[发明专利]适于电驱动装置的航空机轮用齿圈及其设计方法

权利要求书

1.一种适于电驱动装置的航空机轮用齿圈的设计方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，确定齿圈传动比u；

步骤2，计算齿圈外齿齿数z₁；

步骤3，计算模数m；

步骤4，计算齿圈轮齿切向力；

步骤5，计算齿圈外齿齿距t；

步骤6，计算齿圈外齿的剪切应力；

步骤7，选取齿圈材料:

所选用齿圈材料的许用剪切强度需大于齿圈外齿的的剪切应力τ；

步骤8，齿圈外齿齿根的弯曲疲劳应力校核：

通过公式(8)计算齿圈外齿齿根真实弯曲疲劳应力σ_F

σ_F＝σ_F0K_AK_VK_FβK_FaK_FP  (8)

公式(8)中，σ_F为真实弯曲疲劳应力；齿圈外齿齿根名义弯曲疲劳应力σ_F0；K_A为使用系数；K_V为动载系数；K_Fβ为齿向载荷分布系数；K_Fa为齿间载荷分布系数；K_FP为载荷不均匀系数；

通过公式(9)计算齿圈外齿齿根许用弯曲疲劳应力[σ]_Fp

公式(9)中，[σ]_Fp为许用弯曲疲劳应力；σ_Flim为齿根弯曲疲劳极限；Y_ST为应力修正系数；Y_NT为寿命系数；Y_δrelT为齿根圆角敏感系数；Y_RtelT为齿根圆角表面状况系数；Y_X为尺寸系数；S_F为最小安全系数；

若σ_F＜[σ]_Fp，则齿圈齿根弯曲疲劳应力满足要求；

若σ_F≥[σ]_Fp，则齿圈齿根弯曲疲劳应力不满足要求；通过增大齿圈外齿初始齿宽b，使齿圈齿根弯曲疲劳应力满足要求；

步骤9，调整齿圈外齿的初始齿宽：

调整所述初始齿宽具体过程是：

将该初始齿宽b增大1mm，得到第一次调整后的齿圈外齿齿宽b'；

将调整后的齿圈外齿齿宽b'代入公式(6-1)中，重复步骤6，再次计算齿圈外齿的剪切应力；得到第一次调整后的齿圈外齿的剪切应力；

重复步骤7，重新选择齿圈的材料；

重复步骤8，将第一次调整后的齿圈外齿齿宽b'代入公式(7-1)，

得到第一次调整后的齿圈外齿齿根名义弯曲疲劳应力σ'_F0；

将σ'_F0代入公式(8-1)，

σ_F＝σ_F0K_AK_VK_FβK_FaK_FP  (8-1)

得到第一次调整后的齿圈外齿齿根真实弯曲疲劳应力σ'_F；

公式(7-1)、(8-1)中，所述σ'_F0为第一次调整后的齿圈外齿齿根名义弯曲疲劳应力；所述σ'_F为第一次调整后的齿圈外齿齿根真实弯曲疲劳应力；所述[σ]_Fp为齿圈外齿齿根许用弯曲疲劳应力；

若计算结果σ'_F＜[σ]_Fp，则该齿圈齿根弯曲疲劳应力满足要求，并确定第一次调整后的齿圈外齿齿宽b'为所述齿圈外齿的齿宽；

若计算结果σ'_F≥[σ]_Fp，则该齿圈齿根弯曲疲劳应力不满足要求，将第一次调整后的齿圈外齿齿宽b'增大1mm，得到第二次调整后的齿圈外齿齿宽b”；将调整后的齿圈外齿齿宽b”代入公式(6-1)中，再次重复步骤6～8，得到第二次调整后的齿圈外齿齿根真实弯曲疲劳应力σ”_F；

若计算结果σ”_F＜[σ]_Fp，则该齿圈齿根弯曲疲劳应力满足要求，并确定第二次调整后的齿圈外齿齿宽b”为所述齿圈外齿的齿宽B；

若计算结果σ”_F≥[σ]_Fp，则该齿圈齿根弯曲疲劳应力不满足要求，则再次重复调整齿圈外齿初始齿宽的过程，直至齿圈齿根弯曲疲劳应力满足要求；

步骤10，齿面接触疲劳应力校核；

通过公式(12)计算真实齿面接触疲劳应力；

公式(12)中，σ_H为真实齿面接触疲劳应力；Z_B为单对齿啮合系数；[σ]_H0为名义齿面接触疲劳应力；K_A为使用系数；K_V为动载系数；K_Hβ为齿向载荷分布系数；K_Ha为齿间载荷分布系数；

若σ_H＜[σ]_Hp，齿面接触疲劳应力满足要求；

若σ_H≥[σ]_Hp，齿面接触疲劳应力不满足要求；

当齿面接触疲劳应力不满足要求时，减小与齿圈配合的小齿轮的齿数z₂，使齿面接触疲劳应力满足要求；

所述[σ]_Hp为许用齿面接触疲劳应力，通过公式(11)得到

公式(11)中，σ_Hlim为齿面接触疲劳极限；Z_NT为寿命系数；Z_L为润滑剂系数；Z_V为速度系数；Z_R为粗糙度系数；Z_W为工作硬化系数；Z_X为尺寸系数；S_Hmin为安全系数；

步骤11齿圈导轨安装块弯曲应力校核：

通过公式(16)计算齿圈导轨安装块弯曲应力σ；

σ＝(n_d×P×L)/W  (16)

公式(16)中，n_d为齿圈个数；P为作用在导轨安装块上的作用力；L为单侧受力长度；W为抗弯断面系数；

通过公式(17)确定齿圈导轨安装块许用弯曲应力[σ]

[σ]＝σ_0.2/2  (17)

公式(17)中，[σ]为许用弯曲应力；σ_0.2为材料屈服应力；

将得到的齿圈导轨安装块弯曲应力σ与许用弯曲应力[σ]进行比较，若σ＜[σ]，齿圈导轨安装块弯曲强度满足要求；若σ≥[σ]，则齿圈导轨安装块弯曲应力不满足要求；

当齿圈导轨安装块弯曲应力不满足要求时，通过减小单侧受力长度L，使齿圈导轨安装块弯曲应力满足要求；

步骤12，齿圈导轨安装块剪切应力校核：

通过公式(18)计算齿圈导轨安装块上的剪切应力

τ＝(3×n_d×P)/(2×S×a)  (18)

公式(18)中，τ为齿圈导轨安装块上的剪切应力；n_d为齿圈个数；P为作用在导轨安装块上的作用力；S为导轨安装块总长度；a为导轨安装块单侧宽；

通过公式(19)计算许用剪切应力

[τ]＝[σ_s]/2  (19)

公式(19)中，[τ]为许用剪切应力；[σ_s]抗拉极限应力；

将得到的齿圈导轨安装块上的剪切应力与许用剪切应力[τ]进行比较：

若τ＜[τ]，齿圈导轨安装块剪切应力满足要求；若τ≥[τ]，齿圈导轨安装块剪切应力不满足要求；

当τ≥[τ]，齿圈导轨安装块剪切应力不满足要求时，通过增大所述导轨安装块总长度S，使齿圈导轨安装块剪切应力满足要求；

至此，完成所述齿圈的设计校核。