CN113343379B - 适于电驱动装置的航空机轮用齿圈及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种适于电驱动装置的航空机轮用齿圈及其设计方法，该齿圈的外圆周表面有外齿，内圆周表面均布有多个加长导轨安装块；在各加长导轨安装块的上表面均有矩形直齿安装槽。使用时，将各航空机轮轮毂的加长导轨上的矩形直齿分别装入各直齿安装槽内。本发明通过齿圈，将电驱动装置与加长导轨连接，从而将电驱动装置的扭矩传递给航空机轮轮毂，在不使用发动机推力及地面拖车的情况下，由电驱动装置传递给齿圈，再传递给加长导轨的力矩能够实现航空机轮前进、倒退及转弯，从而减少发动机的损耗，节约约30％航空煤油的使用，为航空器运营商节约大量的经济成本。本发明通过间隙配合的方法，保护了电驱动装置，使齿圈不会因航空机轮轮毂变形而发生机械变形。

Description

适于电驱动装置的航空机轮用齿圈及其设计方法
技术领域
本发明涉及航空刹车机轮技术领域，具体是一种适于电驱动装置的航空机轮用齿圈及其设计方法。
背景技术
刹车主机轮与轮胎配套，安装于飞机主起落架上，用于支撑飞机，承受飞机起飞、着陆、地面滑行、转弯载荷。飞机着陆时，在刹车控制系统的作用下进行制动刹车，保证飞机在规定的滑行距离内刹停飞机，吸收飞机水平方向的动能。
刹车主机轮安装到起落架轮轴上，刹车壳体与轮轴通过法兰盘进行周向定位，两者保持相对静止。当机轮滚动时，机轮通过导轨带动动盘组件一起滚动，而静盘与刹车壳体键配合，压紧环组件、双面静盘、压紧盘和承压盘相对与刹车壳体静止不动。当机轮进行制动时，刹车液压油沿液压管道进入汽缸座活塞内，使活塞伸出，将压紧盘压向动盘、静盘、承压盘，此时，动盘和静盘之间产生摩擦力，通过动盘的凹键传给机轮组件，使各刹车盘摩擦产生刹车制动力矩，从而使飞机制动。当松刹车时，液压刹车压力撤除，在活塞的回力弹簧作用下，使活塞克服液压管道残余压力而缩回，各刹车盘松开，从而解除刹车。
牵引车牵引飞机地面移动是飞机执行任务前后以及保障维修常规部分，是飞机运行、维护过程中必不可少的阶段。现有的刹车主机轮只执行单一制动功能，无法拖动飞机，即无法提供主动力矩，不能提供使飞机自主滑行所需驱动力。目前飞机在地面移动主要依靠两种动力，一种是依靠发动机，通过燃烧航空煤油产生推力，使飞机在地面向前滑行；另一种是借助外力驱动，通过机场特种车辆-牵引车顶推或拖拽，使飞机向前或向后移动。
减少飞机地面燃油消耗，已成为全球民航发展的主流方向。本发明提出一种适于电驱动装置的航空机轮组件用齿圈及其设计方法，通过在地面上使用电驱动装置，能够将航空机轮速度由零加速到一定速度，从而在地面不借助飞机发动机和地面牵引设备的情况下，实现机轮的前进、倒退及转弯功能。
在公开号为CN103603926A的发明创造中公开了一种飞机舱门开闭传动机构的减速装置。该发明包含一个行星减速器，行星减速器包含有一个内齿圈，该齿圈属于蜗轮结构，蜗轮结构和蜗杆配合形成传动结构，本发明提出的齿圈和齿轮配合形成传动结构。蜗杆传动的效率低于齿轮传动，且齿面易磨损，因此该发明结构不适用于航空机轮设计领域。
在公开号为CN207157506U的发明创造中公开了一种用于无人飞机的刹车机轮。包含机轮组件、装于刹车机轮组件侧面的刹车装置和与机轮组件连接的轮速信号装置。其中轮速信号装置包含齿圈组件，该齿圈组件与挡圈、端盖固定，所述齿圈组件的内表面间隔设有数个磁钢。齿圈上磁钢用于获得轮速信号，该发明提出的齿圈主要作用是用于获得机轮速度，非承力结构，该发明的刚度不足，无法用于电驱动装置航空机轮齿圈。
在公开号为CN 207328816U的发明创造中公开了一种民用飞机起落架的动力机轮电驱动装置。该电驱动装置包含一种外齿圈，所述外齿圈的内圈有齿，与行星齿轮啮合，属于内啮合。本发明提出的电驱动装置的航空机轮用齿圈的外圈有齿，属于外啮合。
在公开号为CN 209725149U的发明创造中公开了一种组合式齿圈结构。该齿圈结构包括第一半圆本体和第二半圆本体，第一半圆本体和第二半圆本体通过卡槽连接，可以方便拆卸。该发明提出的齿圈结构由两个半圆连接而成，非承力结构，该发明的刚度不足，无法用于电驱动装置航空机轮齿圈。
发明内容
为解决现有技术中现有机轮功能单一的不足，本发明提出了一种适于电驱动装置的航空机轮用齿圈及其设计方法。
本发明提出的齿圈的外圆周表面有外齿；该齿圈的内圆周表面均布有多个径向凸出加长导轨安装块；在各加长导轨安装块的上表面均有径向的凹槽；所述凹槽为矩形直齿安装槽。所述直齿安装槽的横截面为矩形，与航空机轮轮毂的加长导轨上由第二级台阶形成的矩形直齿间隙配合。使用时，将各航空机轮轮毂的加长导轨上的矩形直齿分别装入各直齿安装槽内，并使所述齿圈位于各所述加长导轨组件上的挡片和止动片之间。
所述齿圈的内径为475mm，外径为550mm，厚度为40mm。该齿圈外齿的齿数为59，模数为9，齿宽b＝36mm，齿距t＝28.27mm，压力角为25°，齿顶高系数为1，齿形公差为 0.024，齿向公差为0.011。
本发明提出的所述适于电驱动装置的航空机轮用齿圈的设计过程是：
步骤1，确定齿圈传动比u；
通过公式(1)计算齿圈传动比；
u＝T/T1 (1)
公式(1)中，u为齿圈传动比；T为输出扭矩；T1为输入扭矩。
步骤2，计算齿圈外齿齿数z1；
通过公式(2)计算齿圈外齿齿数；
z1＝z2×u (2)
公式(2)中，z1为齿圈外齿齿数；z2为与该齿圈配合齿轮的齿数；u为齿圈传动比。
步骤3，计算模数m；
通过公式(3)计算模数。
d1＝m×z1 (3)
公式(3)中，d1为分度圆直径；m为模数；z1为齿圈外齿齿数。
步骤4，计算齿圈轮齿切向力；
通过公式(4)计算齿圈轮齿切向力。
F＝T×2×Nf×Nj/m/z1 (4)
公式(4)中，F为齿圈切向力；T为输出扭矩；Nf为负载系数；Nj为使用系数； m为模数；z1为齿圈齿数。
步骤5，计算齿圈外齿齿距t；
