第章減速器南通航運課件

1第4章減速器南通航運職業(yè)技術學院2內容§4-1直升機傳動系統(tǒng)§4-2主減速器§4-3扭矩測量系統(tǒng)§4-5傳遞系統(tǒng)監(jiān)控§4-4自由輪、離合器和旋翼剎車南通航運職業(yè)技術學院34-1直升機傳動系統(tǒng)

現(xiàn)在的直升機通常采用燃氣渦輪軸發(fā)動機提供所需功率，用于驅動主旋翼、尾旋翼和其他功能附件，包括液壓泵、發(fā)電機、滑油泵及冷卻系統(tǒng)等。不同的直升機類型和設計思想，決定了其傳動系統(tǒng)組成部件的不同。4.1.1傳動系統(tǒng)的布局與類型南通航運職業(yè)技術學院41.單主旋翼傳動

現(xiàn)代直升機的傳動系統(tǒng)是一個由各附件組成的傳遞機械能的整體（見圖），一般包括以下主要部件以及傳動軸和聯(lián)軸節(jié)等部件：4-1直升機傳動系統(tǒng)單發(fā)直升機傳動系統(tǒng)構造圖南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院5

2．多旋翼直升機共軸直升機具有兩個反向旋轉的主旋翼，這樣旋翼旋轉產(chǎn)生的反扭矩相互抵消，從而取消了尾槳設計。由于共軸直升機具有兩個主旋翼，機械部件的功率需求小于傳統(tǒng)單旋翼直升機，因此，減小了旋翼槳葉尺寸，但其缺點是槳轂和操縱的設計復雜且重量大。并列式雙主旋翼設計布局的直升機在飛行狀態(tài)下減少了功率需求，但其存在較大的機身牽引阻力、較大的結構重量、驅動齒輪和傳動軸結構復雜、傳動系統(tǒng)操縱困難等缺點。內部嚙合式的旋翼設計雖簡化了傳動系統(tǒng)，但卻損失了升力效率（簡稱升效）。縱列式雙旋翼設計布局的直升機具有較小的牽引阻力、較大的重心范圍和商載分配合理等優(yōu)點。但由于其后部旋翼受到前部旋翼渦流氣流的影響，損失了部分升效，所以通過升高后部旋翼位置的改進辦法來減少其升效的損失。另外，復雜的傳動結構和重量大、操縱困難也是需要進一步解決的問題。4-1直升機傳動系統(tǒng)南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院6§4-2主減速器4.2.1主減速器的功能1．主減速器齒輪箱的安裝位置和構造

主減速器齒輪箱通常位于駕駛艙/客艙結構的上部，與發(fā)動機一起安裝于傳動系統(tǒng)整流罩內。主減速器主要由機匣和齒輪傳動機構組成。機匣通常由鎂合金鑄造，并經(jīng)機械加工而成。齒輪傳動機構是由多個合金鋼材料的齒輪和傳動軸組成的，它們按一定順序，由滾珠軸承、滾棒軸承、錐形軸承和扁平軸承等組合形成一個傳動齒輪系。機匣下部通常制成一個槽底，作為潤滑系統(tǒng)的滑油集油池。槽底可以安裝于直升機機身固定座上，直接或通過支撐管件、桁梁、固定框架等將主減速器固定安裝在機身之上。南通航運職業(yè)技術學院74-2主減速器4.2.1主減速器的功能（1）安裝、驅動主槳轂和槳葉（2）減小發(fā)動機轉速和改變傳動角度（3）提供發(fā)動機的安裝支點（4）安裝旋翼剎車附件（5）驅動尾傳動軸和尾旋翼（6）驅動主減速器附件齒輪箱（7）安裝飛行控制部件（8）安裝自由輪組件（9）接收多臺發(fā)動機的輸入，實現(xiàn)統(tǒng)一的輸出8

主減速器通常是由若干個結構機匣組成，用于支撐和安裝減速齒輪及軸系。某些直升機的主減速器則采用模塊化的結構設計，便于拆裝維護。除生產(chǎn)廠家技術資料中提及的用于檢查維護目的的獨立模塊外，主減速器機匣是不允許被分解的。4.2.2主減速器結構4-2主減速器南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院9南通航運職業(yè)技術學院104-2主減速器

l.主減速器潤滑系統(tǒng)

