中齿轮冲击深度计算方法为：由螺旋锥齿轮球面渐开线空间关系，通过几何运算得到一段时间内大、小螺旋锥齿轮空间位置及滑油射流线的位置的变化，同时根据齿轮啮合转过角度所用时间与喷射流经过距离所用时间相等，得到润滑油在大、小螺旋锥齿轮上的冲击深度；

其中小螺旋锥齿轮冲击深度的计算过程为：

根据空间几何关系以及球面渐开线特性，计算初始时刻螺旋锥齿轮副的大螺旋锥齿轮空间角度位置和小螺旋锥齿轮空间角度位置，然后再计算小螺旋锥齿轮转动相应时间后的空间角度位置以及喷嘴的射流线经过的距离，从而由小螺旋锥齿轮端面几何关系，得到小螺旋锥齿轮上的冲击深度数学模型；

大螺旋锥齿轮冲击深度的计算过程为：

根据空间几何关系以及球面渐开线特性，计算初始时刻螺旋锥齿轮副大轮空间角度位置和小轮空间角度位置，然后再计算大齿轮转动相应时间后的空间角度位置以及喷嘴的射流线经过的距离，从而由大轮端面几何关系，得到大齿轮上的冲击深度数学模型。

所述的一种航空螺旋锥齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法，所述的小齿轮冲击深度的计算过程包括：

以初始时刻t₀＝0，由空间几何关系以及球面渐开线特性，计算螺旋锥齿轮副大轮空间角度位置θ_g1和小轮空间角度位置θ_p1：

θ_p1＝iθ_g1+invα_球(δ,δ_b)_p-λ(1)