通过公式(5)计算齿圈外齿齿距。
t＝πm (5)
公式(5)中，t为齿圈外齿齿距；π为常数；m为模数。
步骤6，计算齿圈外齿的剪切应力；
通过公式(6)计算齿圈外齿的剪切应力。
τ＝F/b/t×2 (6)
其中τ为齿圈外齿的剪切应力；b为齿圈外齿初始齿宽；t为齿圈外齿齿距；F为齿圈切向力。
步骤7，选取齿圈材料；
根据齿圈的剪切强度选取齿圈材料，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σF
σF＝σFOKAKVKFβKFaKFP (8)
公式(8)中，σF为真实弯曲疲劳应力；齿圈外齿齿根名义弯曲疲劳应力σF0；KA为使用系数；KV为动载系数；KFβ为齿向载荷分布系数；KFa为齿间载荷分布系数； KFP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
Figure RE-GDA0003147199220000041
公式(9)中，[σ]Fp为许用弯曲疲劳应力；σFlim为齿根弯曲疲劳极限；YST为应力修正系数；YNT为寿命系数；YδrelT为齿根圆角敏感系数；YRtelT为齿根圆角表面状况系数；YX为尺寸系数；SF为最小安全系数。
若σF＜[σ]Fp，则齿圈齿根弯曲疲劳应力满足要求。
若σF≥[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。
所述公式(8)中的齿圈外齿齿根名义弯曲疲劳应力σF0通过公式(7)的的
Figure RE-GDA0003147199220000042
公式(7)中，σF0为名义弯曲疲劳应力；F为齿圈切向力；b为齿圈外齿初始齿宽； m为模数；YF为齿形系数；YS为应力修正系数；Yβ为螺旋角系数。
步骤9，调整齿圈外齿初始齿宽：
调整齿圈外齿初始齿宽的具体过程是：
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。
τ'＝F/b'/t×2 (6-1)
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)，
Figure RE-GDA0003147199220000051
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′F0KAKVKFβKFaKFP (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。
Figure RE-GDA0003147199220000052
公式(12)中，σH为真实齿面接触疲劳应力；ZB为单对齿啮合系数；[σ]H0为名义齿面接触疲劳应力；KA为使用系数；KV为动载系数；KHβ为齿向载荷分布系数；KHa为齿间载荷分布系数。
若σH＜[σ]Hp，齿面接触疲劳应力满足要求。
若σH≥[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，减小与所述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
Figure RE-GDA0003147199220000061
公式(11)中，σHlim为齿面接触疲劳极限；ZNT为寿命系数；ZL为润滑剂系数； ZV为速度系数；ZR为粗糙度系数；ZW为工作硬化系数；ZX为尺寸系数；SHmin为安全系数。
公式(12)中的名义齿面接触疲劳应力[σ]H0通过公式(10)得到：
Figure RE-GDA0003147199220000062
公式(10)中，σH0为名义齿面接触疲劳应力；ZH为节点区域系数；ZE为弹性系数；Zε为重合度系数；Zβ为螺旋角系数；F为齿圈切向力；B为齿宽；d1为齿圈分度圆直径；u为传动比。
所述减小与所述齿圈配合的小齿轮的齿数z2的具体过程是：保持齿圈外齿的齿数不变，将与之配合的小齿轮齿数减少为12，得到第一次增大后的传动比为u'，并将调整后的传动比u'代入公式(12-1)中，重复所述计算真实齿面接触疲劳应力的过程，计算真实齿面接触疲劳应力σ'H。
Figure RE-GDA0003147199220000063
公式(12)中，σ'H0为第一次增大后的传动比后的名义齿面接触疲劳应力；该σ'H0通过公式(10-1)得到
Figure RE-GDA0003147199220000064
公式(10-1)中，σ'H0为名义齿面接触疲劳应力；ZH为节点区域系数；ZE为弹性系数；Zε为重合度系数；Zβ为螺旋角系数；F为齿圈切向力；B为齿宽；d1为齿圈分度圆直径；u为传动比。
若计算结果σ'H＜[σ]Hp，则该齿圈中外齿齿根接触疲劳应力满足要求。进入下一步骤。
若计算结果σ'H≥[σ]Hp，则该齿圈中外齿齿根接触疲劳应力不满足要求。减小所述与之配合的小齿轮齿数为11，增大后的传动比为u”；以增大后的传动比为u”替换公式(10-1)中的u'，得到第二次增大传动比后的名义齿面接触疲劳应力σ”H0，进而通过该σ”H0得到真实齿面接触疲劳应力σ”H。直至齿圈中外齿齿根接触疲劳应力满足要求。进入下一步骤。以当前确定小齿轮齿数为该小齿轮的齿数z2。
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＝(nd×P×L)/W (16)
公式(16)中，nd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]＝σ0.2/2 (17)
公式(17)中，[σ]为许用弯曲应力；σ0.2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。
所述公式(16)中，作用在导轨安装块上的作用力P通过公式(14)得到
P＝(nm×T×Kd)/(K×nj×ns×R) (14)
