渐开线花键连接的非线性动力学特性

薛向珍，王三民，袁 茹

(西北工业大学 机电学院，710072西安)

渐开线花键连接由于传输扭矩能力大，对中性好，故广泛应用于航空减速器、航天发动机涡轮泵等动力传输系统中.由于花键齿侧间隙的存在，当花键副受力时，侧隙小的花键齿先啮合，间隙次之的再啮合，依次进行，实际参与啮合的齿数小于设计齿数［1］.航空花键副受力情况复杂，在变扭矩、轴向力及弯矩共同作用下，在起飞、巡航、着陆时都受到较大的变载荷冲击，且由于齿侧间隙使得花键副啮合刚度具有时变性［1］，导致花键副具有复杂的非线性动力学特性.Tjemberg［2］研究了花键副延轴向载荷分布情况并和有限元结果进行了对比，指出使载荷均匀分配的最好方法是沿轴向修正花键齿厚.Barrot等［3］研究了考虑不同载荷和几何形状下花键副轴向扭矩传递情况，指出轴向扭矩分布主要影响花键副与微动磨损相关的损坏.Silvers和Curà等［4-5］也对花键的载荷分配情况进行了研究.Leen等［6］基于由实验验证的受扭矩和轴向力载荷的花键有限元模型对花键的三维摩擦接触进行了研究，该研究考虑了轴向齿廓修形及摩擦系数的影响.Ratsimba等［7］以及Ding等［8］实验测得摩擦系数及磨损系数值，利用三维有限元模型得出接触应力和滑移距离，采用修正的Archard方程计算了磨损深度.Ding和Madge等［9-11］也对花键的磨损进行了研究.Kahraman［12］建立了渐开线花键的纯扭转动力学模型，给出了非线性动力学方程，但未对方程进行求解以及对其非线性动力……