民用直升机干运转传动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种在干运转情况下能够较长时间运行的民用直升机传动系统，包括两级行星齿轮减速器、锥齿轮换向装置、离合器、刹车制动装置和润滑系统。本发明专利技术对行星齿轮系统进行了齿轮参数的优化，包括齿数、变位系数、模数等参数；利用小滑动率曲线对渐开线齿廓进行了修形；设计了辅助润滑系统使系统在干运转下能迅速启动，同时对润滑油的成分和比例进行了优化处理；选用了耐高温耐磨损材料，并选用纳米材料对齿廓表面进行了等离子喷涂处理，提高表面质量；齿轮端面增加耐磨材料和导热材料；结构设计中采用减震设计。本发明专利技术减小了直升机传动系统运转时的发热量，提高了齿面的耐磨和耐热能力，使传动系统在干运转的条件下至少能运行30分钟时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种民用直升机传动系统，特别是一种适用于干运转情况的民用直升 机传动系统。
技术介绍
直升机在飞行过程中由于传动系统受到攻击、泵失效不能供油或者漏油等意外原 因，传动系统将在短时间内处于不能充分润滑或者无润滑油润滑的工作状态，从而传动系 统就会迅速进入干运转状态。齿轮作为传动系统中最重要的核心零件，直接承载着直升机 旋翼动力的输入与输出的作用，工况条件也是传动系统中最苛刻的，是传动系统中的易损 部件，有必要针对其开展干运转相关研究。由于温度急剧升高，齿轮材料的综合性能就会不 断的下降，可能使齿轮失去工作间隙，引起接触表面的塑性变形、胶合和过度磨损等不良的 后果，从而减速器会在短时间被破坏而停止工作，完全失去传递动力的作用，造成灾难性的 后果。美国NASA和四家直升机公司开展的ART计划将延长干运转时间作为重要计划。国 外发达国家已经掌握了干运转大于30分钟的技术，并且应用到具体机型上了。但对于传动 系统干运转问题，西方发达国家出于对国防方面和国家间利益关系等考虑，历来在对我国 进行严格保密，所以传动系统干运转的相关研究只能靠我们自己来开展研究。我国目前还 不具备干运转达到30分钟的技术要求的直升机系统，实现30分钟的干运转能力迫在眉睫。 目前提高直升机传动系统干运转能力的有效措施主要包括采用应急贫油润滑技术、固体润 滑膜的研究以及采用耐高温材料及耐高温设计这三种技术手段，当然三种技术手段互相结 合或者两两结合到一起效果会更好，每一种解决措施都需要开展相关研究。虽然目前对这 三种技术互相结合有了一定的实际试验，试验结果也有实现30分钟干运转能力的，但是对 进一步的提升还没有更好的方法，没有从减少热源这个根本问题上进行优化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，在现有技术的基础上进行改进，然后再 加入其它方面进行优化设计，从减少摩擦热、改善散热和加强齿轮耐高温、耐磨损三方面进 一步提高干运转的运行时间。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术包括锥齿轮换向传动系统、离合器、刹车制动装置系统、行星齿轮传动系统 和润滑系统。将直升机发动机水平方向的输出运动转化为主旋翼轴垂直方向输出的锥齿轮 换向传动系统采用弧形锥齿轮并经过齿面处理；离合器的作用是当一台或多台发动机发生 故障或停车时，它可使主减速器与发动机自动脱开，而不影响其它发动机、主减速器及传动 系统的正常工作；在地面空转或停车时，在规定的时间内刹车制动装置系统把主旋翼的转 速从全速或某一转速减到静止，使直升机在干运转时能够尽快着陆；行星轮系统主要将发 动机高转速小转矩输出转化为旋翼轴上的低速高转矩输出，采用耐高温耐磨材料，齿轮参 数进行优化处理，齿廓用低滑动率曲线进行修形处理，减少摩擦热的产生，利用等离子喷涂技术将纳米耐磨材料注入齿面，使齿轮具有低发热量和高耐磨性能；优化行星轮系统的布 局和结构，减小系统振动；润滑系统能够起到冷却、散热作用，干运转下主润滑失效时应急 润滑系统可以维持主减速器基本润滑条件，选用合适的基础油和添加剂按一定比例进行配 比，采用附属油箱来收集了一部分润滑油，等到检测到干运转时，这部分收集的润滑油可以 传送到传动系统内部，使其继续保持润滑，增加减速器腔内压力，降低润滑油解吸速度，延 长贫油润滑时间，延缓干运转状态的开始时间。所述的行星齿轮传动模块，主要包括两级行星齿轮传动机构，是直升机主要减速 模块，起到减速和增大转矩的作用，此部分受到的载荷较大，在乏油传动时，齿轮由于在干 摩擦的情况下会产生很大的热量，而散热条件又变差，因此会很快发生胶合失效。根据这 种情况，在满足行星齿轮传动的传动比条件、邻接条件、同心条件、装配条件以及轮齿强度 和啮合质量条件的基础上，考虑到轮齿强度方面的要求而又不增大传动尺寸和重量时，若 承载能力取决于齿面接触强度，则各轮齿数取较多齿数的组合方案；若承载能力取决于齿 根弯曲强度，则各轮齿数取齿数较少的组合方案。