公式(14)中，nm为有效工作面数；T为输出扭矩；Kd为动载荷系数；K为导轨安装块工作不均匀系数；nj为导轨安装块个数；ns为实际工作面数；R为作用在导轨安装块上作用力的作用半径。
所述导轨安装块上作用力的作用半径R通过公式(13)得到
Figure RE-GDA0003147199220000071
公式(14)中，R为导轨安装块上作用力的作用半径；D0为导轨大径；D1为凸台小径。
所述公式(16)中，导轨安装块抗弯断面系数W通过公式(15)得到
W＝S×a2/6 (15)
公式(15)中，S为导轨安装块总长度；a为导轨安装块单侧宽。
在减小齿圈导轨安装块单侧受力长度L时，将该齿圈单侧受力长度L减小1mm，得到第一次调整后的齿圈单侧受力长度L'。重复本步骤中所述对齿圈导轨安装块弯曲应力校核的过程，将所述第一次调整后的齿圈单侧受力长度L'，将L'代入公式(16-1) 中计算σ'，
σ'＝(nd×P×L')/W (16-1)
若计算结果σ＜[σ]，则该齿圈导轨安装块弯曲应力满足要求，进入下一步骤。
若计算结果σ≥[σ]，则该齿圈导轨安装块弯曲应力不满足要求。当该齿圈导轨安装块弯曲应力不满足要求时，重复本步骤中所述减小单侧受力长度L，得到第二次调整后的齿圈单侧受力长度L”。重复本步骤中所述对齿圈导轨安装块弯曲应力校核的过程，再次计算第二次调整齿圈单侧受力长度后的σ”，直至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：
所述齿圈导轨安装块剪切应力校核包括计算齿圈导轨安装块的剪切应力和计算齿圈导轨安装块的许用剪切应力。
通过公式(18)计算齿圈导轨安装块上的剪切应力
τ＝(3×nd×P)/(2×S×a) (18)
公式(18)中，τ为齿圈导轨安装块上的剪切应力；nd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]＝[σs]/2 (19)
公式(19)中，[τ]为许用剪切应力；[σs]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。
τ＜[τ]齿圈导轨安装块剪切应力满足要求。
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。具体过程是，将导轨安装块总长度S 增大1mm，得到第一次调整后的导轨安装块总长度S'。将该第一次调整后的导轨安装块总长度S'代入公式(18-1)中，重复本步骤中齿圈导轨安装块剪切应力校核的过程，将S'代入公式(18-1)中，得到第一次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ'
τ'＝(3×nd×P)/(2×S'×a) (18-1)
将得到的第一次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ'与许用剪切应力[τ]进行比较，若τ'＜[τ]，则该齿圈导轨安装块剪切应力满足要求；若τ'≥[τ]，则该齿圈导轨安装块剪切应力不满足要求。
当τ'≥[τ]时，重复所述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的过程，第二次调整后的导轨安装块总长度，得到第二次调整后的导轨安装块总长度S”，以S”替换公式(18-1)中的S'，得到第二次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ”。将得到的第二次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ”与许用剪切应力[τ]进行比较，直至所述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。
本发明安装在飞机机轮上的附件，航空机轮与刹车装置固定在起落架上，飞机起飞或着陆时，在离地一定高度后，将收起或放下到机翼起落架舱中。目前国/内外机轮及刹车装置与起落架连接方式大多采用连杆式及法兰盘式，其中法兰盘式加装加长导轨时，汽缸座与机轮径向没有干涉，只需考虑接油管路及轮胎适配性的影响，相对轴向安装位置对本发明尺寸影响较小；连杆式加装加长导轨时，需同时考虑汽缸座与机轮径向、轴向及轮胎变形的影响，且汽缸座与机轮轮缘轴向间隙要求不大于50mm。为保证起落架正常收放，机轮及刹车装置结构不得改动，考虑后续机轮电驱动装置设计应留有足够的空间，并满足驱动齿圈所需的驱动力矩。
与现有技术相比较，本发明具有以下特点：
1、现有导轨安装在航空机轮轮毂上，实现传递制动扭矩的作用，将航空机轮被动制动，进而停止转动。本发明通过齿圈，将电驱动装置与加长导轨连接，从而能够将电驱动装置的扭矩传递给航空机轮轮毂，使航空机轮主动转动起来。
2、电驱动装置的齿圈沿周向固定在加长导轨上，齿圈与加长导轨在周向和轴向的配合都是间隙配合，使得齿圈并非完全固定在导轨上。当航空机轮轮毂受到飞机的外载作用会发生变形，采用此间隙配合的方法，保护了电驱动装置，使齿圈不会因航空机轮轮毂变形而发生机械变形，影响使用。
3、本发明提出的齿圈，能够将电驱动装置提供的力矩传递给航空机轮轮毂。在不使用发动机推力及地面拖车的情况下，由电驱动装置传递给齿圈，再传递给加长导轨的力矩能够实现航空机轮前进、倒退及转弯。
