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含间隙渐开线花键副动力学建模与实验研究

机械传动 2023年第5期47卷 7-11页

作者：王晓蕊李兵苗慧慧西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

渐开线花键在特种车辆传动系统中应用广泛,现阶段研究通常忽略间隙影响将花键副视为刚性连接,对于传动系统等动态特性要求较高的环境,花键副界面接触状态直接影响传动系统的特性。考虑花键副的配合间隙采用悬臂梁模型计算花键单齿啮合刚... 详细信息

渐开线花键在特种车辆传动系统中应用广泛,现阶段研究通常忽略间隙影响将花键副视为刚性连接,对于传动系统等动态特性要求较高的环境,花键副界面接触状态直接影响传动系统的特性。考虑花键副的配合间隙采用悬臂梁模型计算花键单齿啮合刚度,建立了渐开线花键副弯-扭耦合模型,通过龙格库塔法求解并搭建花键副动力学实验台,验证了解析模型的正确性,分析了加速度频谱特性。研究结果发现:在不同的转频下,理论与实验结果一致,证明了模型的有效性;随着配合间隙的增大,花键副各齿受力减小,且同一间隙量下各齿受力不均匀。提出的动力学模型分析方法可为间隙配合渐开线花键副界面接触特性研究提供基础。

关键词：渐开线花键副配合间隙弯-扭耦合模型啮合刚度接触特性

基于数字图像相关方法的航空渐开线花键副扭转试验研究

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基于数字图像相关方法的航空渐开线花键副扭转试验研究

作者：金勍大连理工大学

学位级别：硕士

联轴器是连接旋转机械中主动装置与从动装置,从而传递扭矩的关键部件。在众多种类的联轴器当中,航空渐开线花键副凭借其优异的力学性能,在航空发动机的大扭矩传递和高精度装配的复杂载荷工况下表现尤为出色,因此在航空发动机领域具有非... 详细信息

联轴器是连接旋转机械中主动装置与从动装置,从而传递扭矩的关键部件。在众多种类的联轴器当中,航空渐开线花键副凭借其优异的力学性能,在航空发动机的大扭矩传递和高精度装配的复杂载荷工况下表现尤为出色,因此在航空发动机领域具有非常广泛的应用。航空花键副的性能是决定航空器传动系统是否安全可靠的关键,过载会影响航空花键副的寿命,甚至可以直接造成航空花键副的断裂失效,进而对整个航空传动系统造成威胁。因此确定航空花键副的极限承载能力是确定航空系统的安全性的首要工作。本文结合上述内容,基于数字图像相关方法,从有限元仿真和试验验证两个角度,得出了航空渐开线花键副极限承载能力和扭转状态下的应力应变分布状态。具体研究包括:（1）渐开线花键理论方面,本文计算了花键副单齿啮合刚度,推导出小扰动花键线性刚度、大变形花键啮合非线性刚度、花键稳定啮合状态下的刚度、花键啮合横向刚度、花键啮合转角刚度。（2）有限元仿真计算方面,本文通过建立渐开线花键副有限元模型,模拟花键副键齿啮合,获得渐开线花键副的极限扭矩和键齿应力分布状态,在此基础上分别对试验试件具体方案进行设计,得到满足端面的测量需求的最佳试验件方案。（3）试验研究方面,本文制备了符合航空工艺要求的花键副试验件,搭建了花键扭转试验台,进行了花键的材料拉伸和扭转试验。针对花键副端面较小,无法采取传统贴应变片的方法进行应变测量的难点,基于数字图像相关方法,借助Match-ID商业软件对花键副扭转端面和齿根等微小端面进行测量,获得渐开线花键副的极限扭转承载力和键齿的应力应变分布规律,并与有限元计算结果进行对比验证。

关键词：渐开线花键副扭转仿真分析数字图像相关方法

基于齿向修形的航空渐开线花键副抗微动磨损研究

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中国机械工程 2019年第20期30卷 2447-2455,2479页

作者：薛向珍霍启新郑甲红陈曦秦利云陕西科技大学机电工程学院西安710021 西安航天发动机厂35车间西安710061

分析了航空渐开线花键副轴向载荷的分布规律,建立了其微动磨损量预估流程,提出了一种航空渐开线花键副齿向修形方法。研究结果表明:不同扭转刚度、剪切模量、剖面抗扭模量、结合长度时,花键副沿轴向的载荷均增大;修形前后的花键副微动... 详细信息

分析了航空渐开线花键副轴向载荷的分布规律,建立了其微动磨损量预估流程,提出了一种航空渐开线花键副齿向修形方法。研究结果表明:不同扭转刚度、剪切模量、剖面抗扭模量、结合长度时,花键副沿轴向的载荷均增大;修形前后的花键副微动磨损量均随载荷循环次数的增加而增大;修形后,轴端花键齿接触区域的最大磨损量为51μm,轴中间接触区域的最大磨损量为96μm,轴末端接触区域的最大磨损量为78μm。

