飞机襟翼传动系统渐开线花键强度与磨损分析

发布时间：2020-09-11 07:59

　　 飞机襟翼特指飞机机翼前、后边缘位置的一种翼面可动装置,其主要作用是在飞机起降过程中提升飞机的升力,本文所研究的渐开线花键取自于飞机襟翼传动系统,花键副的可靠性直接关系到整机起降过程的安全性;襟翼传动渐开线花键具有尺寸小、扭矩低、转速高的特点,在实际使用过程中大多出现磨损失效现象。本文在此背景下,借助有限元瞬态仿真和材料抗磨损性能实验,对20CrMnTi花键的强度与抗磨损性能进行了较为全面的探究。本文主要研究内容与结论如下:一般渐开线花键在实际工作中均会同时承担扭矩和压轴力,压轴力会造成具有一定侧隙的内外花键轴心线出现一定的夹角,并进一步导致渐开线花键齿面出现应力偏载和波动。基本此,本文建立渐开线花键详细的三维接触有限元仿真模型,仿真研究了渐开线花键由于轴心线不重合导致的齿面偏载现象。仿真结果表明轴心线夹角过大将导致花键齿面一端承受数倍于另一端的载荷,也会使得花键齿间应力分布呈现正弦型分布规律。花键承担较大转矩,花键齿面产生一定的变形协同效应使得实际啮合面积增大,将会相对的降低花键偏载。本文提出了渐开线花键圆弧修形的方法来降低齿面局部应力集中。圆弧修形后的鼓形齿可以有效地将键齿两端的载荷转移到键齿中部,降低边缘效应带来的偏载现象。推导得出了修形圆弧半径R与修鼓量s之间的关系,基于此建立了修行后的三维有限元鼓形花键齿,并通过修形前后的有限元仿真应力对比,验证了该修形方法的合理性。本文所研究的飞机襟翼传动机构花键的最佳修形半径R值为3000mm。通过多功能在线摩擦磨损实验机对花键材料20CrMnTi进行了圆盘旋转磨损实验,定量化的探索了各个磨损变量和磨损深度的关系。实验表明法向载荷与磨损深度呈现指数关系,而磨损深度随着磨损时间线性增加;良好的润滑条件对20CrMnTi材料的抗磨损性能至关重要,改善润滑条件是提升该材料渐开线花键耐磨损能力最直接有效的方法。同时对磨损后磨损槽的微观形貌进行了定性的分析,较为全面的认识了20CrMnTi材料的抗磨损性能,该实验为数值计算20CrMnTi花键磨损深度奠定了基础。基于经典Archard磨损模型推导得出了该模型的数值积分表达式,利用20CrMnTi材料在充分油润滑条件下的磨损实验结果求解了可以用于LS-dyna仿真的20CrMnTi材料磨损系数K/H。结合有限元动力学仿真方法求解了修形前后花键旋转一周的磨损深度,并探讨了降低磨损速率的措施:(1)改善润滑条件可以极大地降低磨损系数K/H的数值,从而直接降低花键的磨损速率;(2)利用齿面圆弧修形,降低花键压应力水平并减轻偏载,使得工作啮合后齿面不同位置的磨损速率趋同并显著降低键齿的最大磨损速率,最终提高渐开线花键的耐磨损能力。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V224.5
【部分图文】：

外花键齿宽为 10.5mm，内花键齿宽为 9.5mm，外花键大13mm。其余花键基本尺寸参数如下：表 2.1 渐开线花键基本参数Table 2.1 Basic parameters of involute spline分度圆直径/mm模数 齿数 压力角 齿根类型齿顶高系数18.75 1.25 15 30° 平齿根 0.5 18.75 1.25 15 30° 平齿根 0.5 .1 中花键的基本参数，在 UG 中建立花键的三维模型，进行有限元网格离散。如图 2.1 所示，有限元模型采用 107325；花键齿面采用较小网格尺寸（0.2mm）以保证于原始渐开线，用于支撑花键的短轴采用较大网格尺.5mm）。

模型是本文后续分析的基础，因此进行验证，本验证模型的边界参数有限元模型施加载荷和转速，由于内触表面建立 Automatic surface-to-s示。表 2.2 花键验证模型边界参数pline validation model boundary conditio擦系数 转矩 转速 0.14 50N·m 500rad/s 证模型处于理想工作状态，内外花转矩。本节将分别从仿真结果的齿来验证本模型的可靠性。

图 2.3 理想花键副模型应力云图Figure 2.3 Ideal spline press stress cloud m855-1999，理想渐开线花键齿面啮合出的[31]。花键在仅承担转矩的理想）可以根据转矩 T（N·m）和分度圆Ft=2000× =2000×501.25×15=5333.3载荷 W 的计算公式为：W= =5333.315×9.5× 30°=242.64N/，l-内外花键配合长度（mm）， -压（MPa）的计算公式为：σ= =242.6420 15.13=49.82MPa （mm），h=De-Di，De-外花键大径（2.2）、（2.3）合并，即可得到式（ h 如图 2.4 所示，其值等于外花键大

【参考文献】

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本文编号：2816418