多支点传动轴的弯曲振动分析与多支点配置研究

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1、多支点传动轴的弯曲振动分析与多支点配置研究研究。ErolH、GurgozeM和DingJ等人，详细研究了弹性传动轴的纵向振动频率和响应，对传动轴系统的主共振也作了相应的阐述；意大利学者Colombo和Giglio基于弹道损伤原理，运用有限元方法，建立了评价直升机尾桨传动轴疲劳数学模[4~7]型，用数值模拟法计算压应力产生的损伤，分析传动轴的疲劳寿命。国外，传动轴动力学的研究在《JournalofSoundandVibration》等杂志上有较多的报导。与直升机传动轴联系紧密的会议是美国直升机学会年会，由美国直升机学会(American

2、HelicopterSociety)举办，至2007年，共举办了63届。我国直升机工业从20世纪50年代初期开始起步，与国外相比，起步较晚，在较长的一段时间内，主要是通过引进国外的机型，经过消化、吸收，并在此基础上，进行创新发展，虽然在一些研究领域落后世界发达国家不少，但是我们的学者和研究人员也在不断的进步，并取得了不少的成果，其中在直升机尾传动系统中多支点细长轴方面的研究，也取得了相应的成果。南京航空航天大学的许兆[8~10]棠、朱如鹏研究了直升机传动细长轴的横向、纵向振动的共振情况，对于直升机的稳定性、安全性的提高也有相应的讨论；

3、中国航空动力机械研究所的梅庆从[11]横向弯曲振动的角度阐述了直升机传动轴系动力学设计的必要性和主要内容，为直升机传动轴系的分析设计打下了基础。国内关于传动轴动力学的研究在《机械科学与技术》等杂志上有较多的报导。与直升机传动轴联系紧密的会议是由中国航空学会机械动力传输专业委员会举办的中国航空学会机械动力传输学术讨论会，至2007年共举办了13届。早期的传动轴动力学模型有不计微段剪切变形的Rayleigh梁—轴模型和计入[38,39][12]微段剪切变形的Timoshenko梁—轴模型这两种线性模型。而后，陈予恕、[13]肖锡武根据传动

4、轴的位移及变形能建立了两支点轴的非线性模型，其动力学方[8~10]程是非线性偏微分方程，是较近出现的传动轴动力学模型。许兆棠、朱如鹏则在非惯性系中建立了倾斜两支点及多支点传动轴的非线性动力学方程，也是最近出现的非线性偏微分方程的动力学模型。在轴的非线性动力学的研究中，通过考虑轴的截面在空间偏转，获得传动轴[12][13]的非线性动力学偏微分方程。陈予恕、肖锡武将轴的横向弯曲振动的位移表示为正弦函数的级数形式，用Galerkin法成功的分离主振型函数，进一步用平均法求解非线性微分运动方程，获得位移解，并可进行分岔、主共振等计算和分析。[

5、8~10]许兆棠、朱如鹏则运用传动轴非线性动力学的多尺度法、奇异性理论、稳定性理论等理论，研究了传动轴非线性振动的主共振、振幅突变、主共振分岔等特性。多支点传动轴弯曲振动的研究方法主要有有限元法、传递矩阵法、奇异函数[14,46,47]Laplace变换法等。Hu、Zorzi等用有限元法对多支点复合材料轴进行了动2南京航空航天大学硕士学位论文[15]力学分析；魏海军用传递矩阵法研究了船舶中无阻尼线性多支点轴的动力学特[16]性；龚道荣用奇异函数Laplace变换法研究了多支承转子系统横向弯曲振动的固[17]有频率和振型函数；吴崇健、陈

6、敏华、Oncescu等人也进行了一些与多支点传动[11]轴动力学相关的研究。梅庆从横向弯曲振动的角度阐述了直升机传动轴系动力学设计的必要性和主要内容，包括轴系的临界转速设计、稳态不平衡响应设计、突加不平衡瞬态响应设计以及相关的振动试验等。中国航空动力机械研究所用有限元法对直升机尾传动系进行过弯曲振动的研究，并在第十二、十三届机械动力传输学术讨论会上进行交流。多支点传动轴是两支点传动轴、中间支点、联轴器组成的串联系统，中间支点作为串联系统的重要组成部分，影响整个传动轴的动力学计算、振动特性及参数化结构设计。在以往的研究中，是将中间支点在

7、整个系统中进行简化计算，没有独立考虑中间支点的属性是如何影响传动轴的动力学特性。目前，关于中间支点的配置，以及将中间支点作为一个设计变量进行多支点传动轴参数化设计的研究还未见报导。理论研究是为工程应用打下坚实的基础，理论研究同工程应用应当相互配合，随着信息技术在各领域的迅速渗透，CAD/CAM/CAE技术在设计、制造中广泛的[18]应用，使计算机辅助技术已经涵盖机械零件分析设计的整个过程。目前，多支点传动轴的动力学理论研究尚不完善，应用计算机软件技术的传动轴分析及设计软件的开发也难以系统和完整。因此，随着多支点传动轴动力学的研究不断进

8、展，必须及时将理论研究成果有效的应用于分析设计，加紧对传动轴分析及设计软件的开发。1.3本文的主要研究内容直升机上，多支点传动轴、尾斜轴、中间减速器、尾减速器等组成尾传动系统。本论文以直升机的尾传动系统为背景，主要进行多