关键词：渐开线花键副轴向载荷任意拉格朗日-欧拉光滑算法微动磨损齿向修形

考虑不对中的航空渐开线花键副非线性动态啮合力研究

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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：霍启新陕西科技大学

学位级别：硕士

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,... 详细信息

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。

关键词：渐开线花键副不对中啮合力啮合力矩动力学

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浮动渐开线花键副微动磨损研究

浮动渐开线花键副微动磨损研究

作者：蒋理宽湘潭大学

学位级别：硕士

传动齿轮箱是现代轻轨和地铁中核心部件,渐开线花键在传动齿轮箱中是关键的传动件,浮动花键副需要传递较大的交变扭矩及其他方向载荷,使得花键副微动磨损严重,导致花键副连接失效,使整个传动系统的可靠性降低。所以,展开浮动渐开线花键... 详细信息

传动齿轮箱是现代轻轨和地铁中核心部件,渐开线花键在传动齿轮箱中是关键的传动件,浮动花键副需要传递较大的交变扭矩及其他方向载荷,使得花键副微动磨损严重,导致花键副连接失效,使整个传动系统的可靠性降低。所以,展开浮动渐开线花键副微动磨损研究,提高花键抗微动磨损能力具有重要意义。首先通过对渐开线花键副微动磨损机理深入分析,对花键的磨损计算公式进行推导,其次采用有限元法对渐开线花键副在不同载荷下进行仿真分析,研究不同载荷对齿面磨损影响,最后搭建传动试验台进行微动磨损实验。本文的主要研究内容如下:(1)进行渐开线花键副载荷分布有限元分析研究,得到了齿面接触压力分布规律和最大应力在齿面发生的位置。输入纯扭矩时,各齿齿面承受的载荷大小基本相同,最大接触应力发生在扭矩输入端轴的边缘,随着扭矩的增大,接触面积沿齿形方向逐渐向花键齿的边缘延伸,接触应力也随之增大,载荷分布方式保持不变;当加载方式为径向载荷和扭矩同时作用时,齿面载荷不再呈现均匀分布,花键副两端的齿面承受载荷压力较大,中间齿面所受载荷压力低于两侧齿面。(2)对斜齿轮渐开线花键副模型进行有限元分析研究,得到了在扭矩、径向力、切向力和倾覆力矩共同作用下的载荷分布规律。斜齿轮的齿面载荷不再呈现均匀分布,发生了载荷突变,中间齿面所承受的应力大于两侧。扭矩增大载荷突变现象越严重,这是由于额外的倾覆力矩通过花键副接触面传递导致一些齿的负载偏向另外一侧,从而以平衡整个花键齿的受力情况。(3)依据花键副有限元模型参数加工多组花键试验件进行微动磨损实验,搭建悬浮式微动磨损试验台,研究花键副齿面微动磨损形貌和多因素对花键副的磨损影响。循环次数对花键副磨损有较大影响,随着循环周期的增大,齿面磨损量随之增大;渗碳层越深,花键副的抗微动磨损性能越好;输入扭矩增大,齿面承受载荷变大,齿面磨损较为严重。

关键词：浮动式渐开线花键副微动磨损载荷分布特性齿面磨损形貌

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低地板传动齿轮箱渐开线花键副微动磨损研究

低地板传动齿轮箱渐开线花键副微动磨损研究

作者：胡检发湘潭大学

学位级别：硕士

低地板传动齿轮箱是现代化城轨与地铁中的核心零部件,在轨道车辆运行中起着牵引和传递扭矩的作用。渐开线花键副作为一种用来传递扭矩与旋转运动的机械零部件,在低地板传动齿轮箱的机械传动系统中广泛应用;由于低地板传动齿轮箱结构紧凑... 详细信息