由于主減速器的尺寸體積遠遠大于中間減速器和尾減速器，需要進行潤滑的部件也遠遠多于中間減速器和尾減速器，這就要求主減速器具備獨立的潤滑系統(tǒng)。中間減速器和尾減速器采用的浸在滑油中的方法則不能滿足主減速器潤滑要求?；停阂皇菨櫥?，二是帶走熱量(降溫作用)。主減速器潤滑系統(tǒng)通常包括以下主要部件：①滑油泵、釋壓活門、滑油濾、溫度調節(jié)活門、冷卻裝置——熱交換器；②冷卻風扇、滑油壓力和溫度傳感器、滑油管路和噴嘴、磁金屬屑傳感器。4.2.3潤滑系統(tǒng)南通航運職業(yè)技術學院112．壓力供油儲藏于主減速器集油槽底部的滑油，通過滑油泵、滑油濾、溫度調節(jié)活門，在滑油泵提供的壓力下噴濺到軸承和齒輪進行潤滑。

3．回油流過齒輪、軸承的滑油，在重力的作用下流回到集油槽中，重新吸人滑油泵，循環(huán)潤滑。4-2主減速器南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院124．滑油濾

4-2主減速器南通航運職業(yè)技術學院由于齒輪和軸承的旋轉摩擦，產(chǎn)生少量污垢和細小金屬粉末等雜質是經(jīng)常發(fā)生的。這些雜質不僅影響機械效率，嚴重的還會導致傳動機構部件的損壞?；蜑V用于濾除系統(tǒng)滑油中的雜質，它的過濾元件一般采用金屬絲濾網(wǎng)或紙濾。另外，考慮到油濾堵塞的可能性，油濾內部還裝有旁通活門，以便在發(fā)生堵塞時，使?jié)櫥徒?jīng)旁通活門直接流往系統(tǒng)的潤滑油路，保證主減速器始終處于潤滑狀態(tài)。滑油濾一般安裝在冷卻裝置的前部，其過濾能力表示為Um。南通航運職業(yè)技術學院135．滑油泵

滑油泵位于主減速器底部集油槽的最低位，以便能最大量地吸人滑油。根據(jù)潤滑系統(tǒng)的特點，滑油泵多采用直齒輪泵和偏心齒輪泵。

6．溫度調節(jié)活門溫度調節(jié)活門一般位于滑油濾的下游。用于在滑油溫度較低時旁通滑油冷卻裝置——熱交換器

4-2主減速器南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院14

7．滑油冷卻裝置滑油冷卻裝置由冷卻風扇、熱交換器、支架和一些排風管組成。冷卻風扇直接將冷空氣吹在熱交換器上，并通過熱交換器后部的排風管，將經(jīng)過熱量交換的熱空氣直接排到機身外面。熱交換器由許多包裹散熱片的細小管路組成，以增大迎風面積，提高熱量交換效率8．壓力控制由于滑油壓力過高會影響潤滑效率并導致潤滑系統(tǒng)和管路的故障，因此使用釋壓活門來達到控制滑油系統(tǒng)壓力的作用。4-2主減速器南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院159．系統(tǒng)狀態(tài)指示為了讓機組人員和飛機維護人員及時了解潤滑系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及早判斷可能發(fā)生的故障，滑油指示系統(tǒng)包括：①滑油低壓開關；②滑油溫度傳感器；③磁性堵塞（金屬屑探測器）。4-2主減速器南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院161．滑油壓力警告燈（主減速器潤滑失效）；2．壓力開關；3．主潤滑系統(tǒng)擴散管；4．應急系統(tǒng)壓力指示器；5．主系統(tǒng)壓力指示器；6．冷卻系統(tǒng)故障指示燈；7．壓力開關；8．壓力傳感器；9．油濾旁通活門（8bar）；10．單向活門；11．滑油濾（60μ）；12．壓力傳感器；13．（滑油/空氣）熱交換器；14．冷卻風扇（主減速器驅動）；15．釋壓活門（10bar）；16．主滑油泵（流量：7200L/h）；17．油面觀察窗；18．應急滑油泵（流量：7200L/h）；19．釋壓活門（3．6bar）；20．分配活門（3bar<戶<5bar）；21．金屬屑指示燈；22．3——位置開關：23．金屬屑探測/記錄器和消除裝置；24．磁金屬屑探測器（自密封，可以用作放泄滑油）；25．雙金屬片熱接觸開關；26．變阻式溫度傳感器；27．滑油溫度指示器；28．滑油溫度警告燈：A.旋翼軸固定軸承；B．前部減速齒輪；C．附件驅動；*——低溫旁通。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院17