4、飞机在地面使用发动机时，发动机的推力没有全开，此时不是发动机的最佳使用状态，且飞机发动机工作需要消耗航空煤油，航空煤油是石油产品之一，主要有不同馏分的烃类化合物组成，燃烧后会造成环境污染，且人体吸入航空煤油后会出现中毒症状。在欧洲，飞机地面滑行时间约占飞机总运行时间的10％～30％，对中远程航班 (如A320)其地面燃油消耗约占其总燃油消耗的5％～10％。在美国，飞机地面滑行每年排放600万吨二氧化碳、4500吨一氧化碳以及8000吨氮氧化合物，其中，大型枢纽机场的排放量约占总排放量的一半。我国机场地面排放及油耗也相当惊人，以首都机场为例，2010年，首都机场日均起降架次约1400架，据此计算，首都机场每天每架飞机平均增加1分钟滑行时间将增加油耗约25.2吨，增加碳排放75.6吨。按此计算，首都机场全年平均每架飞机每增加1分钟滑行将增加油耗约9200吨，增加碳排放约27600吨。从经济方面考虑，飞机地面多滑行一分钟，首都机场运行的飞机将增加燃油成本17.64万元/天、6440万元/年。(计算依据：机场地面滑行油耗参照中国国际航空公司《各型飞机性能数据手册》，机型以B737和A320系列机型为基准，上述两种主流机型地面滑行油耗基准约为18kg/min，燃油成本按7000元/吨计算)。
本发明提出的齿圈，在不使用发动机的情况下，能够借助电驱动装置实现航空机轮的转动，从而减少发动机的损耗，节约约30％航空煤油的使用，为航空器运营商节约大量的经济成本。
5、众所周知，发动机地面试车等运行时，安全事故频发，造成人员伤亡事件时有发生，本发明通过电驱动系统的机械传动实现飞机的前进、后退及转弯，减少发动机的使用，安全性好。
6、本发明齿圈采用马氏体合金钢材料，该马氏体合金钢材料的屈服强度为1940MPa，齿圈重量约为12.05kg，在承受7500N·m的扭矩作用下，最大应力为862.4MPa，远小于该材料的屈服强度，满足静强度要求。在功能增加的情况下使用本发明，飞机机轮重量增重不大的情况下，使飞机的滑行噪音从约110分贝降至约100分贝，从而达到飞机低油耗、低噪音、低污染设计目标，实现绿色航空的目的。与使用发动机相比较，减少了飞机发动机开机次数，减缓了发动机的噪声以及废气污染；与使用牵引车顶推和拖拽飞机地面移动比较，降低了经济成本，节省了人力物力，有利于环保。
附图说明
图1是本发明的应力云图；
图2是本发明与航空机轮轮毂配合示意图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是图3的左视图。
1.航空机轮轮毂；2.加长导轨组件；3.齿圈；s.齿圈在承受7500N·m的扭矩作用下，齿圈的最大Mises应力。
具体实施方式
所述齿圈为环形结构。该齿圈的外圆周表面有外齿；该齿圈的内圆周表面均布有多个径向凸出的凸块，各凸块均为加长导轨安装块；在各加长导轨安装块的上表面均有径向的凹槽；所述凹槽为矩形直齿安装槽。所述直齿安装槽的横截面为矩形，与航空机轮轮毂的加长导轨上由第二级台阶形成的矩形直齿间隙配合。使用时，将各航空机轮轮毂的加长导轨上的矩形直齿分别装入各直齿安装槽内，并使所述齿圈位于各所述加长导轨组件上的挡片和止动片之间，通过该止动片和挡片实现该齿圈的轴向和周向的定位。
本实施例中，所述齿圈的内径为475mm，外径为550mm，厚度为40mm。该齿圈外齿的齿数为59，模数为9，齿宽b＝36mm，齿距t＝28.27mm，压力角为25°，齿顶高系数为1，齿形公差为0.024，齿向公差为0.011。在该齿圈内表面均布有9个加长导轨安装块。
本实施例中，所述加长导轨安装块的周向长度为98mm，径向高度为20mm；所述直齿安装槽周向的宽度为18mm，径向的深度为22mm。
齿圈安装在航空机轮轮毂的加长导轨上，齿圈沿周向固定在加长导轨组件的挡片和止动片之间，止动片和挡片对齿圈具有轴向和周向的限位作用。齿圈与加长导轨组件在周向和轴向的配合都是间隙配合，使得齿圈并非完全固定在导轨上,从而实现浮动自定心的效果。
本实施例提出的齿圈的设计过程是：
步骤1，确定齿圈传动比u；
采用公式(1)计算齿圈传动比；
u＝T/T1 (1)
公式(1)中，u为齿圈传动比；T为输出扭矩；T1为输入扭矩。
本实施例中，T＝7500N·m；T1＝1655.6N·m。计算得到传动比u＝7500/1655.6＝4.53。
步骤2，计算齿圈外齿齿数z1；
采用公式(2)计算齿圈外齿齿数；
z1＝z2×u (2)
公式(2)中，z1为齿圈外齿齿数；z2为与该齿圈配合齿轮的齿数；u为齿圈传动比。
本实施例中，z2＝13；u＝4.53；z1＝13×4.53＝58.89；取整，得到齿圈外齿齿数z1＝59。
步骤3，计算模数m；
由公式(3)计算模数。
d1＝m×z1 (3)
公式(3)中，d1为分度圆直径；m为模数；z1为齿圈外齿齿数。
本实施例中，d1＝531mm，z1＝59，m＝9。
步骤4，计算齿圈轮齿切向力；
由公式(4)计算齿圈轮齿切向力。
F＝T×2×Nf×Nj/m/z1 (4)
公式(4)中，F为齿圈切向力；T为输出扭矩；Nf为负载系数；Nj为使用系数； m为模数；z1为齿圈齿数。所述负载系数Nf和使用系数Nj均通过查阅《齿轮手册》(上册)得到。
本实施例中，T＝7500N·m；Nf＝1.1；Nj＝1.15；m＝9；z1＝59；则F＝T×2×Nf× Nj/m/z1＝7500×1000×2×1.1×1.15/9/59＝35734.5N。
步骤5，计算齿圈外齿齿距t；
由公式(5)计算齿圈外齿齿距。
t＝πm (5)
公式(5)中，t为齿圈外齿齿距；π为常数；m为模数。
本实施例中，m＝9，则t＝πm＝3.1415926×9＝28.27mm。
步骤6，计算齿圈外齿的剪切应力；
由公式(6)计算齿圈外齿的剪切应力。
τ＝F/b/t×2 (6)
其中τ为齿圈外齿的剪切应力；b为齿圈外齿初始齿宽；t为齿圈外齿齿距；F为齿圈切向力。
本实施例中，F＝35734.5N；b＝36mm；t＝28.27mm；则τ＝35734.5/36/28.27×2＝70.2 MPa。
步骤7，选取齿圈材料；
根据齿圈的剪切强度选取齿圈材料，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。
本实施例中，选取材料的许用剪切强度为388MPa，大于70.2MPa，满足要求。
步骤8，齿圈外齿齿根的弯曲疲劳应力校核；
