在直升机传动系统中,联轴器是关键动部件之一,在工作过程中不仅要传递扭矩,而且要具有良好的轴向与角向补偿能力。目前国内联轴器大多采用钢制叠片型式,其主要缺点是重量较重,构件的抗疲劳能力较低,很难满足直升机快速发展的要求。随着钛合金在直升机产业的广泛发展,一种新型钛合金柔性联轴节应运而生,它相对钢制膜片大大提高了功重比。由于钛合金联轴节采用整体膜盘结构,其可靠性要求很高,本文以钛合金联轴节为研究对象,旨在探索其结构优化设计与疲劳寿命分析方法。本文在探索钛合金柔性联轴节的结构特点与设计方法的基础上,应用有限元方法对联轴节进行强度分析,发现联轴节的最大应力位于型面的转接圆角区域。针对该疲劳危险点,提出了基于有限元分析的结构优化设计方法,建立了以联轴节的最大当量应力为目标函数的优化模型,应用NASTRAN分析软件对圆型凸台联轴节进行了优化分析,优化后的联轴节的最大当量应力下降约5.5%。优化结果表明,该联轴节由于结构的局限性,优化仍不能满意地消除转接圆角处应力集中的现象,所以在结构上对联轴节的凸台形状进行了改进设计,将圆型凸台改为扇型凸台,改进后的联轴节应力水平下降明显,比原结构的最大当量应力下降12.5%。本文还建立了联轴节的疲劳寿命估算方法,即根据有限元方法分析所获得的最大当量应力,采用雨流法对载荷进行循环计数,根据有限元分析结果将载荷循环转换为关键部位的应力循环,利用迟滞回线将应力谱转换为应变谱,利用应变-寿命曲线计算损伤,并按Miner线性累积损伤原理计算了联轴节的疲劳寿命。计算结果表明,联轴节的优化设计明显提高了其疲劳寿命。最后,对钛合金柔性联轴节改进前后的两种构型分别进行疲劳试验考核。试验后,疲劳裂纹均发生在型面的转接圆角处,试验循环数与计算寿命的最大误差为18%。试验结果表明:本文的优化方法是有效的,经优化联轴节寿命延长了约6倍;所采取疲劳寿命估算方法是较准确的,预估到了裂纹出现的部位和时间。