高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法技术

本发明专利技术属于直升机传动轴设计技术领域，公开了一种高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，通过膜片材料选择，建立力学分析模型，给出扭矩应力、离心应力、轴向位移弯曲应力、角向位移弯曲应力计算方法，采用古德曼曲线进行应力折算，评估出膜片联轴节安全系数。突破了传统依据测绘件进行类比分析方法的局限性，形成了一套直升机传动轴高转速、大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，对推动国内直升机传动系统快速发展意义重大。统快速发展意义重大。统快速发展意义重大。

【技术实现步骤摘要】
高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法


[0001]本专利技术属于直升机传动轴设计
，尤其涉及一种高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法。

技术介绍

[0002]挠性膜片联轴节为直升机传动轴典型部件，工作转速通常为4000～21000转/分，传递功率通常大于300KW。挠性膜片联轴节主要由高强度不锈钢片、挡圈和衬套等零件组合而成，见附图1所示。其主要作用是在传递发动机功率的同时，补偿传动轴装机时两端联接接口的轴向偏差，同时也补偿飞行过程中不同姿态下机体变形对接口位置产生的轴向偏差，并承受其产生的突变载荷。
[0003]近年来，用户在使用时发现，挠性膜片联轴节时常出现膜片起层、变形、裂纹甚至断裂等问题，给飞行安全带来隐患。目前，国内基本是依据测绘样件进行类分析，尚未建立挠性膜片联轴节强度设计方法的国家标准或相关行业标准，如何准确评估挠性联轴节强度成为制约膜片联轴节向高转速、大功率发展的技术瓶颈，不利于国内直升机传动系统快速发展。
[0004]因此，这就迫切需要一种直升机传动轴高转速、大功率挠性联轴节强度设计方法，填补该领域的技术空白，提升直升机传动系统工程技术人员强度评估能力，推动国内直升机传动系统快速发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题：本专利技术的目的在于提出一种直升机传动轴高转速、大功率挠性联轴节强度设计方法，可对膜片联轴节强度进行正向设计评估，突破了传统依据测绘件进行类比分析方法的局限性，形成了一套直升机传动轴高转速、大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，对推动国内直升机传动系统快速发展意义重大。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，所述方法包括：
[0008]S1，依据直升机传动轴工作转速、功率、瞬态偏角要求，选取膜片联轴节材料；
[0009]S2，将膜片联轴节模型简化，建立力学分析模型；
[0010]S3，确定膜片联轴节初始几何参数，根据简化后的膜片联轴节模型计算膜片联轴节扭矩应力；
[0011]S4，若膜片联轴节扭矩应力的安全系数满足要求，则进行下一步，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数；
[0012]S5，计算膜片联轴节离心应力；
[0013]S6，若膜片联轴节离心应力的安全系数满足要求，则进行下一步，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数；
[0014]S7，计算膜片联轴节轴向位移弯曲应力；
[0015]S8，若膜片联轴节轴向位移弯曲应力的安全系数满足要求，则进行下一步，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数；
[0016]S9，计算膜片联轴节角向位移弯曲应力；
[0017]S10，若膜片联轴节角向位移弯曲应力的安全系数满足要求，则进行下一步，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数；
[0018]S11，按修正的古德曼图对载荷进行折算，确定膜片联轴节疲劳安全系数；
[0019]S12，若疲劳安全系数满足要求，则得到最终的膜片联轴节几何参数，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数。
[0020]本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：
[0021](1)S2具体为：
[0022]将膜片联轴节分为依次编号的6组幅片组，简化模型中幅片的宽度为实际模型中膜片环边的最小径向宽度b，长度为实际模型中相邻两螺栓孔中心距离L，其中，1、3、5为主动拉力幅片组，2、4、6为被动受压幅片组，主动拉力幅片组工作时，在角向位移、扭矩的作用下，受到的都是拉应力，而被动幅片组工作时，扭矩产生的应力为压应力，所以被动幅片应力水平低于拉力幅片应力水平，强度计算时只对主动幅片受力进行计算。
[0023](2)S3，计算膜片联轴节扭矩应力，具体为：
[0024]每片幅片所受的扭矩力的大小F
t
为：
[0025][0026]式中，T为膜片承受的扭矩，F
t
为每片幅片所受的扭矩力，d为螺栓分布圆直径，n
J
为螺栓数量，n
m
为膜片层数；
[0027]每片幅片所受的拉力F1为：
[0028][0029]每片幅片的应力σ
t
为：
[0030][0031]式中，F1为扭矩引起每片幅片上的应力，δ为膜片厚度，b为膜片最小宽度，膜片联轴节扭矩应力的安全系数按照下列公式计算：
[0032]S＝σ
0.2
/σ
t
[0033]式中，σ
0.2
为膜片材料屈服极限。
[0034](3)S5具体为：
[0035]膜片联轴节每片幅片所受的离心力F
L
：
[0036][0037]式中，F
