直升机传动轴系结构及动力学特性研究

发布时间：2017-09-29 00:36

  本文关键词：直升机传动轴系结构及动力学特性研究

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【摘要】：传动系统是直升机的重要组成部分,其振动特性直接影响着整个直升机的性能。直升机传动系统日益向高效率、高速度、高精度、高承载能力方向发展,特别是传动轴系,在设计时,需要考虑结构强度是否安全以及结构对系统振动特性的影响,一般来讲,即需要研究传动轴在工作中的强度安全以及动力学特性,控制传动轴在工作中的振动,保证直升机的安全性与可靠性。膜片联轴器是直升机尾传动轴系结构中连接主-从动轴的关键零部件,起传递扭矩作用,其刚度直接影响到直升机传动轴系的振动特性。本文首先基于Hertz接触理论和GW接触模型理论对膜片表面接触刚度模型进行了推导,获得了其面-面接触刚度模型;建立膜片联轴器实体模型,并把面面接触刚度模型计算结果引入考虑接触的膜片组模型中,通过对比计算验证了考虑接触的膜片组模型计算膜片联轴器刚度的优越性和准确性,并利用此模型计算了直升机传动轴系使用的膜片联轴器的刚度,为后文中对尾传动轴系的动力学特性计算分析提供了基础。各传动轴结构设计、材料选用关系到传动轴的强度是否满足在工作时的需要。本文基于材料学理论和第三强度理论,根据直升机尾传动轴系的结构参数,建立了直升机传动轴系中的各传动轴三维实体模型;并结合有限元基本原理,建立专业的有限元模型,运用有限元技术对各传动轴进行了强度校核,确定了该直升机传动轴系各传动轴强度满足要求。由于保密性,不能直接对实际直升机尾传动轴系进行实体搭建试验台,因此在考虑传动系统中的共性部件传动轴、膜片联轴器、支撑部件条件下,模拟建立了转子-膜片联轴器-轴承支撑系统的动力学模型,利用少自由度有限元方法对其进行数值分析,获得该系统的静态特性(固有频率、静态振动特性等)和动力学特性(临界转速、不平衡响应等),为转子-膜片联轴器-轴承支撑系统试验台的建立及实验结果的对比验证提供基础,为直升机传动轴系的动力学特性提供基础特性研究。直升机尾传动轴系的动力学特性直接影响到直升机的运行安全,因此研究其传动轴系的动力学特性至关重要。通过多自由度有限元方法(借助Ansys软件)和少自由度有限元方法(划分节点,编制转子动力学程序)对直升机前主传动轴进行动力学仿真分析,获得前主传动轴的固有频率、模态振型以及临界转速的计算结果,并进行了两种计算方法结果的对比分析,确定了两种方法的有效性和准确性。然后分别利用这两种方法仿真直升机尾传动轴系动力学特性,直观展现了直升机传动轴系设计和工作的可靠性,为直升机的传动轴设计和动力学特性预测提供了参考和依据。最后搭建了转子-膜片联轴器-弹支系统实验台,配备高精度电涡流位移传感器和数据采集分析仪,构建了集测试、采集、分析为一体的完整实验系统。进行了静态特性和动态特性实验分析,并在不同转速下进行了其动力系特性实验,与第四章数值分析的转子-膜片联轴器-支撑系统计算的动力学特性结果进行了对比验证,证明数值分析方法的正确性,对直升机传动系统结构设计和动力学特性预测提供很好的计算方法,为日后优化直升机传动系统机构和改善直升机动态特性提供必要的理论依据和实验依据。
【关键词】：直升机 传动系统 传动轴 动力学特性 有限元
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第1章 绪论16-25
• 1.1 课题研究的背景和意义16-18
• 1.2 直升机传动轴系动力学特性研究现状18-20
• 1.2.1 国外研究现状18-19
• 1.2.2 国内研究现状19-20
• 1.3 转子动力学研究现状20-22
• 1.3.1 联轴器动力学特性研究现状20
• 1.3.2 转子动力学研究现状20-22
• 1.4 表面接触研究现状22-23
• 1.5 研究内容安排23-25
• 第2章 膜片联轴器刚度分析25-52
• 2.1 膜片联轴器结构分析25-27
• 2.2 膜片表面接触刚度模型27-36
• 2.3 考虑接触的膜片联轴器建模方法及其检验36-43