高速重载的行星齿轮传动中，为减少运转 过程中的振动和噪声，使传动有良好的工作平稳性，在各对啮合齿轮的齿数之间，应当没有 公约数，即互为质数；中心轮的齿数也不宜为行星轮数目的整数倍。除此之外，采用变位齿 轮传动，采用高度变位可以避免根切、减小机构的尺寸和重量；改善齿轮副的磨损情况，以 及提高其承载能力。采用角度变位可以凑所需要的中心距，避免齿轮根切，减小齿轮机构尺 寸，减小齿面磨损，提高承载能力，还有避免干涉等，根据修形的长度大小，修形段曲线较长 时，为了防止修形对齿根应力的影响，可以采用角度变位齿轮。所述的行星齿轮传动模块，渐开线齿廓的齿轮在齿顶和齿根处的滑动率相对较 大，尤其是齿顶处，磨损较为严重，本专利技术从几何学角度出发，采用等滑动率曲线对齿廓的 齿顶和齿根处进行修形处理，为了使连接处齿轮平缓过渡，利用微分几何知识，通过保证修 形曲线在连接处与原渐开线的曲率相同将渐开线曲线和修形曲线进行拼接，使齿轮传动平 稳可靠。经过处理，修形齿廓的综合曲率半径增大、齿廓摩擦系数减小、油膜厚度增大、应力 减小6%左右。所述的行星齿轮传动模块和锥齿轮换向模块，在干运转条件下，齿轮材料的耐热 耐磨性能越好，齿轮运转时间就越长。28MnCr5钢作为一种高温力学性能良好的材料在齿轮 上已经得到了应用，它具有良好的热塑性温度区，能够使齿轮在高温下稳定运行一段时间。 齿轮齿面性能的好坏直接影响到干运转的运行时间，纳米涂层材料具有良好的力学性能、 隔热性能、抗磨损性能和耐腐蚀性能，本专利技术采用等离子喷涂技术将纳米材料注入到齿面， 提高表面硬度、强度、抗磨损、抗腐蚀、抗氧化及抗疲劳能力，同时降低了摩擦系数。本专利技术 采用MoS2+含钛20%左右的钛类化合物组成复合涂层，MoS2摩擦系数极小(O. 04)，具有较 高的热和化学稳定性，可在较高温度下长期使用，特别是其耐重载性和耐磨寿命明显高于 其它固体润滑剂和氧化膜、金属膜等。该涂层能够使钢表面的摩擦系数降低近30%，磨痕宽 度降低近20%，尤其在重载时，摩擦系数和磨痕宽度下降的更多，还具有延长工件寿命的作 用。所述的行星齿轮传动模块，保证行星轮的正常工作状态，则行星齿轮需要一个与 之端面接触，并与之发生对磨的垫片，只有选择摩擦系数小、高强度、抗氧化、耐高温、耐腐 蚀、磨损量小的材料垫片才能确保行星齿轮长期的正常运转。当行星齿轮工作时，端面和轴发生摩擦，严重时会发生胶合影响到传动系统的工作。所以只有选择摩擦系数小、磨损量小 的材料垫片才能确保行星齿轮长期的正常运转。通过进行端面接触摩擦磨损试验，来确定 摩擦磨损性能好的垫片材料。从运动学和动力学角度对传动系统作优化分析，包括行星齿 轮的均载分析，计算用来解决包含齿轮、轴承、轴、箱体等在内的系统模态振型的计算，建立 包含轴、齿轮的系统完整的耦合动力学模型，考虑模态贡献因子对齿轮传动误差的影响，计 算由于齿轮传动误差激励下的谐态响应，减小系统的振动。所述的润滑系统模块，在干运转下，主润滑系统失效，随着润滑油都被甩掉或者漏 掉之后，缺少了正常的润滑，传动系统内部的热生成率加快，传动系统内部包含大量齿轮和 轴承，产生的热无法通过润滑油的流动而散失，温度会迅速升高。本专利技术采用了应急贫油润 滑技术，采用附属油箱来收集了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种民用直升机干运转传动系统，包括锥齿轮换向传动系统、离合器、刹车制动装置系统、行星齿轮传动模块和润滑系统；其特征在于，所述行星齿轮传动模块采用齿顶齿根修形设计；所述润滑系统采用了应急贫油润滑技术。

【技术特征摘要】
1.一种民用直升机干运转传动系统，包括锥齿轮换向传动系统、离合器、刹车制动装置系统、行星齿轮传动模块和润滑系统；其特征在于，所述行星齿轮传动模块采用齿顶齿根修形设计；所述润滑系统采用了应急贫油润滑技术。2.如权利要求1所述的民用直升机干运转传动系统，其特征在于，对于所述的齿顶齿根修形设计，采用等滑动率曲线对齿廓的齿顶和齿根处进行修形处理，同时保证修形曲线在连接处与原渐开线的曲率相同将渐开线曲线和修形曲线进行拼接，使连接处齿轮平缓过渡。3.如权利要求1所述的民用直升机干运转传动系统，其特征在于，所述的行星齿轮传动模块中的齿轮采用28MnCr5钢；利用等离子喷涂技术将纳米耐磨材料涂覆于所述齿轮齿面。4.如权利要求3所述的民用直升机干运转传动系统，其特征在于，所述纳米耐磨材料由MoS2以及含钛18% 23%钛类化合物组成。5.如权利要求1所述的民用直升机干运转传动系统，其特征在于，所述应急贫油润滑技术，是采用附属油箱来收集部分润滑油，检测到干运转时，这部分收集的润滑油被传送到传动系统内部，使其继续保持润滑，延缓干运转状态的开始时间。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷跃红，孙立剑，黄文俊，吴文敏，焦瑶，徐文超，陆建，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：