L
为每片幅片所受的离心力，F
W1
为由固定连接件质量产生的离心力，F
W2
为由
膜片连接轴产生的离心力。
[0038](4)每片幅片所受的离心力
[0039][0040]式中，m
J
为固定连接件质量；N为轴的转速；
[0041]膜片产生的离心力Fw2的计算过程如下：体积为t.dx.dy的膜片微元上作用的离心力dc＝ρω2r
·
t
·
dx
·
dy；
[0042]式中：ρ为膜片材料密度，ω为联轴节角速度，r为微元中心与旋转中心距离，dc向Y轴投影得dFy＝ρω2·
r
·
t
·
Cosβdx
·
dy；
[0043]所以离心力F
w2
＝n
m
Fy
[0044][0045]式中：Φ1(x)、Φ2(x)分别为膜片两条侧边的曲线方程，Φ1(x)＝L
′‑
b/2,Φ2(x)＝L
′
+b/2，Cosβ＝y/r，L
′
＝R
×
Cos(π/n
J
)，R＝L/2/Sin(π/n
J
)
[0046]其中，b为膜片最小宽度，β为膜片微元上作用的离心力dc与Y方向的夹角，L
′
为微元中心到旋转中心的垂直距离，y为膜片质心到旋转中心的垂直距离，R为螺栓孔中心与旋转中心距离，L为两相邻螺栓孔中心距离；
[0047]根据以上公式及边界条件解得Fw2为：
[0048]F
w2
＝n
m
ρω2δ
·
ctg(π/n
J
)
·
L2·
b/2
[0049]所以解得离心力为：
[0050]F
L
＝m
J
(πN/30)2d/[4
×
n
m
×
Sin(π/n
J
)]+ρω2δ
·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，其特征在于，所述方法包括：S1，依据直升机传动轴工作转速、功率、瞬态偏角要求，选取膜片联轴节材料；S2，将膜片联轴节模型简化，建立力学分析模型；S3，确定膜片联轴节初始几何参数，根据简化后的膜片联轴节模型计算膜片联轴节扭矩应力；S4，若膜片联轴节扭矩应力的安全系数满足要求，则进行下一步，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数；S5，计算膜片联轴节离心应力；S6，若膜片联轴节离心应力的安全系数满足要求，则进行下一步，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数；S7，计算膜片联轴节轴向位移弯曲应力；S8，若膜片联轴节轴向位移弯曲应力的安全系数满足要求，则进行下一步，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数；S9，计算膜片联轴节角向位移弯曲应力；S10，若膜片联轴节角向位移弯曲应力的安全系数满足要求，则进行下一步，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数；S11，按修正的古德曼图对载荷进行折算，确定膜片联轴节疲劳安全系数；S12，若疲劳安全系数满足要求，则得到最终的膜片联轴节几何参数，否则返回S3修改膜片联轴节几何参数。2.根据权利要求1所述的高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，其特征在于，S2具体为：将膜片联轴节分为依次编号的6组幅片组，简化模型中幅片的宽度为实际模型中膜片环边的最小径向宽度b，长度为实际模型中相邻两螺栓孔中心距离L，其中，1、3、5为主动拉力幅片组，2、4、6为被动受压幅片组，主动拉力幅片组工作时，在角向位移、扭矩的作用下，受到的都是拉应力，而被动幅片组工作时，扭矩产生的应力为压应力，所以被动幅片应力水平低于拉力幅片应力水平，强度计算时只对主动幅片受力进行计算。3.根据权利要求2所述的高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，其特征在于，S3，计算膜片联轴节扭矩应力，具体为：每片幅片所受的扭矩力的大小F
t
为：式中，T为膜片承受的扭矩，F
t
为每片幅片所受的扭矩力，d为螺栓分布圆直径，n
J
为螺栓数量，n
m
为膜片层数；每片幅片所受的拉力F1为：每片幅片的应力σ
t
为：
式中，F1为扭矩引起每片幅片上的应力，δ为膜片厚度，b为膜片最小宽度，膜片联轴节扭矩应力的安全系数按照下列公式计算：S＝σ
0.2
/σ
t
式中，σ
0.2
为膜片材料屈服极限。4.根据权利要求3所述的高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，其特征在于，S5具体为：膜片联轴节每片幅片所受的离心力F
L
：式中，F
L
为每片幅片所受的离心力，F
W1
为由固定连接件质量产生的离心力，F
W2
为由膜片连接轴产生的离心力。5.根据权利要求4所述的高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法，其特征在于，每片幅片所受的离心力式中，m
J
为固定连接件质量；N为轴的转速；膜片产生的离心力Fw2的计算过程如下：体积为t.dx.dy的膜片微元上作用的离心力dc＝ρω2r
·
t
·
dx
·
dy；式中：ρ为膜片材料密度，ω为联轴节角速度，r为微元中心与旋转中心距离，dc向Y轴投影得dFy＝ρω2·
r
·
t
·
Cosβdx
·
dy；所以离心力式中：Φ1(x)、Φ2(x)分别为膜片两条侧边的曲线方程，Φ1(x)＝L
′‑
b/2,Φ2(x)＝L
′
+b/2，Cosβ＝y/r，L
′
＝R
×
Cos(π/n
J
)，R＝L/2/Sin(π/n
J
)其中，b为膜片最小宽度，β为膜片微元上作用的离心力dc与Y方向的夹角，L...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳可平，王伟斌，付思远，许鹏，那国雨，祝国洋，牛凤茹，邵奇，
申请(专利权)人：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：