航空领域中的传动系统一般长期处于高速、重载的工况。工程上,在满足强度和传动性能的基本设计要求下,结构轻量化一直是航空动力系统追求的目标。实践证明,较轻的整体结构能显著提升航空器在飞行过程中的机动性,燃油性和功率密度。此外,当机器处在正常的运行状态时,整个系统的振动以及各零部件的变形和受力都有直接的耦合关系,各零部件的结构变化会对系统内部产生关联的影响。通常传动系统的轻量化设计大多数学者都考虑从变速器箱方面入手,少有学者从齿轮结构上去考虑,本文正是从传动系统中的重要传动部件-齿轮出发,进行轻量化设计。齿轮作为传递动力最直接的零部件,齿轮结构的改变必定会导致轮体强度的变化、齿根弯曲应力变化以及齿轮传动的动态特性变化。此外,传递过程中轮齿也会发生诸如受力变形和受热变形等现象。为了能够在减轻重量的同时,可以继续保持原有传动质量,本文在轻量化的基础上,对齿轮进行修形,以改善轻量化后带来传动特性的不足。本文针对航空齿轮的轻量化设计及其动力学分析,主要从以下四个方面进行研究与探讨:(1)航空齿轮的轻量化方法研究。根据现代轻量化设计理论制定航空齿轮轻量化设计的具体方案及流程。然后按流程内容选择适合的有限元设计工具,基于轻量化设计的要求对设计齿轮进行轮辐尺寸设计。在尺寸优化的基础上对轮辐进行拓扑优化设计,建立齿轮拓扑优化结构的静力学模型,确定轻量化齿轮轮辐结构。最后,对齿轮进行静态和动态校核。(2)借助动力学分析软件LS-DYNA,对改进后的轻量化结构进行显式动力学仿真分析。从传动误差、动态啮合应力和轮辐振动性能等方面,对比优化前后齿轮传动系统的传动特性变化。若这些指标都得到改善则表明设计合理,若这些参数未达到预期要求则需要通过其它手段进行改进。(3)通过结构的显式动力学仿真分析,发现轻量化后的齿轮可满足设计强度要求,但是其振动特性较设计之前有所下降。对此,本文借助专业软件Romax对轻量化齿轮进行轮齿修形。利用公式计算得出一组理论修形参数,然后将修形量应用到模型上并验证其效果。(4)加工对标齿轮、轻量化齿轮及轻量化修形齿轮。将三种类型的齿轮装配在疲劳振动试验机上,并对其进行振动测试,然后通过试验数据验证理论的可信性。