钛合金柔性联轴节设计优化与疲劳验证

发布时间：2020-11-14 00:48

　　 在直升机传动系统中,联轴器是关键动部件之一,在工作过程中不仅要传递扭矩,而且要具有良好的轴向与角向补偿能力。目前国内联轴器大多采用钢制叠片型式,其主要缺点是重量较重,构件的抗疲劳能力较低,很难满足直升机快速发展的要求。随着钛合金在直升机产业的广泛发展,一种新型钛合金柔性联轴节应运而生,它相对钢制膜片大大提高了功重比。由于钛合金联轴节采用整体膜盘结构,其可靠性要求很高,本文以钛合金联轴节为研究对象,旨在探索其结构优化设计与疲劳寿命分析方法。 本文在探索钛合金柔性联轴节的结构特点与设计方法的基础上,应用有限元方法对联轴节进行强度分析,发现联轴节的最大应力位于型面的转接圆角区域。针对该疲劳危险点,提出了基于有限元分析的结构优化设计方法,建立了以联轴节的最大当量应力为目标函数的优化模型,应用NASTRAN分析软件对圆型凸台联轴节进行了优化分析,优化后的联轴节的最大当量应力下降约5.5%。优化结果表明,该联轴节由于结构的局限性,优化仍不能满意地消除转接圆角处应力集中的现象,所以在结构上对联轴节的凸台形状进行了改进设计,将圆型凸台改为扇型凸台,改进后的联轴节应力水平下降明显,比原结构的最大当量应力下降12.5%。 本文还建立了联轴节的疲劳寿命估算方法,即根据有限元方法分析所获得的最大当量应力,采用雨流法对载荷进行循环计数,根据有限元分析结果将载荷循环转换为关键部位的应力循环,利用迟滞回线将应力谱转换为应变谱,利用应变-寿命曲线计算损伤,并按Miner线性累积损伤原理计算了联轴节的疲劳寿命。计算结果表明,联轴节的优化设计明显提高了其疲劳寿命。 最后,对钛合金柔性联轴节改进前后的两种构型分别进行疲劳试验考核。试验后,疲劳裂纹均发生在型面的转接圆角处,试验循环数与计算寿命的最大误差为18%。试验结果表明:本文的优化方法是有效的,经优化联轴节寿命延长了约6倍;所采取疲劳寿命估算方法是较准确的,预估到了裂纹出现的部位和时间。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH133.4
【部分图文】：

片联轴器一般的结构形式和传动原理如图 1 所示。联轴器通常由主、从动中间段，两组膜片组，两组连接螺栓组等组成。中间段两端为法兰盘，靠盘侧的法兰盘用从动螺栓组与膜片组连接，靠从动法兰盘侧的法兰盘通过组与另一组膜片组连接。每组螺栓组由相互错开的主动螺栓组和从动螺栓这种联轴器的工作原理是主动法兰盘通过主动螺栓组传递给膜片组，通过递给从动螺栓组，然后传递给带两个法兰盘的中间段，同样通过主动螺栓、从动螺栓组再带动从动法兰盘。所以在结构上主、从动螺栓要相间地和兰盘相连接。膜片组由一组很薄的不锈钢（一般约 0.2～0.3mm）叠合而成[两端的膜片、螺栓组等结构大同小异，有时膜片联轴器可以只有一个膜片中间段。在直升机传动系统中，中间段即为动力传动轴或尾传动轴的一部

膜片的形状有圆环式、轮辐式、连杆式、多边式、束腰式(见图 2)。轮幅式和杆式是早期的形式，由于圆环式结构简单、制造方便而得到较为广泛的应用。但于柔性差、重量较重。在航空机械领域，目前常用的是束腰式，因为束腰式接近强度，柔性好，螺栓孔周围应力低，离心力小，去除多余质量，提高转速。在直较小的情况下具有高的扭转刚度和挠度[12]。

图 3 膜片几何尺寸metrical dimensions of Diaphragm co性元件来传递扭矩的动力装置收轴偏差、降低安装要求、缓在不特定的工况条件下，它可全动力传递中。膜片联轴器主要。最大传递扭矩可达 5X104Nm设备。能好。可用于上万转/分的高精敏。螺栓联接为铰制孔，紧配合
【引证文献】

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1 陈云;塔机计算机辅助设计系统研究与开发[D];西安建筑科技大学;2012年

本文编号：2882850