直升机细长轴传动系统动力学特性分析

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传动系统是直升机的重要组成部分。由于直升机传动系统的自身结构及动力输出特性,在各类直升机上大多采用了细长轴部件进行传动,其主要由薄壁细长轴、膜片联轴器、花键及其上的轴承组成。由于直升机上的传动轴一般采用薄壁圆筒形式,且采用了膜片联轴器这样柔性传动部件,系统的临界转速一般较低。当传动轴的工作转速接近其振动的固有频率时,传动轴上的不平衡量会使传动轴出现强烈的振动。因此在设计时,需要深入研究细长传动轴的动力学特性,揭示各种结构因素对系统的动力学特性的影响规律,为直升机细长轴传动系统的设计及优化提供理论支撑。论文主要研究内容如下:(1)采用分层次分析方法建立直升机细长轴传动系统的动力学模型,将各单元的动力学模型进行系统集成,建立整体系统的动力学模型。通过MATLAB编程对直升机细长轴传动系统的动力学特性进行计算分析,得到了细长传动轴的Campbell图、各阶临界转速及相应振型,同时研究了轴承参数、膜片联轴器参数和花键参数对细长传动轴系统的固有特性的影响规律。(2)通过对中间轴定义沿轴向成正弦分布的不平衡量,推导均匀偏心梁单元的广义激振力列向量的表达式,应用Newmark-β法对系统的稳态不平衡响应特性进行计算分析,得到轴承节点和重要节点的稳态不平衡响应的时域图、轴心轨迹图和频谱图,同时研究不平衡量的分布形式和分布大小对细长轴传动系统稳态不平衡响应特性的影响。(3)利用COMSOL软件对直升机细长轴传动系统进行了仿真研究,与理论计算模型得到的结果进行了对比,验证两种方法的准确性;利用COMSOL软件的多场耦合仿真功能,计算分析基础支承刚度对系统动力学特性的影响。综上,本文研究对直升机细长轴传动系统的设计及优化、避免有害振动、减小工作振幅等具有一定的指导作用。
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