摘要
航空APU即辅助动力装置，可以为航空器独立提供压缩空气、电力与应急能源，提高航空器飞行的安全性。航空APU用蜗杆蜗轮作为APU气道舱盖执行机构的核心部件，具有尺寸小，所受负载大的特点。其传动可靠性对于APU的正常运作至关重要。为保证APU用蜗杆蜗轮的正常工作，对执行机构中蜗杆蜗轮的相关性能进行分析研究，具体研究内容如下： APU用蜗轮齿面为不规则曲面，现有的参数化建模方法无法保证其建模精度。提出一种APU用蜗轮齿面参数化建模的方法，即基于蜗杆蜗轮空间啮合原理推导蜗轮中间平面及其平行面上齿廓参数表达式，以齿廓曲线为基线通过切除法得到蜗轮齿面。通过车刀轮廓旋转切除方法得到蜗杆齿面。此种方法可实现APU用蜗杆蜗轮建模参数化，程序化，建模精度高。 使用VB.net语言实现APU用蜗杆蜗轮参数化建模插件开发。通过与数据库、三维建模软件的数据交互，实现指定参数下航空APU用蜗杆蜗轮三维模型的自动生成。对插件生成的多种头数下的蜗杆蜗轮装配体进行干涉检查与运动传动仿真分析，验证所得模型的正确性。 对不同风力下APU气道舱盖开启与锁紧时蜗杆蜗轮之间的接触应力与蜗轮轴强度进行有限元仿真分析，并与理论计算结果进行对比。研究蜗杆蜗轮不同装配误差、蜗轮轴受外力扰动、蜗轮轴轻量化处理对齿面间接触应力的影响。得出常用的钢—铜(20CrMnTi-ZCuSn10Pb1)蜗杆蜗轮副无法满足接触强度要求，而选用新型的钢—钢(20CrMnTi-0Cr17Ni4Cu4Nb)蜗杆蜗轮副可以满足接触强度要求。 针对新型钢—钢蜗杆蜗轮材料副，对舱盖驱动时蜗杆蜗轮齿面温度进行分析。对蜗杆蜗轮材料试件进行摩擦系数的实验测定。建立蜗轮本体温度场，结合BLOK闪温理论推导蜗杆蜗轮啮合闪温公式，得到啮合过程中齿面间最大温度低于润滑脂失效温度。对蜗轮及蜗轮轴进行模态分析，得出其固有频率远大于激振频率。从多角度对APU用蜗杆蜗轮运转可靠性进行分析验证。
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