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- 航空渐开线花键副微动损伤研究
- 作者： 胡正根 来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 花键 有限元 微动磨损 微动损伤 齿向修形
- 描述： 渐开线花键副以其受力均匀、承载能力大以及对中性和导向性好等优点，在航空中运用广泛，但其工况较恶劣、且为薄壁结构，易出现微动损伤。因此对航空渐开线花键副进行微动损伤研究十分重要。 首先，本文借助有限元对花键副进行摩擦接触非线性分析，得到花键副的接触应力及相对滑移分布规律，并考虑接触几何参数的影响，同时引入角向不对中，分析了存在角向不对中的花键副在旋转过程中的接触应力及相对滑移变化，讨论了角向不对中和扭矩的影响。研究结果表明：花键副接触应力及相对滑移分布不均匀，端部的值相对较大；增加接触长度不能提高花键副的承载能力；花键壁厚越薄，端部接触应力和相对滑移越大；摩擦系数对接触应力几乎没有影响，但相对滑移与摩擦系数成反比；存在角向不对中的花键副在旋转过程中各齿接触应力和相对滑移分布发生周期性变化；角向不对中导致花键副承载不均，角向不对中越大，大部分齿的最大接触应力和最大相对滑移增加明显；增大角向不对中和扭矩会加剧花键副微动磨损，但相对于角向不对中的影响，扭矩的影响较小。 其次，本文提出花键副齿向修形的分段抛物线函数，借助有限元得到修形花键副的接触应力及相对滑移分布，并考虑修形位置和修形量的影响。研究结果表明：分段抛物线函数能满足花键副的齿向修形要求，有效的减少了端部接触应力和相对滑移的集中；典型模型下，修形位置集中在外花键端部和后半段时效果较好；端部修形量应根据模型合理选择，一般外花键后端的修形量相对前端较大。 然后，本文基于花键副的承载特点分析了花键轴断裂位置与极惯性矩的关系，利用两类微动损伤参数和弯曲应力对花键副失效形式进行综合分析，研究结果表明：花键副的断裂位置与花键轴的极惯性矩有关，极惯性矩小的花键轴易断裂；外花键齿根处弯曲应力集中较严重，易导致花键副疲劳损坏；花键副端部易发生微动磨损，齿面交界附近易发生微动疲劳裂纹扩展；摩擦系数越大，花键副微动磨损和疲劳失效加剧。 最后，为了对理论分析进行验证，开展了花键副的微动实验，证明本文的理论分析是可靠的。通过VB.NET 和CATIA 的混合编程，开发了花键副计算与建模软件，实现了花键副的结构设计、强度计算和参数化建模。