低地板传动齿轮箱是现代化城轨与地铁中的核心零部件,在轨道车辆运行中起着牵引和传递扭矩的作用。渐开线花键副作为一种用来传递扭矩与旋转运动的机械零部件,在低地板传动齿轮箱的机械传动系统中广泛应用;由于低地板传动齿轮箱结构紧凑,不便于日常维护检修,齿轮箱中采用花键连接的部分由于微动磨损的影响将危害整个传动系统的安全。因此,低地板传动齿轮箱渐开线花键副的微动磨损研究在认识花键副的微动磨损、开展花键副优化设计和提高花键副抗微动磨损能力等方面有着极其重要的意义,同时对提高低地板传动齿轮箱的可靠性与安全性具有十分重要的意义。本文研究内容来源于湖南省战略性新兴产业项目“100%低地板传动齿轮箱研制”子项目“渐开线花键副微动磨损研究”。本文采用有限元法,对低地板传动齿轮箱渐开线花键副的微动参数进行了分析,研究了各种不对中情况对花键副的影响,探讨了齿廓修鼓的作用,并以角向不对中花键副的微动参数为基础,进行了微动磨损试验研究。本文的主要研究内容如下:(1)分析了花键副的微动摩擦接触行为,得到了接触压力和相对滑移的分布规律,并对齿面摩擦接触状态和磨损进行了分析与预测,探讨了摩擦系数对接触压力、相对滑移、摩擦接触状态和Ruiz参数的影响。花键副齿面接触压力和相对滑移分布不均匀,摩擦系数越大,最大接触压力和最大相对滑移越小;摩擦系数对齿面摩擦接触状态有很大影响;Ruiz参数随摩擦系数的增大而增大。(2)研究了渐开线花键副在角向不对中、径向不对中以及角向与径向不对中共同存在情况下的载荷分布。随着角向不对中量的增大,齿面接触压力与齿间载荷分布越不均匀,应力集中位置发生变化;在径向不对中下,齿间载荷分布呈现三角函数变化规律,随着径向不对中量的增大,齿面接触压力与齿间载荷分布越不均匀,应力集中现象更加严重;在复合不对中情况下,径向不对中量对齿间载荷分布影响更为明显,角向不对中量对齿间载荷分布影响很小。(3)对花键副齿廓修形进行了分析,研究了修鼓量与修鼓位置参数对花键副齿面接触压力分布的影响,并考虑了修鼓对花键副角向不对中的作用。鼓形花键副齿面接触压力与接触长度均随着扭矩的增大而增大;花键副最大接触压力随着修鼓量和修鼓位置参数的增大均先减小后增大,使花键副最大接触压力最小的最优修鼓量随角向不对中量的增大而增大;齿廓修鼓可以有效地减小花键副在角向不对中情况下齿面的最大接触压力和应力集中现象,改善齿面接触压力分布,减轻角向不对中带来的不良影响。(4)以研究角向不对中花键副的微动参数对磨损的影响为目标,设计了相关的微动磨损试验台,通过在简化的微动磨损装置上研究材料的微动磨损行为定量地研究渐开线花键副的微动磨损。法向载荷的增大,摩擦力变大,微动位移减小,微动磨损减轻;氮化、渗碳和润滑都能提高材料的抗微动磨损性能。

关键词：渐开线花键副微动磨损不对中齿廓修形有限元法

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航空渐开线花键微动磨损的仿真模拟研究

表面技术 2022年第4期51卷 149-156页

作者：于司泰兰惠清蔡建斌蔡智杰北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 直升机传动技术重点实验室湖南株洲412002

目的针对航空渐开线花键微动磨损严重的工程问题,研究多种因素对花键副受力与微动磨损的影响及键齿间的差异。方法建立以微动磨损机理为基础的渐开线花键副微动模型,通过对比工程检测数据验证了花键副微动模型的合理性,并采用不同的加... 详细信息

目的针对航空渐开线花键微动磨损严重的工程问题,研究多种因素对花键副受力与微动磨损的影响及键齿间的差异。方法建立以微动磨损机理为基础的渐开线花键副微动模型,通过对比工程检测数据验证了花键副微动模型的合理性,并采用不同的加载方式研究分析各载荷对直升机减速器花键副的影响,并对比分析微动幅值、动载系数以及不对中量对花键传动应力分布与微动磨损的影响。结果转速载荷的效应均方值远大于转矩载荷的效应均方值。微动幅值为20~80μm,动载系数为1.0~1.5,轴向不对中量为‒0.05~0.05 mm,键齿接触应力与磨损量随各因素的增大而增加。键齿啮合区近齿根处的接触压力与微动磨损量均最大。不同向的轴向不对中对齿间差异的影响不同,键齿6~9与键齿15~18受轴向不对中的影响最明显。结论花键传动中,相较于传动扭矩,传动转速对应力的影响更显著。键齿啮合区近齿根处应力集中较为明显,微动磨损严重。随微动幅值、动载系数与不对中量的增加,微动磨损显著增大,花键副的对中特性能够减小不对中量的影响。键齿的不同啮合区域与键齿间均存在受力与磨损程度上的差异。

关键词：有限元法渐开线花键副微动摩擦微动磨损接触压力

某型发动机燃油泵尾轴花键套异常磨损分析与预防

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教练机 2022年第3期 52-55页

作者：赵静云顾雪波江建东中国航发西控科技陕西西安710077 空装驻南昌地区军事代表室江西南昌330024

针对某型发动机燃油泵尾轴花键套异常磨损问题,从该型花键副结构特点、受力分析、故障件形貌等方面着手分析,最终定位故障原因并给出解决措施和建议。

关键词：渐开线花键副燃油泵花键套压轴力