某型机动力轴微动磨损分析与处理

在振动环境下,螺纹、花键等联接形式易产生微动磨损。本文对某型直升机科研试飞过程中出现的动力轴花键微动磨损现象进行了机理分析并给出了处理措施。     

浮动花键抗磨损强度分析与试验

为了解决航空发动机附件传动系统花键连接结构在正向设计阶段分析能力薄弱、缺少基础数据支撑,以及在复杂工作 条件下齿面磨损严重等问题,开展了浮动花键磨损强度评估方法研究,提出适用于发动机附件传动系统浮动花键的齿面接触应力 计算方法。并开展了花键磨损影响因素对比试验,测量不同材料、表面粗糙度、表面处理、润滑条件、偏斜角、齿形条件下的磨损量 和齿厚变化量。结果表明：花键表面硬度是决定抗磨损能力的主要因素,硬度大抗磨损能力强;在偏斜状态下工作的花键通过齿 形修形改善接触区位置,降低接触应力,可提高抗磨损能力;润滑油润滑可以减小摩擦磨损,减少磨屑产生,是减小花键磨损的首 要措施;正确选择齿侧间隙有利于减小磨损发生。     

某型发动机附件机匣固定问题探讨

某型发动机由于中央传动杆花键齿面磨损,导致滑油光谱金属(铁)含量超标故障频发,严重影响试车合格率。因此,从故障现象上分析了中央传动杆花键副磨损特征,从结构形式上分析和查找,提出下吊耳组件的固定问题是造成附件机匣微动的重要因素,对此制定解决方案并进行了试验验证,最终顺利排除了该故障。     

电连接器接触件微动磨损有限元仿真分析

航空电连接器在服役过程中受到振动、冲击或温度变化等外界激励时,内部的接触件可能会发生微动磨损,导致接触界面的匹配状态发生变化,影响信号和功率传输。基于 Archard模型,对接触件微动磨损行为进行了理论分析和有限元仿真分析。通过对某微动磨损试验的数据进行分析,计算了镀金铜合金的磨损系数,并用于微动磨损仿真当中。通过仿真分析,得到了表面接触在不同微动周期的状态变化规律、变形和应力分布情况,发现接触区域表面和近表面的中心位置有明显的应力集中现象,接触状态在第 1∕4和 3∕4周期之后,会由滑动接触转变为黏着接触,状态的变化具有迟滞效应,微动磨损量随着微动距离的增加而线性变化。     

微动垫夹持刚度对微动疲劳寿命的影响分析

以单卡头式微动疲劳试验装置为对象,设计了不同微动垫夹持型式的微动疲劳试验装置,建立了两种试验装置的物理模型,结合理论分析和有限元数值仿真,从微动垫夹持刚度的角度分析了影响微动疲劳寿命的主要因素,并进行了试验对比验证。结果表明:夹持刚度的减小对SWT（Smith Watson Topper）微动疲劳损伤参量的最大值及位置影响较小,且使其在接触区域的分布趋于对称,可显著地降低相对滑移幅值,进而减小微动疲劳过程中的磨损程度;与夹持刚度较大的试验装置相比,夹持刚度较小的试验装置测试得到的微动疲劳试验寿命较长。      

齿向分段抛物线修形对渐开线花键副微动磨损参数的影响

提出渐开线花键副齿向修形的分段抛物线函数,得到齿向修形渐开线花键副的几何模型.使用有限元方法对典型渐开线花键副进行微动摩擦接触分析,得到修形和未修形渐开线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对齿向修形渐开线花键副微动磨损参数的影响.研究结果表明:分段抛物线函数能满足渐开线花键副的齿向修形要求,修形曲线过渡平滑;齿向修形能有效地减少齿面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.      

基于轴承衬套典型构件的微动磨损问题研究

以航空发动机附件机匣轴承衬套为例,从微动磨损问题出发,对轴承衬套工作条件、使用工况进行分析,结果表明轴承衬套磨损为典型的微动磨损现象,并开展了轴承衬套微动磨损试验,复现了轴承衬套磨损现象,验证了理论分析结果。通过本文研究确定了航空发动机附件机匣轴承衬套微动磨损发生的影响因素,并针对这种典型结构提出预防微动磨损问题发生的改进方案,对其中的铝材料表面硬质阳极化方案开展了发动机验证,结果表明对解决铝轴承衬套的磨损问题有明显效果。     

航空花键振动磨损预测与实验

基于Archard经典磨损理论,推导振动条件下航空花键的键齿之间的相对运动位移,考虑实验花键模拟工况循环和振动位移,对实验花键的磨损进行了预测,并搭建了航空花键磨损实验台,开展磨损实验测试。理论预测表明:磨损量随着磨损系数、传递扭矩的增加而线性增加,随着齿数、硬度增加而线性减小,而随着振动量的增大而非线性增大。实验与仿真结果定性一致,在磨损初期存在一定波动,磨损后期存在一定的偏差,这是由于花键制造和安装偏差、理论模型简化以及难以考虑的花键复杂工况等所致。振动对花键磨损具有决定性影响,因此应合理控制内、外花键所在转子的振幅、提高花键转子设计动平衡等级可以有效延缓花键磨损。      

