传动机械组件的疲劳相似性研究
摘要
万向联轴器由于其工作性能与稳定性出众，航空航天领域己经将万向联轴器作为重
要的传动机械组件，例如飞行器转向、机翼襟翼控制、燃油驱动、门机构等。而对于大
型传动机的组件，必然面临着组件的重量较大、操作性不太灵敏等问题，在进行疲劳强
度实验的过程中，如果发现特定需要改良的位置，则面临着对实验零部件的二次设计的
问题，进而不可避免的产生了时间和人力物力的浪费致使研发成本过高，因此可以依据
一定比例缩小试样，利用小型试样开展试验机的疲劳强度试验，能有效杜绝资源的浪费。
虽然因为小试样结构简单、造价低廉而被广泛应用，但是因为小试样和实际零部件无论
是几何形状、尺寸大小，还是工作条件都有很大的差别，因此无法精确表征实际零部件
的疲劳特性指标，进而会产生较大误差。针对以上问题，本文具体研究工作如下：
(1)以缩比模型相似理论作为研究的基础，对大型传动机械组件的疲劳强度相似性进
行了研究。在机械组件的相似系数的研究过程中，分析了幂指数梯度法、TheCritical
Distance(TCD)理论、应力场强法和高应力体积法四种方法的优劣势，最后使用高应力体
积法和有限元法相结合的方法为本文主要研究方法。
(2)接着本研究结合SOLIDWORKS软件选择多轴多旋翼飞行器传动系统的传动机
械组件进行研究，并建立有限元模型。此后利用ANSYSWorkbench软件对传动机械组
件的原模型和缩比模型进行比对分析，通过其相应的理论公式对缩比模型模拟仿真出的
数据集进行数据拟合，并研究其疲劳强度相似关系以及对产生的误差进行分析。
(3)S-N
最后在缺口系数、尺寸系数、曲线的综合影响下对大型结构件疲劳强度相似
系数进行研究，对疲劳强度相似系数关系式进行推导，此后利用仿真模拟实验中的数据
对疲劳强度相似系数关系式进行验证分析，再利用疲劳强度相似关系对缩比模型的S-N
曲线进行修正，得到缩比模型组件S-N曲线，并利用仿真模拟试验对其进行疲劳寿命计
算分析，同时对疲劳寿命相似系数关系式进行推导，并将推导后的公式与仿真模拟试验
中得到的疲劳寿命数据进行拟合分析，从而验证了疲劳寿命相似系数关系式的准确性。
因此本文建立了弯扭循环下新的疲劳强度相似系数表达式以及疲劳寿命相似系数
表达式，利用其可方便地求得弯扭作用下大型机械组件的疲劳强度，绘制出相应的S-N
曲线，以及预测大型机械组件的疲劳寿命，成为疲劳评估提供重要依据。
关键词：疲劳强度；相似性；有限元；模拟缩比试样
传动机械组件的疲劳相似性研究
Abstract
Becauseofitsexcellentworkingperformanceandstability,universalcouplinghasbeen
regardedasanimportanttransmissionmechanismcomponentinaerospacefield,suchas
aircraftsteering,wingflapcontrol,fueldrive,doormechanismandsoon.Asforthe
componentsoflarge-scaletransmissionmachine,itisboundtofacesomeproblemssuchas
heavyweightandinsensitiveoperability.Intheprocessoffatiguestrengthtest,ifaspecific
positionthatneedsimprovementisfound,itwillfacetheproblemofsecondarydesignof
experimentalparts,whichwillinevitablyleadtoawasteoftime,manpowerandmaterial
resources,resultinginhighresearchanddevelopmentcosts.Therefore,thesamplecanbe
reducedaccordingtoacertainpropo