【摘 要】
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人字齿星型齿轮传动系统具有传递功率大、振动噪声低、运转平稳可靠等特点,广泛应用于航空、航海、航天等领域中;其作为齿轮传动涡扇（Geared Turbofan,GTF）发动机中重要的减速传动装置,运转于恶劣的环境内,这便对GTF人字齿星型齿轮传动系统（GTF齿轮传动系统）的动力学性能及其支承部件提出了更为苛刻的要求。支承GTF齿轮传动系统星轮的滑动轴承（GTF滑动轴承）为应对高工况参数及严苛的空间设
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人字齿星型齿轮传动系统具有传递功率大、振动噪声低、运转平稳可靠等特点,广泛应用于航空、航海、航天等领域中;其作为齿轮传动涡扇（Geared Turbofan,GTF）发动机中重要的减速传动装置,运转于恶劣的环境内,这便对GTF人字齿星型齿轮传动系统（GTF齿轮传动系统）的动力学性能及其支承部件提出了更为苛刻的要求。支承GTF齿轮传动系统星轮的滑动轴承（GTF滑动轴承）为应对高工况参数及严苛的空间设计要求,采用了轴瓦旋转、轴颈固定的特殊结构。本文以使用GTF滑动轴承作为星轮支承部件的GTF齿轮传动系统为研究对象,考虑滑动轴承径向间隙与齿侧间隙间耦合关系、轴承时变支承特性等非线性激励,开展系统动力学建模、动力学特性分析等研究。本文的主要研究内容如下:（1）以传统齿轮副齿侧间隙模型为基础,分析动态条件下各齿轮副齿侧间隙与GTF滑动轴承径向间隙之间的耦合关系,通过系统几何结构及啮合特性分析,形成系统动态耦合间隙数学模型。（2）针对GTF滑动轴承特殊的结构,基于流体动压润滑理论开展其支承特性分析,利用计算流体力学技术构建其支承特性仿真模型;在此基础上,基于混合水平均匀试验设计、遗传算法（Genetic Algorithm,GA）、BP神经网络等技术建立齿轮副动态啮合力、瞬时轴心位置参数与轴承支承特性三者之间的映射关系,形成GTF滑动轴承支承特性快速计算的GA-BP神经网络。（3）采用集中参数法建立包含动态耦合间隙、滑动轴承时变支承特性、时变啮合刚度、综合啮合误差、齿面摩擦特性等激励的GTF齿轮传动系统弯曲-扭转非线性动力学模型,并经一定数学处理,以保证模型的可解性;将建立的动力学模型与相关文献进行对比,以验证模型的准确性。（4）在以上工作的基础上,开展GTF齿轮传动系统动态特性分析,通过不同工况参数（输入转速、功率）下,考虑动态耦合间隙或滑动轴承时变支承特性与否时,系统位移、速度、加速度等振动响应之分析与对比,探讨动态耦合间隙及滑动轴承时变支承特性对系统动力学行为的影响。本文研究结果表明:在振动响应上,对于考虑动态耦合间隙及滑动轴承时变支承特性的综合激励动力学模型,其振动响应幅值较无激励和单激励模型大;在频率成份上,考虑两种激励后的综合激励动力学模型的振动响应表现出更为丰富的频率成份;因此,动态耦合间隙及GTF滑动轴承时变支承特性对系统动力学特性具有重要影响,考虑两者的系统动力学模型更接近于工程实际。本文以研究GTF齿轮传动系统工作过程中各间隙耦合效应及滑动轴承时变支承特性为出发点,构建了从齿轮副动态啮合力→GTF滑动轴承瞬时轴心位置参数→动态耦合间隙模型→GTF滑动轴承时变支承特性→齿轮传动系统动力学模型的GTF齿轮传动系统动力学模型及其特性分析的技术途径,在一定程度上提升了 GTF齿轮传动系统动力学分析的精度,为GTF齿轮传动系统的分析及设计提供了一定的理论和技术参考。
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