由公式(7)计算齿圈外齿齿根名义弯曲疲劳应力σF0；由公式(8)计算齿圈外齿齿根真实弯曲疲劳应力σF；由公式(9)计算齿圈外齿齿根许用弯曲疲劳应力[σ]Fp。
Figure RE-GDA0003147199220000131
σF＝σFOKAKVKFβKFaKFP (8)
Figure RE-GDA0003147199220000132
公式(7)中，σF0为名义弯曲疲劳应力；F为齿圈切向力；b为齿圈外齿初始齿宽； m为模数；YF为齿形系数；YS为应力修正系数；Yβ为螺旋角系数。
公式(8)中，σF为真实弯曲疲劳应力；KA为使用系数；KV为动载系数；KFβ为齿向载荷分布系数；KFa为齿间载荷分布系数；KFP为载荷不均匀系数。
公式(9)中，[σ]Fp为许用弯曲疲劳应力；σFlim为齿根弯曲疲劳极限；YST为应力修正系数；YNT为寿命系数；YδrelT为齿根圆角敏感系数；YRtelT为齿根圆角表面状况系数；YX为尺寸系数；SF为最小安全系数。
本实施例中，F＝35734.5N；b＝36mm；m＝9；YF＝2.62；YS＝1.67；Yβ＝0.75；σF0＝361.9 MPa；KA＝1.75；KV＝1.3；KFβ＝1.35；KFa＝1；KFP＝1；
σFlim＝464.4MPa；YST＝3；YNT＝1.5；YδrelT＝1.1；YRtelT＝0.95；YX＝0.91；SF＝1.25；
真实弯曲疲劳应力σF＝1111.5MPa；许用弯曲疲劳应力[σ]Fp＝1589.8MPa；
由计算结果知：σF＜[σ]Fp
因此，弯曲疲劳应力满足要求。
若σF≥[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。
τ'＝F/b'/t×2 (6-1)
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)，
Figure RE-GDA0003147199220000141
得到σ'F0。
将σ'F0代入公式(8-1)，
σ'F＝σ′F0KAKVKFβKFaKFP (8-1)
得到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，并确定第一次调整后的齿圈外齿齿宽b'为所述齿圈外齿的齿宽。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(6-2)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。
τ”＝F/b”/t×2 (6-2)
重复步骤7，重新选择齿圈的材料。
重复步骤8，
将第二次调整后的齿圈外齿齿宽b”代入公式(7-2)，
Figure RE-GDA0003147199220000142
得到σ”F0。
将σ”F0代入公式(8-2)，
σ”F＝σ″F0KAKVKFβKFaKFP (8-2)
得到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；
所述齿面接触疲劳强度校核包括计算名义齿面接触疲劳应力、计算许用齿面接触疲劳应力和计算真实齿面接触疲劳应力。
通过公式(10)计算名义齿面接触疲劳应力：
Figure RE-GDA0003147199220000151
公式(10)中，σH0为名义齿面接触疲劳应力；ZH为节点区域系数；ZE为弹性系数；Zε为重合度系数；Zβ为螺旋角系数；F为齿圈切向力；B为齿宽；d1为齿圈分度圆直径；u为传动比。
通过公式(11)计算许用齿面接触疲劳应力
Figure RE-GDA0003147199220000152
公式(11)中，[σ]Hp为许用齿面接触疲劳应力；σHlim为齿面接触疲劳极限；ZNT为寿命系数；ZL为润滑剂系数；ZV为速度系数；ZR为粗糙度系数；ZW为工作硬化系数；ZX为尺寸系数；SHmin为安全系数。
通过公式(12)计算真实齿面接触疲劳应力。
Figure RE-GDA0003147199220000153
公式(12)中，σH为真实齿面接触疲劳应力；ZB为单对齿啮合系数；[σ]H0为名义齿面接触疲劳应力；KA为使用系数；KV为动载系数；KHβ为齿向载荷分布系数； KHa为齿间载荷分布系数。
若σH＜[σ]Hp，齿面接触疲劳应力满足要求。
本实施例中，由计算结果知：σH＜[σ]Hp，齿面接触疲劳应力满足要求。
本实施例中：ZH＝2.8；ZE＝189.8；Zε＝0.9；Zβ＝1；F＝35734.5N；B＝36mm；d1＝531mm； u＝4.53；σHlim＝2040MPa；ZNT＝1；ZL＝1.15；ZV＝1；ZR＝0.89；ZW＝1；ZX＝2；SHmin＝1.1； ZB＝1；KA＝1.75；KV＝1.3；KHβ＝1.26；KHa＝1.3；σH0＝722.5MPa；σH＝1394.8MPa；[σ]Hp＝3796.3MPa；
若σH≥[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，减小与所述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。所述小齿轮是与本发明配合的电驱动装置中减速机构的齿轮。
本发明齿圈的齿数是59，与之配合的小齿轮齿数z2＝13。
具体过程是，保持齿圈外齿的齿数不变，将与之配合的小齿轮齿数减少为12，从而增大了传动比，得到第一次增大后的传动比为u'，并将调整后的传动比u'代入公式 (12-1)中，重复所述计算真实齿面接触疲劳应力的过程，计算真实齿面接触疲劳应力σ'H。若计算结果σ'H＜[σ]Hp，则该齿圈齿根弯曲疲劳应力满足要求。进入下一步骤。
Figure RE-GDA0003147199220000161
公式(12)中，σ'H0为名义齿面接触疲劳应力，该名义齿面接触疲劳应力通过公式(10-1)得到
Figure RE-GDA0003147199220000162
