目 录
1 绪论………………………………………………………………………… 1 1.1燃气涡轮发动机 ……………………………………………………………… 1 1.2航空燃气涡轮发动机减速器 ………………………………………………… 1 1.3选题目的和意义…………………………………………………………2 1.4本课题研究的问题………………………………………………………… 3 2减速器齿轮设计………………………………………………………………… 3 2.1齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定 …………………………………… 3 2.2齿轮设计及计算过程 ………………………………………………………… 8 2.2.1传动比分配 ………………………………………………………………… 8 2.2.2齿轮设计计算 ……………………………………………………………… 11 2.2.3齿轮强度验算……………………………………………………… 16 3减速器主要构件的制造工艺…………………………………………………… 29 3.1减速器主要构件在制造工艺上的特点…………………………………………29 3.2齿轮加工主要方法………………………………………………30 3.2.1 刮齿技术 ………………………………………………………………… 31 3.2.2硬齿面齿轮磨齿技术……………………………………………………… 31 3.3主要零件加工工艺……………………………………………………… 33 3.3.1太阳轮的加工工艺………………………………………………………… 33 3.3.2行星架加工工艺…………………………………………………………… 35 3.3.3内齿圈加工工艺…………………………………………………………… 36 4 结论 ………………………………………………………………………… 40 参考文献……………………………………………………………………………41 致谢 ……………………………………………………………………………… 42
1 绪论
1.1 燃气涡轮发动机
燃气涡轮发动机是由压气机、燃烧室和燃气涡轮组成的发动机。它的优点是重量轻、体积
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小和运行平稳，广泛用作飞机和直升机的动力装置。
燃气涡轮发动机工作原理：在燃气涡轮发动机中，由压气机、燃烧室和驱动压气机的燃气涡轮组成发动机的核心机。空气在压气机中被压缩后，在燃烧室中与喷入的燃油混合燃烧，生成高温高压燃气驱动燃气涡轮作高速旋转，将燃气的部分能量转变为涡轮功。涡轮带动压气机不断吸进空气并进行压缩，使核心机连续工作。从燃气涡轮排出的燃气仍具有很高的压力和温度，经膨胀后释放出能量（称为可用能量）用于推进。
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图1.1 燃气涡轮发动机
按照核心机出口燃气的可用能量的利用方式不同，燃气涡轮发动机分为：涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。
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1.2 航空燃气涡轮发动机减速器
航空燃气涡轮发动机减速器是航空发动机驱动螺桨或旋翼必不可少的部件，它是涡桨发动机、涡轮轴发动机的组成部分。将涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机输出轴的转速降低到空气螺旋桨（或旋翼）所需转速的齿轮传动装置。减速器可以装在发动机内，也可装在发动机外成为一个独立的机外减速器。
涡轮螺旋桨发动机：靠动力涡轮把核心机出口燃气中大部分可用能量转变为轴功率用以驱动空气螺旋桨，由于螺旋桨转速较低，动力涡轮轴与螺旋桨轴之间设有减速器。燃气中的少部分可用能量（约10％）则在喷管中转化为气流动能，直接产生反作用推力。
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图1.2 涡轮螺旋桨发动机
涡轮轴发动机工作原理与涡轮螺旋桨发动机基本相同，主要用于直升机上，也可用于飞机和其他航空器。由于在直升机上还有主减速器，所以涡轮轴发动机输出轴的转速比涡轮螺旋桨发动机高，它的减速器体积和重量都要小一些。输出轴伸出的位置比较灵活，可以从前面伸出，也可以向后或向两侧伸出。
图1.3 涡轮轴发动机
1.3 选题目的和意义 目的：
本课题贴合飞行器制造工程专业，航空燃气涡轮发动机是飞机的心脏，技术之复杂，工艺之苛刻，通过对课题的研究，深入了解航空燃气涡轮发动机的工作原理、部件组成及其构造，特别是减速器进行细致了解，其内部零件的结构，工作状态、工作环境，进而对它们进行专门研究制造。 意义：
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通过对航空发动机减速器的及主要构件的加工制造的研究，通过查阅相关书籍，使我从减速器联系到了飞机发动机的附件传动系统进而延伸到航空燃气涡轮发动机的制造研究，在以前学习飞机发动机的基础上对飞机发动机有了更进一步的了解，对其中的工作原理，发动机构件有了更细致的认识。
通过这次的毕业设计可以说把我大学里学的专业课又重新翻阅一便，巩固了专业知识，在此基础上，又学到许多专业以外的知识，拓宽了自己的知识面。
通过毕业设计，更一步加强了自学能力，实践能力，为以后进入社会、参加工作奠定坚实的基础。
1.4 本课题研究的问题
航空燃气涡轮发动机减速器中传动齿轮的选材、结构设计、加工工艺、热处理等方面的研究。
2 减速器齿轮设计
本设计为燃气涡轮螺旋桨发动机中减速器齿轮的设计。 设计输入：
自由涡轮转速：33000r/min 输出转速：2200r/min 翻修寿命：3500小时
总传动比：i0＝15.0 输入功率：500kW
2．1 齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定
太阳轮材料选取为12Cr2Ni4A，表面渗碳淬火处理，表面硬度为60～65HRC。行星轮材料选为16Cr3NiWMoVNbE，表面渗碳淬火处理，表面硬度60～65HRC。
试验齿轮齿面接触疲劳强度极限 太阳轮及行星轮 ?Hlim＝1500MPa（图2.1） 试验齿轮齿根弯曲疲劳强度极限 太阳轮 ?Flim＝1000MPa（图2.2）
行星轮 ?Flim＝1000MPa 齿型为渐开线直齿，最终加工为磨齿
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，太阳轮和行星轮为5级精度。
内齿圈材料为12Cr2Ni4A，调质处理，表面硬度为60～65HRC。 试验齿轮齿面接触疲劳强度极限
＝1500MPa ?Hlim第Ⅱ页 共Ⅱ页
试验齿轮齿根弯曲疲劳强度极限 ?Flim＝910MPa 齿形的终加工为插齿，精度为6级。
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图2.1 齿轮的接触疲劳强度
注：图中ME是齿轮材料品质和热处理质量很高时的疲劳强度极限取值线 MQ是齿轮材料品质和热处理质量达到中等要求时的疲劳强度极限取值线 ML是齿轮材料品质和热处理质量达到最低要求时的疲劳强度极限取值线
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航空燃气涡轮发动机中减速器及其主要构件的设计与加工工艺研究
