Модель шлицевого соединения для задач роторной динамики газотурбинных двигателей
Авторы: Николаев И.В., Леонтьев М.К., Попов В.В.
Опубликовано в выпуске: #9(141)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-9-2306
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Эвольвентные шлицевые соединения широко используются в роторах авиационных газотурбинных двигателей. В задачах роторной динамики они обычно моделируются связью, соединяющей валы. Жесткостные характеристики такой связи зависят от многих факторов: действующих сил со стороны соединяемых валов, приводящих к перекосам валов в шлицевом соединении, от крутящего момента, передаваемого шлицами, зазоров между шлицами, от сил трения в контактных парах. Учет всех указанных факторов достаточно трудоемок даже в конечно-элементной постановке. Помимо этого, шлицевое соединение представляет собой нелинейный элемент, характеристики которого зависят от режимов работы двигателя. В статье представлена аналитическая модель, позволяющая учитывать все действующие факторы шлицевого соединения. Проведена верификация модели на основе использования конечно-элементных расчетов.
Литература
[1] Dupertuis C., Ligier J.-L. Contact pressure in misalignment spline couplings. Mechanics & Industry, 2020, vol. 21, art. no. 510, pp. 1–12.
[2] Xiangzhen Xue, Qixin Huo, Jian Liu, Jipeng Jia. Nonlinear dynamic load analysis of aviation spline coupling with mass eccentricity and misalignment. Advances in Mechanical Engineering, 2021, vol. 13 (2), pp. 1–19.
[3] Hong J., Talbot D., Kahraman A. A stiffness formulation for spline joints. Journal of Mechanical Design, April 2016, vol. 138, art. no. 043301 (pp. 1–8).
[4] Yunbo Hu, Huibin Wang, Yuanqiang Tan, Likuan Jiang, Shengqiang Jiang. Study on the meshing force of misaligned gear coupling. In: International Forum on Mechanical, Control and Automation (IFMCA 2016). Advances in Engineering Research, vol. 113. Atlantis Press, 2017. URL: https://www.atlantis-press.com/proceedings/ifmca-16/25871874
[5] Cura F., Mura A. Analysis of a load application point in spline coupling teeth. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 2014, vol. 15 (4), pp. 302–308.
[6] Cura F., Mura A. Experimental and theoretical investigation about reaction moments in misaligned splined couplings. Mechanical Systems and Signal Processing, 2014, vol. 45, pp. 504–512.
[7] Мусалимов В.М., Сергушин П.А. Аналитическая механика. Уравнение Лагранжа второго рода. Свободные колебания. Санкт-Петербург, СПбГУ ИТМО, 2007, с. 53.
[8] Попов В.В., Сорокин Ф.Д., Иванников В.В. Конечный элемент гибкого стержня с раздельным хранением накопленных и дополнительных поворотов для задач нелинейной динамики конструкций летательных аппаратов. Труды МАИ, 2018, № 99. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=91790
[9] Попов В.В., Сорокин Ф.Д., Иванников В.В., Дегтярёв С.А. Разработка пространственной модели зубчатой передачи с раздельным хранением накопленных и дополнительных поворотов для решения нелинейных задач динамики авиационных трансмиссий. Труды МАИ, 2020, № 112. DOI: 10.34759/trd-2020-112-7
[10] Geradin M., Cardona A. Flexible Multibody Dynamics. John Wiley & Sons, Ltd, 2001, pp. 31–33.
[11] Wan Z., et al. An improved time-varying mesh stiffness algorithm and dynamic modeling of gear-rotor system with tooth root crack. Engineering Failure Analysis, 2014, vol. 42, pp. 157–177.
[12] Karpat F., et al. Effect of rim thickness on tooth root stress and mesh stiffness of internal gears. In: ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Montreal, Canada, 2014, 7 p.
[13] Образцов И.Ф. Строительная механика летательных аппаратов. Москва, Машиностроение, 1986, с. 114–117.
[14] Luciano D.I. Analisi F.E.M. su accoppiamenti scanalati: Tilting Moment e Friction Moment. Politecnico di Torino, 2020.