• 2.3.1 膜片联轴器建模方法分析36-38
• 2.3.2 膜片联轴器刚度计算对比验证38-43
• 2.4 膜片组模型径向刚度计算43-45
• 2.5 膜片联轴器轴向刚度计算45-47
• 2.6 膜片联轴器扭转刚度计算47-48
• 2.7 膜片联轴器转角刚度计算48-51
• 2.8 本章小结51-52
• 第3章 直升机关键传动轴强度分析52-69
• 3.1 直升机传动轴结构分析52-53
• 3.2 传动轴强度分析理论53-56
• 3.2.1 传动轴弹性力学基本理论53-54
• 3.2.2 传动轴有限元分析理论54-55
• 3.2.3 强度校核准则55-56
• 3.3 主传动轴强度分析56-62
• 3.3.1 最大瞬态扭矩下的强度计算分析57-59
• 3.3.2 正常转速下的强度计算分析59-62
• 3.4 尾传动轴强度分析62-67
• 3.4.1 尾传动前轴强度分析62-64
• 3.4.2 尾传动后轴强度分析64-66
• 3.4.3 尾传动斜轴强度分析66-67
• 3.5 本章小结67-69
• 第4章 转子-膜片联轴器-弹支系统动力学特性69-81
• 4.1 转子系统建模和数值仿真方法级分析69-72
• 4.1.1 转子有限元建模方法与分析69-71
• 4.1.2 转子-膜片联轴器-弹支系统动力学分析方法71-72
• 4.2 转子-膜片联轴器-弹支系统结构分析及其弹支建模72-75
• 4.2.1 转子-膜片联轴器-弹支系统结构分析72-73
• 4.2.2 弹性支撑的建模与分析73-75
• 4.3 转子-膜片联轴器-弹支系统固有特性75-76
• 4.4 转子-膜片联轴器-弹支系统不平衡响应76-80
• 4.4.1 总体振动行为76-77
• 4.4.2 转速对振动特性影响77-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第5章 直升机传动轴的动力学特性分析81-100
• 5.1 传动轴有限元建模理论81-84
• 5.1.1 基于多自由度有限元（ANSYS）建模81-83
• 5.1.2 基于少自由度有限元建模83-84
• 5.2 直升机前主传动轴动力学计算方法84-90
• 5.2.1 前主传动轴动力学特性多自由度有限元计算85-88
• 5.2.2 前主传动轴动力学特性少自由度有限元计算88-89
• 5.2.3 前主传动轴动力学特性结果对比分析及方法验证89-90
• 5.3 后主传动轴动力学特性分析90-93
• 5.4 直升机尾传动轴系动力学特性分析93-99
• 5.4.1 直升机尾传动轴水平轴系动力学特性分析94-96
• 5.4.2 尾传斜轴动力学特性计算96-99
• 5.5 本章小结99-100
• 第6章 转子-膜片联轴器系统动力学实验100-115
• 6.1 转子-膜片联轴器系统实验台介绍100-101
• 6.2 转子-膜片联轴器-弹支系统固有特性101-105
• 6.3 转子-膜片联轴器-弹支系统不平衡响应105-113
• 6.4 转子-膜片联轴器-弹支系统动力学理论与实验对比113
• 6.5 本章小结113-115
• 结论115-116
• 参考文献116-124
• 攻读博士学位期间发表的学术论文124-125
• 致谢125

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 赖联锋;高诚辉;黄健萌;;双粗糙面滑动过程考虑黏着时的摩擦学性能分析[J];中国机械工程;2014年04期

2 冯剑军;谭援强;;基于Hertz理论圆柱和平面之间的滑动接触分析[J];摩擦学学报;2009年04期

3 赵永武;吕彦明;蒋建忠;;新的粗糙表面弹塑性接触模型[J];机械工程学报;2007年03期

4 徐敏;直升机传动系统机械扭振计算与试验联合建模[J];振动、测试与诊断;2004年01期

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本文编号：939027