主減速器的維護項目通常包括部件清潔、加注滑油、滑油液面觀察、更換滑油、沖洗、部件拆裝、調節(jié)/測試、污染物監(jiān)控、腐蝕保護、適用性檢查等。4.2.4維護4-2主減速器南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.3扭矩測量系統(tǒng)18

絕大多數(shù)的現(xiàn)代直升機都設計安裝有扭矩測量系統(tǒng)，用于測量發(fā)動機輸出到傳動系統(tǒng)軸馬力。通常情況下，扭矩表采用百分比的表示方式，其總扭矩值為100%。扭矩表的作用為：（1）雙發(fā)動機的直升機，扭矩表的測量機械通常安裝在主減速器的輸入端，飛行員司通過觀察扭矩表來實現(xiàn)平均分配扭矩輸人。（2）扭矩表為雙指針儀表，指示主減速器的輸入功率。扭矩測量系統(tǒng)類型分為油壓式扭矩測量系統(tǒng)、霍耳效應傳感器扭矩系統(tǒng)、變形測量儀電子扭矩系統(tǒng)和光電扭矩測量系統(tǒng)。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.4自由輪、離合器和旋翼剎車19

自由輪組件的主要設計目的是當主旋翼的轉速大于發(fā)動機的轉速時，主旋翼槳葉不會在發(fā)動機輸出軸上產(chǎn)生反向的扭矩傳遞。這種現(xiàn)象可能發(fā)生在飛行過程中單發(fā)故障關車或直升機自轉著陸時。另外，自由輪組件還可以用于主旋翼不轉動的情況下啟動其中的一臺發(fā)動機以驅動附件工作或完成某些特殊的測試。自由輪組件有兩種主要類型，即滾棒型和制動輪型。4.4.1自由輪組件南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.4自由輪、離合器和旋翼剎車20l.滾棒式自由輪組件滾棒式自由輪組件由內環(huán)、外環(huán)和中間滾棒軸承組構成。內環(huán)與發(fā)動機輸出軸以花鍵連接，在發(fā)動機的驅動下轉動。內環(huán)上安裝有一個凸輪環(huán)，支持著中間滾棒軸承。外環(huán)連接旋翼的驅動齒輪

2．制動輪式自由輪組件制動輪式自由輪組件的軸承為“8”字形設計，其排列方式與滾棒軸承相似。制動輪軸承的垂直高度略微大于外環(huán)內直徑與內環(huán)外直徑的間距，在彈簧力的作用下，固定在一個由兩部分組成的支架內，并嚙合內、外軸承圈。在這種嚙合的狀態(tài)下，制動輪軸承保持著一個小角度的傾斜南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院21南通航運職業(yè)技術學院4.4自由輪、離合器和旋翼剎車22

離合器通常安裝在以活塞式發(fā)動機或渦輪軸發(fā)動機為動力的直升機上，其目的是為了改善發(fā)動機的啟動性能，使發(fā)動機啟動后能可靠地將發(fā)動機功率傳給旋翼和尾槳，并減少發(fā)動機的啟動負荷。離合器主要包括兩大類：機械式離合器、液壓—機械式離合器。離合器的選擇取決于直升機的類型。通常情況下，小型直升機選用機械式的離合器，而中、大型直升機選用液壓—機械式離合器，這是因為中大型直升機慣性負載較大，嚙合的光滑程度也要求很高。4.4.2離合器南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.4自由輪、離合器和旋翼剎車231.機械式離合器

機械式離合器由主動驅動盤、驅動鼓輪和離心飛重組成。主動驅動盤連接發(fā)動機驅動軸輸出端，上面安裝有離心飛重，離心飛重在彈簧的作用下始終保持“離”位，驅動鼓輪則與傳動系統(tǒng)連接。當發(fā)動機啟動保持低轉速時，主動驅動盤帶動離心飛重一起在驅動鼓輪內轉動，此時扭矩得不到傳遞。隨著發(fā)動機轉速的升高，離心飛重在離心力的作用下克服反向的彈簧力，逐漸向驅動鼓輪滑動。當發(fā)動機轉速達到一定值時，離心飛重與驅動鼓輪的內壁緊密貼合，這樣發(fā)動機的輸出和傳動系統(tǒng)的輸人實際連接在一起，扭矩得到了傳遞。在整個接合過程中，當發(fā)動機轉速略微大于旋翼轉速時，離心飛重和驅動鼓輪光滑的接觸面相對滑動，在幾秒的時間內平穩(wěn)過渡到緊密貼合；當發(fā)動機轉速減小時，離心飛重的慣性離心力也隨之減小，在彈簧力的作用下，離心飛重向中心移動，脫離驅動鼓輪，發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的扭矩傳遞終止。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.4自由輪、離合器和旋翼剎車24南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.4自由輪、離合器和旋翼剎車252．液壓—機械式離合器