几何参数对涡轮榫连接微动疲劳寿命的影响：仿真

基于涡轮榫连接结构高低周疲劳试验结果，确定微动疲劳损伤控制参量并建立寿命预测模型。建立涡轮榫连接结构的参数化模型，开展有限元计算，结合试验数据分析了等效应力、接触压力、摩擦力、滑移量等多种损伤参量与微动疲劳寿命的相关性，发现综合考虑疲劳和磨损的FFD(fretting fatigue damage)参量与寿命的相关性最高，相关系数达97%。基于幂函数形式拟合了FFD参量与微动疲劳寿命的关系式，榫连接结构的微动疲劳寿命预测误差在1.5倍分散带内。开展了FFD参数对几何参数的敏感性分析，从数值仿真角度获取不同几何参数对微动疲劳寿命的影响规律：微动疲劳寿命对压力角最敏感，且呈现负相关性。     

TC11钛合金微动疲劳裂纹萌生预测分析

针对航空发动机叶片与盘榫连接结构简化模型的微动失效形式,建立了基于临界平面法预测微动疲劳裂纹萌生的控制模型。该模型引入综合考虑多种微动疲劳影响因素的微动损伤参量CSE(微动综合损伤参量),建立了微动疲劳特性的分析流程,对微动疲劳裂纹的萌生方向、位置和寿命进行了估算。应用CSE控制模型,对失效的TC11钛合金微动疲劳试件的裂纹萌生进行预测,通过比较不同损伤参量的预测结果,验证了CSE预测裂纹萌生的有效性。     

转子支承不对中故障建模与机理分析

针对工程实际所出现的不对中现象,建立了一个转子支承不对中故障的通用模型。将任意形式的联轴器在径向刚度和角向刚度等效的前提下简化为1个等效模型,该模型与实际的总体径向刚度和角向刚度等效,依据实际联轴器刚度计算得到等效模型参数;根据等效联轴器模型推导出转子系统由于连接对角向位置的不均匀、连接刚度的差异性和非线性等不确定性因素所产生的不对中激励力,基于此建立含转子支承不对中故障的转子-支承耦合动力学模型。通过故障仿真分析得到转子支承不对中故障激励下的振动特征,通过数值仿真验证了平行不对中和角度不对中故障的2倍频和4倍频现象,以及由于角度不对中产生的1倍频轴向振动现象。利用含套齿联轴器的3支点转子故障模拟试验器进行了特征转速下多种不对中工况的振动响应试验,通过比较仿真结果的精度达到85%以上,表明所提出的转子支承不对中故障通用模型的正确有效性。     

航空鼓形花键设计及其不对中接触特性

针对鼓形花键设计方法不完善、修形量范围无法确定的问题,提出利用花键齿面许用应力与内外花键配合干涉确定鼓形花键鼓形量的范围。以某航空发动机中央传动杆花键为例,开展鼓形花键设计;进而对比研究对中与不对中状态下普通花键和鼓形花键的接触特性。结果表明:对中状态下,普通花键接触应力集中于齿向加载端,而鼓形花键则集中于齿向中部且接触应力增大;不对中状态下,普通花键接触齿对数目显著减小且接触应力显著提高,而鼓形花键的均载性显著且接触应力降低;随着不对中的增大,普通花键因干涉而存在断齿风险,而鼓形花键仍能够啮合但脱开齿对数目增加,接触应力也急剧提高。所确定的鼓形花键修形量范围合理,能够将齿侧间隙、不对中补偿能力、与修形量定量耦合起来,为航空鼓形花键设计、不对中控制、承载能力与寿命提升提供了重要理论参考。      

应用局部应力-应变法的微动疲劳寿命估算

 本文将微动疲劳破坏分为微动应力集中破坏和接触磨蚀破坏,通过建立两表面接触的简化计算模型得到了微动应力集中系数K_t的表达式,,并导出了适用于薄板小试件的微动疲劳寿命估算公式。最后用文献中的实验结果进行验证,给出了几种材料微动疲劳寿命的估算结果。     

不同工况下高速角接触球轴承-刚性转子系统动力学耦合特性分析

根据建立的高速角接触球轴承-刚性转子系统动力学数值仿真模型,以某仪表轴承支承的转子系统为算例,分析了考虑转子振动与否对系统动力学性能的影响,并详细探究了轴向载荷以及转速对转子振动、轴承内部载荷分布及旋滚比、保持架的受力和质心运动以及磨损情况的影响.结果表明:考虑转子振动时,在纯轴向载荷下,轴承各位置处的球载荷也会存在差...     

新型浮动式收敛袋型密封动力特性与自适应同心性能数值研究

提出新型浮动式收敛袋型密封结构,建立新型收敛袋型密封与传统迷宫密封多频椭圆涡动动力特性求解模型,研究转速、进出口压比及偏心率对新型收敛袋型密封与传统迷宫密封浮动同心力的影响,对比分析涡动频率对新型收敛袋型密封与传统迷宫密封动力特性系数的影响,基于有效刚度系数定量分析浮动密封的自适应同心性能.研究结果表明:随着转速、进出...