公式(10-1)中，σ'H0为名义齿面接触疲劳应力；ZH为节点区域系数；ZE为弹性系数；Zε为重合度系数；Zβ为螺旋角系数；F为齿圈切向力；B为齿宽；d1为齿圈分度圆直径；u为传动比。
若计算结果σ'H＜[σ]Hp，则该齿圈中外齿齿根接触疲劳应力满足要求。进入下一步骤。
若计算结果σ'H≥[σ]Hp，则该齿圈中外齿齿根接触疲劳应力不满足要求。重复所述减小与之配合的小齿轮齿数为11，从而增大了传动比，增大后的传动比为u”，以增大后的传动比为u”替换公式(10-1)中的u'，得到第二次增大传动比后的名义齿面接触疲劳应力σ”H0，进而通过该σ”H0得到真实齿面接触疲劳应力σ”H。直至该齿圈中外齿齿根接触疲劳应力满足要求。进入下一步骤。以当前确定小齿轮齿数为该小齿轮的齿数z2。
步骤11齿圈导轨安装块弯曲应力校核；
所述齿圈导轨安装块弯曲应力校核包括计算作用在导轨安装块上作用力的作用半径、计算作用在导轨安装块上的作用力、计算齿圈导轨安装块弯曲应力和计算齿圈导轨安装块许用弯曲应力。
通过公式(13)计算作用在导轨安装块上作用力的作用半径
Figure RE-GDA0003147199220000171
公式(13)中，R为导轨安装块上作用力的作用半径；D0为导轨大径；D1为凸台小径。
通过公式(14)计算作用在导轨安装块上的作用力
P＝(nm×T×Kd)/(K×nj×ns×R) (14)
公式(14)中，P为作用在导轨安装块上的作用力；nm为有效工作面数；T为输出扭矩；Kd为动载荷系数；K为导轨安装块工作不均匀系数；nj为导轨安装块个数； ns为实际工作面数；R为作用在导轨安装块上作用力的作用半径。
通过公式(15)计算导轨安装块抗弯断面系数
W＝S×a2/6 (15)
公式(15)中，W为抗弯断面系数；S为导轨安装块总长度；a为导轨安装块单侧宽。
通过公式(16)计算齿圈导轨安装块弯曲应力；由公式(17)计算齿圈导轨安装块许用弯曲应力[σ]
σ＝(nd×P×L)/W (16)
公式(16)中，nd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)确定许用弯曲应力[σ]
[σ]＝σ0.2/2 (17)
公式(17)中，[σ]为许用弯曲应力；σ0.2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。
本实施例中：D0＝470mm；D1＝432mm；nm＝2；T＝7500N·m；Kd＝2；K＝0.75； nj＝9；ns＝1.5；R＝225.5mm；S＝18mm；a＝24.48mm；W＝1797.8；nd＝1；P＝13139.5N；L＝14mm；σ0.2＝1940MPa；
σ＝102.3MPa；[σ]＝970Mpa。σ＜[σ]，故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。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。具体过程是，将该齿圈单侧受力长度L减小1mm，得到第一次调整后的齿圈单侧受力长度L'。重复本步骤中所述对齿圈导轨安装块弯曲应力校核的过程，将所述第一次调整后的齿圈单侧受力长度L'，将L'代入公式(16-1) 中计算σ'，
σ'＝(nd×P×L')/W (16-1)
若计算结果σ＜[σ]，则该齿圈导轨安装块弯曲应力满足要求，进入下一步骤。
若计算结果σ≥[σ]，则该齿圈导轨安装块弯曲应力不满足要求。当该齿圈导轨安装块弯曲应力不满足要求时，重复本步骤中所述减小单侧受力长度L，得到第二次调整后的齿圈单侧受力长度L”。重复本步骤中所述对齿圈导轨安装块弯曲应力校核的过程，再次计算第二次调整齿圈单侧受力长度后的σ”，直至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：
所述齿圈导轨安装块剪切应力校核包括计算齿圈导轨安装块的剪切应力和计算齿圈导轨安装块的许用剪切应力。
通过公式(18)计算齿圈导轨安装块上的剪切应力
τ＝(3×nd×P)/(2×S×a) (18)
公式(18)中，τ为齿圈导轨安装块上的剪切应力；nd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]＝[σs]/2 (19)
公式(19)中，[τ]为许用剪切应力；[σs]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。
在本实施例中：nd＝1；P＝13139.5N；S＝18mm；a＝24.48mm；[σs]＝1261MPa；τ＝44.7MPa；[τ]＝630.5MPa。
τ＜[τ]齿圈导轨安装块剪切应力满足要求。
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。具体过程是，将导轨安装块总长度S 增大1mm，得到第一次调整后的导轨安装块总长度S'。将该第一次调整后的导轨安装块总长度S'代入公式(18-1)中，重复本步骤中齿圈导轨安装块剪切应力校核的过程，将S'代入公式(18-1)中，得到第一次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ'
τ'＝(3×nd×P)/(2×S'×a) (18-1)
将得到的第一次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ'与许用剪切应力[τ]进行比较，若τ'＜[τ]，则该齿圈导轨安装块剪切应力满足要求；若τ'≥[τ]，则该齿圈导轨安装块剪切应力不满足要求。
