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某型直升机主减速器分扭传动轴系热分析研究.docx


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摘要:
本文针对某型直升机主减速器分扭传动轴系进行了热分析研究。通过建立传动轴系的热模型,计算了传动轴系各部分的热力学参数,并采用有限元方法对轴系的热变形情况进行了分析。研究结果表明,在正常工作条件下,传动轴系受热较为均匀,最大温度处于轴系中心部位附近。在考虑热影响下,轴系的热变形可导致轴系固有频率的改变及传动误差的增加,应引起重视。
关键词:直升机,主减速器,传动轴系,热分析,热变形

某型直升机主减速器分扭传动轴系是航空传动系统的重要组成部分,其受热情况对航空器的安全性和性能有着重要的影响。因此,对传动轴系的热分析和热变形情况进行研究具有重要的意义。

传动轴系的热模型是进行热分析的基础。传动轴系主要由动力输入轴、输出轴、中间支撑轴等部分组成,其中动力输入轴为热源。传动轴系热模型如图1所示。
图1 传动轴系热模型
为了方便计算,假设传动轴系具有旋转对称性,以输入轴为中心建立极坐标系。传动轴系各部分的热力学参数包括材料热导率、比热容、密度、传热系数等,可以通过实验或文献资料获得。

利用传热学原理和传动轴系的热模型,可以计算出轴系各部分的温度分布情况。假设轴系处于稳态工作状态,则轴系各部分温度的计算可以用下式表示:
(1)
其中,在轴系中第i个部分内,有一定长度的细小元件组成,每个元件的体积为,比热容 为,热导率 为,表面积 为,传热系数 为。温度场可以用离散点来表示,每个离散点的温度可以通过求解不同元件之间的热平衡得到。

传动轴系在受热的作用下会发生热变形,影响其几何形状和机械性能。利用有限元方法,可以分析传动轴系在热影响下的变形情况。假设传动轴系在热传递过程中保持刚体运动和自由变形,在此基础上建立有限元模型。轴系的热荷载可以通过有限元软件中的热荷载模块进行定义。
热变形分析的主要目的是求出轴系在受热作用下的变形情况,从而得到各部分的应变和相应的应力。由于传动轴系具有轴对称性,因此可以采用轴对称版单元进行分析。如图2所示,采用8节圆柱形轴段和支撑环构成的有限元模型,其中输入端和输出端各建立一个支撑环,以保证稳定性。
图2 传动轴系热变形有限元模型

利用上述热分析和热变形分析方法,对传动轴系进行了数值计算和分析。计算条件为轴系工作在额定负载下,转速为8000rpm。计算结果如图3所示。
图3 传动轴系温度和热变形云图
从图3中可以看出,在正常工作条件下,传动轴系受热较为均匀,最大温度出现在输入轴附近。热变形主要表现为径向膨胀和轴向伸长。热变形可导致轴系固有频率的改变及传动误差的增加,应引起重视。

本文针对某型直升机主减速器分扭传动轴系进行了热分析研究。通过建立传动轴系的热模型,计算了传动轴系各部分的热力学参数,并采用有限元方法对轴系的热变形情况进行了分析。研究结果表明,在正常工作条件下,传动轴系受热较为均匀,最大温度出现在轴系中心部位。在考虑热影响下,轴系的热变形可导致轴系固有频率的改变及传动误差的增加,应引起重视。这些结果对直升机主减速器分扭传动轴系的热设计和性能优化具有一定的参考价值。

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  • 时间2025-02-08