飛機襟翼特指飛機機翼前、后邊緣位置的一種翼面可動裝置,其主要作用是在飛機起降過程中提升飛機的升力,本文所研究的漸開線花鍵取自于飛機襟翼傳動系統(tǒng),花鍵副的可靠性直接關(guān)系到整機起降過程的安全性;襟翼傳動漸開線花鍵具有尺寸小、扭矩低、轉(zhuǎn)速高的特點,在實際使用過程中大多出現(xiàn)磨損失效現(xiàn)象。本文在此背景下,借助有限元瞬態(tài)仿真和材料抗磨損性能實驗,對20CrMnTi花鍵的強度與抗磨損性能進行了較為全面的探究。本文主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:一般漸開線花鍵在實際工作中均會同時承擔扭矩和壓軸力,壓軸力會造成具有一定側(cè)隙的內(nèi)外花鍵軸心線出現(xiàn)一定的夾角,并進一步導(dǎo)致漸開線花鍵齒面出現(xiàn)應(yīng)力偏載和波動�；敬�,本文建立漸開線花鍵詳細的三維接觸有限元仿真模型,仿真研究了漸開線花鍵由于軸心線不重合導(dǎo)致的齒面偏載現(xiàn)象。仿真結(jié)果表明軸心線夾角過大將導(dǎo)致花鍵齒面一端承受數(shù)倍于另一端的載荷,也會使得花鍵齒間應(yīng)力分布呈現(xiàn)正弦型分布規(guī)律�；ㄦI承擔較大轉(zhuǎn)矩,花鍵齒面產(chǎn)生一定的變形協(xié)同效應(yīng)使得實際嚙合面積增大,將會相對的降低花鍵偏載。本文提出了漸開線花鍵圓弧修形的方法來降低齒面局部應(yīng)力集中。圓弧修形后的鼓形齒可以有效地將鍵齒兩端的載荷轉(zhuǎn)移到鍵齒中部,降低邊緣效應(yīng)帶來的偏載現(xiàn)象。推導(dǎo)得出了修形圓弧半徑R與修鼓量s之間的關(guān)系,基于此建立了修行后的三維有限元鼓形花鍵齒,并通過修形前后的有限元仿真應(yīng)力對比,驗證了該修形方法的合理性。本文所研究的飛機襟翼傳動機構(gòu)花鍵的最佳修形半徑R值為3000mm。通過多功能在線摩擦磨損實驗機對花鍵材料20CrMnTi進行了圓盤旋轉(zhuǎn)磨損實驗,定量化的探索了各個磨損變量和磨損深度的關(guān)系。實驗表明法向載荷與磨損深度呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系,而磨損深度隨著磨損時間線性增加;良好的潤滑條件對20CrMnTi材料的抗磨損性能至關(guān)重要,改善潤滑條件是提升該材料漸開線花鍵耐磨損能力最直接有效的方法。同時對磨損后磨損槽的微觀形貌進行了定性的分析,較為全面的認識了20CrMnTi材料的抗磨損性能,該實驗為數(shù)值計算20CrMnTi花鍵磨損深度奠定了基礎(chǔ)。基于經(jīng)典Archard磨損模型推導(dǎo)得出了該模型的數(shù)值積分表達式,利用20CrMnTi材料在充分油潤滑條件下的磨損實驗結(jié)果求解了可以用于LS-dyna仿真的20CrMnTi材料磨損系數(shù)K/H。結(jié)合有限元動力學(xué)仿真方法求解了修形前后花鍵旋轉(zhuǎn)一周的磨損深度,并探討了降低磨損速率的措施:(1)改善潤滑條件可以極大地降低磨損系數(shù)K/H的數(shù)值,從而直接降低花鍵的磨損速率;(2)利用齒面圓弧修形,降低花鍵壓應(yīng)力水平并減輕偏載,使得工作嚙合后齒面不同位置的磨損速率趨同并顯著降低鍵齒的最大磨損速率,最終提高漸開線花鍵的耐磨損能力。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V224.5
【部分圖文】：

外花鍵齒寬為 10.5mm，內(nèi)花鍵齒寬為 9.5mm，外花鍵大13mm。其余花鍵基本尺寸參數(shù)如下：表 2.1 漸開線花鍵基本參數(shù)Table 2.1 Basic parameters of involute spline分度圓直徑/mm模數(shù) 齒數(shù) 壓力角 齒根類型齒頂高系數(shù)18.75 1.25 15 30° 平齒根 0.5 18.75 1.25 15 30° 平齒根 0.5 .1 中花鍵的基本參數(shù)，在 UG 中建立花鍵的三維模型，進行有限元網(wǎng)格離散。如圖 2.1 所示，有限元模型采用 107325；花鍵齒面采用較小網(wǎng)格尺寸（0.2mm）以保證于原始漸開線，用于支撐花鍵的短軸采用較大網(wǎng)格尺.5mm）。

模型是本文后續(xù)分析的基礎(chǔ)，因此進行驗證，本驗證模型的邊界參數(shù)有限元模型施加載荷和轉(zhuǎn)速，由于內(nèi)觸表面建立 Automatic surface-to-s示。表 2.2 花鍵驗證模型邊界參數(shù)pline validation model boundary conditio擦系數(shù) 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 0.14 50N·m 500rad/s 證模型處于理想工作狀態(tài)，內(nèi)外花轉(zhuǎn)矩。本節(jié)將分別從仿真結(jié)果的齒來驗證本模型的可靠性。

圖 2.3 理想花鍵副模型應(yīng)力云圖Figure 2.3 Ideal spline press stress cloud m855-1999，理想漸開線花鍵齒面嚙合出的[31]。花鍵在僅承擔轉(zhuǎn)矩的理想）可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩 T（N·m）和分度圓Ft=2000× =2000×501.25×15=5333.3載荷 W 的計算公式為：W= =5333.315×9.5× 30°=242.64N/，l-內(nèi)外花鍵配合長度（mm）， -壓（MPa）的計算公式為：σ= =242.6420 15.13=49.82MPa （mm），h=De-Di，De-外花鍵大徑（2.2）、（2.3）合并，即可得到式（ h 如圖 2.4 所示，其值等于外花鍵大

【參考文獻】

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本文編號：2816418