当τ'≥[τ]时，重复所述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的过程，第二次调整后的导轨安装块总长度，得到第二次调整后的导轨安装块总长度S”，以S”替换公式(18-1)中的S'，得到第二次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ”。将得到的第二次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ”与许用剪切应力[τ]进行比较，直至所述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。

Claims (10)

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σF
σF＝σF0KAKVKFβKFaKFP (8)
公式(8)中，σF为真实弯曲疲劳应力；齿圈外齿齿根名义弯曲疲劳应力σF0；KA为使用系数；KV为动载系数；KFβ为齿向载荷分布系数；KFa为齿间载荷分布系数；KFP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
Figure QLYQS_1
公式(9)中，[σ]Fp为许用弯曲疲劳应力；σFlim为齿根弯曲疲劳极限；YST为应力修正系数；YNT为寿命系数；YδrelT为齿根圆角敏感系数；YRtelT为齿根圆角表面状况系数；YX为尺寸系数；SF为最小安全系数；
若σF＜[σ]Fp，则齿圈齿根弯曲疲劳应力满足要求；
若σF≥[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；
Figure QLYQS_2
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)，
Figure QLYQS_3
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)，
σF＝σF0KAKVKFβKFaKFP (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；
Figure QLYQS_4
公式(12)中，σH为真实齿面接触疲劳应力；ZB为单对齿啮合系数；[σ]H0为名义齿面接触疲劳应力；KA为使用系数；KV为动载系数；KHβ为齿向载荷分布系数；KHa为齿间载荷分布系数；
若σH＜[σ]Hp，齿面接触疲劳应力满足要求；
若σH≥[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
Figure QLYQS_5
公式(11)中，σHlim为齿面接触疲劳极限；ZNT为寿命系数；ZL为润滑剂系数；ZV为速度系数；ZR为粗糙度系数；ZW为工作硬化系数；ZX为尺寸系数；SHmin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＝(nd×P×L)/W (16)
公式(16)中，nd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]＝σ0.2/2 (17)
公式(17)中，[σ]为许用弯曲应力；σ0.2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×nd×P)/(2×S×a) (18)
公式(18)中，τ为齿圈导轨安装块上的剪切应力；nd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]＝[σs]/2 (19)
公式(19)中，[τ]为许用剪切应力；[σs]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。
2.如权利要求1所述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，通过公式(1)计算所述齿圈传动比u；
u＝T/T1 (1)
公式(1)中，u为齿圈传动比；T为输出扭矩；T1为输入扭矩；
通过公式(2)计算齿圈外齿齿数z1；
z1＝z2×u (2)
公式(2)中，z1为齿圈外齿齿数；z2为与该齿圈配合齿轮的齿数；u为齿圈传动比；
通过公式(3)计算模数m；
d1＝m×z1 (3)
公式(3)中，d1为分度圆直径；m为模数；z1为齿圈外齿齿数；
通过公式(4)计算齿圈轮齿切向力；
F＝T×2×Nf×Nj/m/z1 (4)
公式(4)中，F为齿圈切向力；T为输出扭矩；Nf为负载系数；Nj为使用系数；m为模数；z1为齿圈齿数；
通过公式(5)计算齿圈外齿齿距；
t＝πm (5)
公式(5)中，t为齿圈外齿齿距；π为常数；m为模数；
通过公式(6)计算齿圈外齿的剪切应力；
τ＝F/b/t×2 (6)
其中τ为齿圈外齿的剪切应力；b为齿圈外齿初始齿宽；t为齿圈外齿齿距；F为齿圈切向力。
3.如权利要求1所述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，所述步骤8中,通过公式(7)计算齿圈外齿齿根名义弯曲疲劳应力σF0
Figure QLYQS_6
公式(7)中，σF0为名义弯曲疲劳应力；F为齿圈切向力；b为齿圈外齿初始齿宽；m为模数；YF为齿形系数；YS为应力修正系数；Yβ为螺旋角系数。
4.如权利要求1所述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，步骤10中，通过公式(10)计算名义齿面接触疲劳应力：
Figure QLYQS_7
公式(10)中，σH0为名义齿面接触疲劳应力；ZH为节点区域系数；ZE为弹性系数；Zε为重合度系数；Zβ为螺旋角系数；F为齿圈切向力；B为齿宽；d1为齿圈分度圆直径；u为传动比。
5.如权利要求1所述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，步骤10中减小与所述齿圈配合的小齿轮的齿数z2的具体过程是：
