【摘 要】
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花键副由于具有高扭矩的传递能力和不对中的补偿能力,为航空发动机的可靠、耐用和精准传动提供技术支撑。在起飞、巡航和着陆的过程中,花键副长期处于高循环载荷下,名义上处于静止状态但具有微小振幅的花键联轴器,通过扭矩夹紧在一起的两个表面之间会发生损坏,为涡轮传动系统的长期运行带来了严重威胁。为设计高性能航空发动机花键联轴器,准确预测微动磨损是一项关键技术。目前,航空花键在磨损方面的基础理论与预测方法不够完
【基金项目】
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中国航发湖南动力机械研究所科研项目“钛合金试件表面耐磨镀层磨损实验”； 中国航发沈阳发动机研究所科研项目“花键磨损仿真分析及实验测试”；
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花键副由于具有高扭矩的传递能力和不对中的补偿能力,为航空发动机的可靠、耐用和精准传动提供技术支撑。在起飞、巡航和着陆的过程中,花键副长期处于高循环载荷下,名义上处于静止状态但具有微小振幅的花键联轴器,通过扭矩夹紧在一起的两个表面之间会发生损坏,为涡轮传动系统的长期运行带来了严重威胁。为设计高性能航空发动机花键联轴器,准确预测微动磨损是一项关键技术。目前,航空花键在磨损方面的基础理论与预测方法不够完善,不能满足目前工程需求,迫切需要开展更为深入的研究工作。本文通过实验与仿真相结合的形式建立渐开线花键的磨损有限元模型,首先以航空材料TC4的球-盘摩擦磨损实验为切入点,得到不同工况条件下的摩擦系数与磨损系数,然后使用ABAQUS子程序UMESHMOTION开展球-盘的磨损仿真与实验对比验证,最后将磨损模型用于渐开线花键的接触特性分析,旨在研究花键副表面磨损与接触特性之间的相互作用,为渐开线花键在动态条件下磨损预估提供一套实用有效的有限元分析方法和实验研究思路。具体包括:（1）为探究渐开线花键副在微动工况下的磨损行为,对航空材料TC4及进行表面处理的材料进行磨损实验,使用SRV-IV实验机通过微动磨损实验测量得到不同工况下TC4的磨损系数、摩擦系数。（2）结合实验数据,采用有限元与Archard理论相结合的方式对TC4磨损量进行三维球-盘磨损仿真,将有限元结果与实验进行比较,以提高准确性为目标优化磨损模型的预测能力。（3）考虑实际花键副的运行工况,建立花键副的三维接触计算模型,采用纯弹性理论获得扭矩、不对中对Mises应力分布的影响,分析实际花键特定位置的应力状态与滑移距离。（4）结合花键副的接触计算模型和基于Archard磨损公式的表面磨损模型,研究不同条件下花键副接触特性与齿面磨损之间的相互作用,找到沿齿面的磨损分布,确定磨损模型对花键副的适用性。最后设计花键摩擦磨损实验台,为测试不同转速、扭矩条件下花键振动磨损特性提供实验设计方案。研究结果为花键磨损有限元建模提供了理论模型与实验数据,为降低发动机故障及航空花键的抗磨损设计提供了有效手段。
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