(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211219727.X (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 中国航发哈尔滨东 安发动机有限公 司 地址 150066 黑龙江省哈尔滨市平房区保 国大街51号 (72)发明人 欧阳可平　王伟斌　付思远　许鹏　 那国雨　祝国洋　牛凤茹　邵奇　 (74)专利代理 机构 中国航空专利中心 1 1008 专利代理师 秦媛媛 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方 法 (57)摘要 本发明属于直升机传动轴设计技术领域， 公 开了一种高转速大功率挠性膜片联轴节强度设 计方法， 通过膜片材料选择， 建立力学分析模型， 给出扭矩应力、 离心 应力、 轴向位移弯曲应力、 角 向位移弯曲应力计算方法， 采用古德曼曲线进行 应力折算， 评估出膜片联轴节安全系数。 突破了 传统依据测绘件进行类比分析方法的局限性， 形 成了一套直升机传动轴高转速、 大功率挠性膜片 联轴节强度设计方法， 对推动国内直升机传动系 统快速发展意 义重大。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 115544685 A 2022.12.30 CN 115544685 A 1.高转速大功率 挠性膜片联轴节强度设计方法， 其特 征在于， 所述方法包括： S1， 依据直升 机传动轴工作转速、 功率、 瞬态偏角要求， 选取膜片联轴节材 料； S2， 将膜片联轴节模型简化， 建立力学分析模型； S3， 确定膜片联轴节初始几何参数， 根据简化后的膜片联轴节模型计算膜片联轴节扭 矩应力； S4， 若膜片联轴节扭矩应力的安全系数满足要求， 则进行下一步， 否则返回S3修改膜片 联轴节几何参数； S5， 计算膜片联轴节离心应力； S6， 若膜片联轴节离心应力的安全系数满足要求， 则进行下一步， 否则返回S3修改膜片 联轴节几何参数； S7， 计算膜片联轴节轴向位移 弯曲应力； S8， 若膜片联轴节轴向位移弯曲应力的安全系数满足要求， 则进行下一步， 否则返回S3 修改膜片联轴节几何参数； S9， 计算膜片联轴节角向位移 弯曲应力； S10， 若膜片联轴节角向位移弯曲应力的安全系数满足要求， 则进行下一步， 否则返回 S3修改膜片联轴节几何参数； S11， 按修正的古德曼图对载荷进行折 算， 确定膜片联轴节疲劳安全系数； S12， 若疲劳安全系数满足要求， 则得到最终的膜片联轴节几何参数， 否则返回S3修改 膜片联轴节几何参数。 2.根据权利要求1所述的高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法， 其特征在于， S2 具体为： 将膜片联轴节分为依次编号的6组幅片组， 简化模型中幅片的宽度为实 际模型中膜片 环边的最小径向宽度b， 长度为实际模型中相邻两螺栓孔中心距离L， 其中， 1、 3、 5为主动 拉 力幅片组， 2、 4、 6为被动受压幅片组， 主动 拉力幅片组工作时， 在角向位移、 扭矩的作用下， 受到的都是拉应力， 而被动幅片组工作时， 扭矩产生的应力为压应力， 所以被动幅片应力水 平低于拉力幅片应力水平， 强度计算时只对主动幅片受力进行计算。 3.根据权利要求2所述的高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法， 其特征在于， S3， 计算膜片联轴节扭矩应力， 具体为： 每片幅片所受的扭矩力的大小Ft为： 式中， T为膜片承受的扭矩， Ft为每片幅片所受的扭矩力， d为螺栓分布圆直径， nJ为螺栓 数量， nm为膜片层数； 每片幅片所受的拉力F1为： 每片幅片的应力σt为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115544685 A 2式中， F1为扭矩引起每片幅片上的应力， δ为膜片厚度， b为膜片最小宽度， 膜片联轴节扭 矩应力的安全系数按照下列公式计算： S＝σ0.2/σt 式中， σ0.2为膜片材 料屈服极限。 4.根据权利要求3所述的高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法， 其特征在于， S5 具体为： 膜片联轴节每片幅片所受的离心力FL： 式中， FL为每片幅片所受的离心力， FW1为由固定连接件质量产生的离心力， FW2为由膜片 连接轴产生的离心力。 5.根据权利要求4所述的高转速大功率挠性膜片联轴节强度设计方法， 其特征在于， 每 片幅片所受的离心力 式中， mJ为固定连接件质量； N 为轴的转速； 膜片产生的离心力Fw2的计算过程如下： 体积为t.dx.dy的膜片微元上作用的离心力dc ＝ρ ω2r·t·dx·dy； 式中： ρ 为膜片材料密度， ω为联轴 节角速度， r为微元中心与旋转中心距离， dc向Y轴投 影得dFy＝ρ ω2·r·t·Cosβ dx·dy； 所以离心力 式中： Φ1(x)、 Φ2(x)分别为膜片两条侧边的曲线方程， Φ1(x)＝L ′ ‑b/2,Φ2(x)＝L′+ b/2， Cosβ ＝y/r， L ′＝R×Cos( π/nJ)， R＝L/2/Sin( π/nJ) 其中， b为膜片最小宽度， β 为膜片微元上作用的离心力dc与Y方向的夹角， L ′为微元中 心到旋转中心的垂直距离， y为膜片质心到旋转中心的垂直距离， R为螺栓孔中心与旋转中 心距离， L为两相邻螺 栓孔中心 距离； 根据以上公式及边界条件解得 Fw2为： Fw2＝nmρ ω2δ·ctg( π/nJ)·L2·b/2 所以解得离心力为： FL＝mJ( π N/30)2d/[4×nm×Sin( π/nJ)]+ρ ω2δ·ctg( π/nJ)·L2·b/4 离心应力σN公式为： σN＝FL/A＝FL/( δ·b)权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115544685 A 3