液壓—機械式離合器自帶——套液壓系統(tǒng)，用來產(chǎn)生操縱離合裝置的原動力。這樣就可以保證在較大的慣性力下能夠產(chǎn)生更加平穩(wěn)的離合，以提高部件的耐用性和可靠性。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院離合4.4自由輪、離合器和旋翼剎車26

旋翼剎車通常用在發(fā)動機關車后盡快停止旋翼槳葉的轉動或露天停放時保持旋翼靜止。在大風天氣，旋翼剎車的強風剎車功能還可以在發(fā)動機啟動和慢車位時保持旋翼槳葉處于靜止狀態(tài)，以避免陣風造成槳葉直立。這項功能只能應用于裝有自由渦輪軸發(fā)動機的盲升機上。旋翼剎車系統(tǒng)包括液壓剎車和機械剎車兩大類。4.4.3旋翼剎車南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.4自由輪、離合器和旋翼剎車271.液壓剎車系統(tǒng)液壓剎車系統(tǒng)主要由剎車盤、剎車片、活塞、補償桿、回力彈簧和摩擦裝置組成。當在活塞后部的油腔內提供液壓壓力時推動活塞，從而推動剎車片向剎車盤移動。當剎車片與剎車盤密切接觸，剎車功能得以實現(xiàn)。剎車的同時，與活塞連接的補償桿拉動摩擦裝置一起移動，并壓縮回力彈簧；當松開剎車時，液壓油回流到液壓油箱，在回力彈簧的作用下，活塞、剎車片反向移動，與剎車盤脫離。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.4自由輪、離合器和旋翼剎車28南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院292．機械剎車系統(tǒng)機械剎車系統(tǒng)由連接在傳動軸上的剎車鼓輪、剎車操縱桿和剎車墊組成。剎車墊包圍著剎車鼓輪，并連接剎車操縱桿。剎車操縱桿固定在附近的結構上，由一個中心樞軸與剎車鼓輪連接。剎車鼓輪極大地增大了摩擦面積，從而提高了剎車效率。當進行剎車操作時，飛行員拉動剎車操縱桿，剎車墊繞著中心樞軸轉動，拉緊剎車鼓輪，在鼓輪和剎車墊的摩擦作用下完成剎車

4.4自由輪、離合器和旋翼剎車南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院304.4自由輪、離合器和旋翼剎車南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院313．旋翼剎車系統(tǒng)的維護（1）剎車盤的表面檢查（2）剎車間隙檢查（3）剎車系統(tǒng)排氣4.4自由輪、離合器和旋翼剎車南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院32

發(fā)動機功率輸出軸通過一根或幾根中空的軸連接至驅動旋翼的主減速器齒輪箱。各傳動軸之間靠軸承連接并固定安裝在機身結構的加強部位。傳動軸與傳動軸、傳動軸與齒輪箱的連接通常包括以下幾種方式：（1）柔性連接。這種連接方式允許連接部件發(fā)生輕微變形，這種變形不僅不會造成傳動部件的損壞，還可以吸收因扭矩變化而產(chǎn)生的振動。（2）花鍵連接。這種硬連接方式不允許連接部件發(fā)生變形，但便于驅動軸或其他部件的拆裝。4.4.4傳動軸及傳動軸連接4.4自由輪、離合器和旋翼剎車南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院33

根據(jù)直升機不同的設計需要，傳動軸通常被分為：（1）主傳動軸。用于連接發(fā)動機、復合齒輪箱到主減速器齒輪箱。（2）中間傳動軸。用于連接主減速器和中間減速器。（3）尾傳動軸。用于連接中間減速器和尾減速器。4.4自由輪、離合器和旋翼剎車南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院34

不同的直升機，其傳動軸的配置和安裝區(qū)域也將有所不同。傳動軸的連接方式有以下幾種：（1）膨脹連接（2）法蘭盤連接（3）花鍵連接（4）萬向連接（5）傳動軸支撐軸承、軸承套、軸承座和托架（6）柔性連接4.4自由輪、離合器和旋翼剎車南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.5傳動系統(tǒng)監(jiān)控35

