碳纤维复合材料面齿轮辐板轻量化设计与制造

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20260128.016

复合材料科学与工程 ›› 2026, Vol. 0 ›› Issue (1): 117-123.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20260128.016

碳纤维复合材料面齿轮辐板轻量化设计与制造

危干军¹, 杜晨², 扶碧波¹, 尹红灵^2*, 严岳胜¹, 彭雄奇²

1.中国航发湖南动力机械研究所,株洲 412002;
2.上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030

收稿日期:2024-12-06 出版日期:2026-01-28 发布日期:2026-03-12
通讯作者: 尹红灵(1973—),女,博士,高级工程师,从事复合材料成型方面的研究,hlyin@sjtu.edu.cn。
作者简介:危干军(1974—),男,学士,高级工程师,从事直升机传动系统总体设计方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(U20A20288)

Lightweight design and manufacturing of carbon fiber reinforced composite web for face gear

WEI Ganjun¹, DU Chen², FU Bibo¹, YIN Hongling^2*, YAN Yuesheng¹, PENG Xiongqi²

1. AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute, Zhuzhou 412002, China;
2. School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China

Received:2024-12-06 Online:2026-01-28 Published:2026-03-12

摘要/Abstract

摘要： 齿轮作为机械传动系统的重要部件,其轻量化设计对提升整体传动效率和降低能耗具有重要意义。本文针对直升机齿轮传动系统的轻量化需求,采用碳纤维复合材料代替高强钢,设计了面齿轮碳纤维复合材料辐板结构。基于等代设计与有限元分析,完成了对碳纤维复合材料面齿轮辐板结构关键参数的设计。通过对结构区域的划分,设计了不同尺寸的碳纤维复合材料预浸料铺层体,并实现了变厚度碳纤维复合材料辐板的制造。在满足结构强度和刚度要求的条件下,整个齿轮减重达10.48%。研究结果为齿轮辐板的碳纤维复合材料轻量化设计制造提供了科学依据和技术支持。

关键词: 面齿轮, 辐板, 碳纤维复合材料, 轻量化设计, 制造工艺

Abstract: As an important component of mechanical transmission systems, the lightweight design of the gear is of great significance in improving overall transmission efficiency and reducing energy consumption. In response to the lightweight requirements of helicopter gear transmission system, a composite web structure was designed for face gear using carbon fiber composite replacing high-strength steel in this paper. Based on equivalent design and finite element analysis, the design of key structural parameters for the carbon fiber reinforced composite web was completed. Different sizes of carbon fiber prepregs were designed by dividing the structural area, and the manufacture of variable thickness carbon fiber composite web has been realized. Under the condition of satisfying the requirements of structural strength and stiffness, the weight reduction of the entire gear reached 10.48%. The research work provides scientific basis and technical support for the lightweight design and manufacturing of gear web.

Key words: face gear, web, carbon fiber reinforced composite, lightweight design, manufacturing process

中图分类号:

TB332

危干军, 杜晨, 扶碧波, 尹红灵, 严岳胜, 彭雄奇. 碳纤维复合材料面齿轮辐板轻量化设计与制造[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(1): 117-123.

WEI Ganjun, DU Chen, FU Bibo, YIN Hongling, YAN Yuesheng, PENG Xiongqi. Lightweight design and manufacturing of carbon fiber reinforced composite web for face gear[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2026, 0(1): 117-123.

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Lightweight design and manufacturing of carbon fiber reinforced composite web for face gear

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