【摘 要】
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弹簧离合器因其结构紧凑和适用工作转速高等优点,在直升机高速化进程中发挥着重要作用。弹簧离合器的关键零件—变截面弹簧为柔性结构,在直升机不同工况中易激发出动态响应,从而可引起弹簧离合器发生疲劳失效。本文通过分析离合器结构参数对疲劳性能的影响,对弹簧离合器疲劳寿命进行了预测,并对结构参数进行优化以提高弹簧离合器的疲劳寿命,同时提供更为可靠简便的弹簧离合器疲劳寿命预测评估手段。具体研究内容如下:（1）运
【基金项目】
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中南大学与中国航发湖南动力机械研究所合作课题；
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弹簧离合器因其结构紧凑和适用工作转速高等优点,在直升机高速化进程中发挥着重要作用。弹簧离合器的关键零件—变截面弹簧为柔性结构,在直升机不同工况中易激发出动态响应,从而可引起弹簧离合器发生疲劳失效。本文通过分析离合器结构参数对疲劳性能的影响,对弹簧离合器疲劳寿命进行了预测,并对结构参数进行优化以提高弹簧离合器的疲劳寿命,同时提供更为可靠简便的弹簧离合器疲劳寿命预测评估手段。具体研究内容如下:（1）运用静力学理论对变截面弹簧的受力情况进行理论分析,结合离合器运行工况对其结构参数进行设计选取,建立离合器有限元模型,研究不同结构参数对弹簧应力分布的影响规律。结果表明:额定工况传动时,最大Mises应力出现在第14圈（从输入端数）弹簧内圈棱边,内圈应力显著高于外圈,弹簧失效时易沿最大周向拉应力作用面方向扩展。（2）基于离合器应力分析结果,利用Fe-safe疲劳分析软件预测弹簧离合器疲劳寿命以及危险位置,研究不同结构参数对离合器疲劳寿命的影响规律。结果表明:在给定工况下,弹簧离合器疲劳寿命为3.277×10~5次,疲劳危险位置出现在第14圈弹簧圈内圈。倒角处理后会显著增加离合器疲劳寿命,过盈量和间隙量增加会降低离合器疲劳寿命,开油槽处理和预紧量大小对离合器疲劳寿命影响不大。（3）以弹簧离合器疲劳寿命为目标因素,设计正交试验对离合器的结构参数进行优化。结果表明:间隙量、倒角和芯轴过盈量对离合器疲劳寿命影响程度分别为极显著,显著和较显著,疲劳寿命最大组合是倒角0.4 mm,芯轴过盈量0.15 mm和弹簧间隙量0.4 mm,此时疲劳寿命次数为8.011×10~6次。（4）在弹簧离合器疲劳试验台上进行疲劳性能试验,得到弹簧离合器疲劳寿命和失效位置。结果表明:变截面弹簧在第14圈（从输入端数）弹簧内圈内侧尖角处断裂,断裂前循环次数为2.688×10~5次,裂纹沿着弹簧截面厚度方向和直径方向扩展。疲劳失效区域与仿真结果对应性较好,试验寿命次数比仿真结果小,误差为17.97%,验证了疲劳寿命预测结果的准确性。图71幅,表26个,参考文献65篇
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