直升機傳動系統(tǒng)是一個復雜的綜合系統(tǒng)，它包括數(shù)百個獨立的部件。當其中的一個部件發(fā)生故障或者損壞時，極有可能危及直升機、機組和乘客的人身安全。為此，對傳動系統(tǒng)的全面健康監(jiān)控，及早地發(fā)現(xiàn)潛在故障就顯得尤為重要。傳動系統(tǒng)健康監(jiān)控的方法通常包括以下幾種：磁性金屬屑探測器、油濾的污染監(jiān)控、滑油光譜分析法、振動水平的監(jiān)測、健康和使用監(jiān)控系統(tǒng)（1HUMS）。為了提供一套多層次的、更可靠的健康監(jiān)控體系，傳動系統(tǒng)通常采用幾種方法同時進行檢測，極大地提高了系統(tǒng)的安全性和維護的可靠性。4.5.1傳動系統(tǒng)健康監(jiān)控南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.5傳動系統(tǒng)監(jiān)控361.磁性金屬屑探測器磁性金屬屑探測器的原始模型被稱為“磁堵”。其磁性桿可以用來吸引懸浮在減速器和發(fā)動機滑油內細小的金屬粉末。磁堵與其底座通常采用快卸的安裝方式，這樣便于日常的檢查和加快拆卸速度，以防止拆卸過程中漏油。磁性桿上有兩條環(huán)行的凹槽，用來安裝密封用的“O”形圈。為了方便拆裝時的用力，磁堵頭使用滾花旋鈕，并設計了3個突點，當磁堵被正確的安裝到底座上時，磁堵上的突點與底座上的突點成一直線，這種糾錯設計極大地減少了因磁堵安裝不當而導致的滑油泄漏。磁堵底座通常采用一個自封活門，以保證在拆卸檢查磁堵時不會漏油。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.5傳動系統(tǒng)監(jiān)控37

2．油濾的污染監(jiān)控油濾通常用于主減速器、組合傳動齒輪箱等較復雜的大部件的滑油過濾，這些部件的滑油冷卻系統(tǒng)通常以油泵供油而非噴濺供油。油濾過濾掉一定尺寸的金屬粉末和殘渣，尺寸取決于油濾的過濾能力。過濾能力通常以微米或零點幾微米來計算。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.5傳動系統(tǒng)監(jiān)控38

3．滑油光譜分析法（SOAP）

除了磁性堵塞和油濾上的一些顆粒之外，更加微小的金屬或非金屬的粉末通常懸浮在滑油中，這些微粒需要采用專門的技術手段才能探測到?；偷墓庾V分析方法是一種定期的檢查項目，可以進一步了解機械部件的磨損位置、材料和程度。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.5傳動系統(tǒng)監(jiān)控394．振動水平的監(jiān)測直升機的振動水平檢測能較早地發(fā)現(xiàn)傳動系統(tǒng)部件的潛在故障和問題，便于在發(fā)生嚴重故障和問題之前，給予及時的糾正處理。振動水平的監(jiān)測應遵守維護手冊的時間間隔要求及時進行，或者在更換大部件后和幫助故障診斷時進行。直升機可以使用的振動分析與檢測設備有很多，它們都是通過預先安裝在指定位置的加速度計來獲取振動數(shù)據(jù)。其中一些加速度計通過對振動頻率的掃描、調諧得到一個固有的振動頻率。通過振動檢測設備，我們可以得到振動的速率和頻率，按照維護手冊的標準，就可以判斷出振動水平是否在容許的誤差范圍之內。南通航運職業(yè)技術學院南通航運職業(yè)技術學院4.5.2直升機健康和使用監(jiān)控系統(tǒng)40

直升機使用的健康和使用監(jiān)控系統(tǒng)包括飛行數(shù)據(jù)和艙音記錄儀（CVR/FDR）或健康和使用監(jiān)控系統(tǒng)（IHUMS）。1.飛行數(shù)據(jù)和艙音記錄儀（CVR/FDR）

對于只安裝CVR/FDR的直升機，一般要求：①在低于7000kg起飛重量的直升機上必須安裝至少15個參數(shù)的CVR/FDR；②在高于7000kS起飛重量的直升機上必須安裝33個參數(shù)的CVR/FDR。飛行數(shù)據(jù)采集與處理組件（DAPU）將采集的飛行數(shù)據(jù)和艙音記錄保存在一個獨立的存儲單元。其中，飛行參數(shù)需要保留至少8個飛行小時的數(shù)據(jù)和3個各一