考虑不对中的航空渐开线花键副非线性动态啮合力研究

作     者：霍启新 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑甲红;薛向珍

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 082501[工学-飞行器设计] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：渐开线花键副 不对中 啮合力 啮合力矩 动力学 

摘      要：由于良好的承载能力和传动性能,渐开线花键副被广泛应用于大轴径和大扭矩的重要动力传输系统中。但其运行过程中因受载形式特殊,呈现出的复杂非线性振动导致其失效极其严重。本文基于当前国内外渐开线花键副振动研究成果和存在的问题,以航空渐开线花键副为研究对象,基于动力学方法,研究了航空渐开线花键副在不对中情况下啮合力、啮合力矩的变化情况,并以花键副振动特性试验验证理论研究结果,为设计高可靠性、高精度以及高寿命的航空渐开线花键副奠定良好的数值基础。本文所作的具体工作主要涵盖如下几个方面。（1）参数设计和校核。依照航空条件对渐开线花键副进行了结构设计,确定了研究对象的几何结构参数。依照齿面接触、齿根弯曲、齿根剪切、及其它强度条件对其进行了校核,满足工作条件;（2）动力学模型和微分方程建立。参考机械动力学、齿轮动力学的相关研究方法,建立了渐开线花键副系统横向振动和扭转振动的动力学模型,推导了动力学微分方程并对其消除刚体位移和无量纲化;（3）渐开线花键动态啮合力数学公式推导。用几何方法推导了不对中和横向、扭转振动情况下单对齿啮合线位移公式和单对齿啮合刚度公式;最终得出不对中和横向、扭转振动条件下渐开线花键总的啮合力矩公式、总的啮合力沿坐标轴分量;（4）不对中对非线性动态啮合力、啮合力矩的影响分析。将推导得到总啮合力矩公式、总啮合力沿坐标轴分量代入建立的动力学微分方程中,在matlab中对其进行数值求解;分析了平行不对中对花键副总的啮合力沿x轴分量、总的啮合力矩、单齿法向啮合力沿x向分力、动载系数大小和波动幅度的影响;研究了不对中情况下某一时刻各齿法向啮合力、法向啮合力沿坐标轴分量的数值大小和分布。结果表明:花键对中时,其各齿的受载均相同,不会产生x方向的分力,因而在相应的方向不会产生激励;不对中量的增大会使花键啮合力、啮合力矩以及动载系数的幅值和波动范围增大,同时会严重影响各齿的受载情况;（5）渐开线花键振动特性试验。在不同转速的条件下采集了花键的振动加速度。对相应条件下的理论结果进行了计算,并与试验结果进行了对比,理论与试验结果基本符合。