保持齿圈外齿的齿数不变，将与之配合的小齿轮齿数减少为12，得到第一次增大后的传动比为u”，并将调整后的传动比u'代入公式(12-1)中，重复所述计算真实齿面接触疲劳应力的过程，计算真实齿面接触疲劳应力σ'H；
Figure QLYQS_8
公式(12)中，σ'H0为第一次增大后的传动比后的名义齿面接触疲劳应力；该σ'H0通过公式(10-1)得到
Figure QLYQS_9
公式(10-1)中，σ'H0为名义齿面接触疲劳应力；ZH为节点区域系数；ZE为弹性系数；Zε为重合度系数；Zβ为螺旋角系数；F为齿圈切向力；B为齿宽；d1为齿圈分度圆直径；u为传动比；
若计算结果σ'H＜[σ]Hp，则该齿圈中外齿齿根接触疲劳应力满足要求；进入下一步骤；
若计算结果σ'H≥[σ]Hp，则该齿圈中外齿齿根接触疲劳应力不满足要求；减小所述与之配合的小齿轮的齿数为11，增大后的传动比为u”；以增大后的传动比为u”替换公式(10-1)中的u'，得到第二次增大传动比后的名义齿面接触疲劳应力σ”H0，进而通过该σ”H0得到真实齿面接触疲劳应力σ”H；直至齿圈中外齿齿根接触疲劳应力满足要求；进入下一步骤该齿圈中外齿齿根接触疲劳应力。
6.如权利要求1所述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，所述公式(16)中，作用在导轨安装块上的作用力P通过公式(14)得到
P＝(nm×T×Kd)/(K×nj×ns×R) (14)
公式(14)中，nm为有效工作面数；T为输出扭矩；Kd为动载荷系数；K为导轨安装块工作不均匀系数；nj为导轨安装块个数；ns为实际工作面数；R为作用在导轨安装块上作用力的作用半径；
所述导轨安装块上作用力的作用半径R通过公式(13)得到
Figure QLYQS_10
公式(14)中，R为导轨安装块上作用力的作用半径；D0为导轨大径；D1为凸台小径；
所述公式(16)中，导轨安装块抗弯断面系数W通过公式(15)得到
W＝S×a2/6 (15)
公式(15)中，S为导轨安装块总长度；a为导轨安装块单侧宽。
7.如权利要求1所述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，步骤11中，在减小齿圈导轨安装块单侧受力长度L时，将该齿圈单侧受力长度L减小1mm，得到第一次调整后的齿圈单侧受力长度L′；重复本步骤中所述对齿圈导轨安装块弯曲应力校核的过程，将所述第一次调整后的齿圈单侧受力长度L′，将L′代入公式(16-1)中计算σ′，
σ′＝(nd×P×L′)/W (16-1)
若计算结果σ＜[σ]，则该齿圈导轨安装块弯曲应力满足要求，进入下一步骤；
若计算结果σ≥[σ]，则该齿圈导轨安装块弯曲应力不满足要求；当该齿圈导轨安装块弯曲应力不满足要求时，重复本步骤中所述减小单侧受力长度L，得到第二次调整后的齿圈单侧受力长度L”；重复本步骤中所述对齿圈导轨安装块弯曲应力校核的过程，再次计算第二次调整齿圈单侧受力长度后的σ”，直至齿圈导轨安装块弯曲应力满足要求。
8.如权利要求2所述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，步骤12中，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的具体过程是，将导轨安装块总长度S增大1mm，得到第一次调整后的导轨安装块总长度S'；将该第一次调整后的导轨安装块总长度S'代入公式(18-1)中，重复本步骤中齿圈导轨安装块剪切应力校核的过程，将S'代入公式(18-1)中，得到第一次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ'
τ'＝(3×nd×P)/(2×S'×a) (18-1)
将得到的第一次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ'与许用剪切应力[τ]进行比较，若τ'＜[τ]，则该齿圈导轨安装块剪切应力满足要求；
若τ'≥[τ]，则该齿圈导轨安装块剪切应力不满足要求；
当τ'≥[τ]时，重复所述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的过程，第二次调整后的导轨安装块总长度，得到第二次调整后的导轨安装块总长度S”，以S”替换公式(18-1)中的S'，得到第二次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ”；将得到的第二次调整后的齿圈导轨安装块剪切应力τ”与许用剪切应力[τ]进行比较，直至所述齿圈导轨安装块剪切应力满足要求。
9.一种适于电驱动装置的航空机轮用齿圈，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述的适于电驱动装置的航空机轮用齿圈的设计方法，设计适于电驱动装置的航空机轮用齿圈，所述齿圈的外圆周表面有外齿；该齿圈的内圆周表面均布有多个径向凸出加长导轨安装块；在各加长导轨安装块的上表面均有径向的凹槽；所述凹槽为矩形直齿安装槽；所述直齿安装槽的横截面为矩形，与航空机轮轮毂的加长导轨上由第二级台阶形成的矩形直齿间隙配合；使用时，将各航空机轮轮毂的加长导轨上的矩形直齿分别装入各直齿安装槽内，并使所述齿圈位于各所述加长导轨组件上的挡片和止动片之间。
10.如权利要求9所述适于电驱动装置的航空机轮用齿圈，其特征在于，所述齿圈的内径为475mm，外径为550mm，厚度为40mm；该齿圈外齿的齿数为59，模数为9，齿宽b＝36mm，齿距t＝28.27mm，压力角为25°，齿顶高系数为1，齿形公差为0.024，齿向公差为0.011。
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