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含CAD图纸、说明书 直升飞机 减速器 齿轮 疲劳 试验台 润滑 系统 设计 CAD 图纸 说明书

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全日制普通本科生毕业论文（设计）中 期 检 查 表学院：工学院学生姓名学号年级专业及班级设计制造及其自动化(1)班指导教师姓名指导教师职称论文（设计）题目某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统的设计毕业论文（设计）工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题相关文献的大量搜集与阅读润滑系统的总体方案热量计算部分流量计算喷嘴的布置与设计供油部分具体设计回油冷却部分具体设计论文编写指导教师意见签名：年月日检查小组意见组长签名：年月日注：1.此表可用黑色签字笔填写，也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。全日制普通本科生毕业论文（设计）任务书学生姓名学号年级专业及班级指导教师及职称学院年12 月03日填 写 说 明一、毕业论文（设计）任务书是学校根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式：请在合适的对应选项前的“”内打“”，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。（二）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（三）主要中文参考资料与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（四）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统的设计选题来源结合科研课题 课题名称：生产实际或社会实际 其他 选题性质基础研究 应用研究 其他题目完成形式毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文主要内容和要求基本研究内容有：1.根据某型直升飞机主减速器直齿轮疲劳试验的需求，确定齿轮疲劳试验台润滑系统的设计方案；2.对齿轮疲劳试验台润滑系统进行设计，包括供油部分、喷嘴、回油部分及滑油温度控制部分；3.对润滑系统主要部件，例如电机、滑油泵、测控部分、传感器等进行设计或选型。本课题的要求如下：1.要求设计一个齿轮疲劳试验台润滑系统；2要求试验齿轮润滑为喷油润滑，喷嘴孔径为0.8mm，0.4mm两种，喷油压力从0到1MPa可手动调节，总供油量为12L/min，滑油温度可调。说明：设计工作量应至少完成折合A0号图纸三张和一份12000字以上的设计计算说明书。注：此表如不够填写，可另加附页。主要中文参考资料与外文资料1姬小明.发动机润滑系统设计新方法及其应用D.长春：吉林大学硕士学位论文，20052 许翔，毕小平车用传动装置润滑系统的流动与传热仿真J郑州：机械传动，2006，30(5): 5-83 林基恕.航空发动机设计手册第12册：传动与润滑系统M.北京：航空工业出版社，2002.14 李林蔚，高红霞等.减速器滑油冷却系统的改进设计方法J.北京：航空动力学报，2009，24（4）5 卢元申,刘少军.空间姿态可变的润滑系统流动性能仿真J.北京：微计算机信息,2010,26(12-1):184-1866 David G. Lewicki, John J. Coy. Helicopter Transmission Testing at NASA Lewis Research Center C.NASA technical report 87-C-10.7 Dennis P. Townsend, Lee S. Akin. Gear Lubrication and Cooling Experiment and AnalysisJ. Journal of Mechanical Design, 1981, vol.103, no.4:219-2268 Dennis P. Townsend. Evaluation of the EHL Film Thickness and Extreme Pressure Additives on Gear Surface Fatigue LifeC. NASA technical report ARL-TR-477工作进度安排起止日期主要工作内容2012.11.062012.12.02选题2012.12.032012.12.05接受任务书2012.12.062013.01.13撰写开题报告和开题2013.01.142013.03.29毕业设计2013.03.302013.04.01中期考核2013.04.022013.05.06完善毕业设计与毕业设计总结2013.05.072013.05.10提交正稿与指导老师评阅2013.05.112013.05.26专业委员会评阅，答辩与修改定稿要求完成日期：2012年5 月6 日 指导教师签名： 审查日期：2012 年12月4 日 专业委员会主任签名：批准日期：2012 年12月5 日 学院指导委员会签名（公章）： 接受任务日期：2012年12月5 日 学生本人签名： 注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。全日制普通本科生毕业设计 某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统的设计LUBRICATION SYSTEM DESIGN FOR GEAR FATIGUE TEST BENCH OF A CERTAIN TYPE OF HELICOPTER TRANSMISSION学生姓名：学号：年级专业及班级：指导老师及职称：学院：工学院提交日期：年5月毕业论文（设计）开题报告学生姓名学号年级专业及班级指导教师及职称学院20 年月日毕业论文（设计）题目某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等，不少于1000字）直升机技术的发展是一个及其曲折的历史，比起固定翼式飞机要困难许多，从人类第一台直升机1906年在法国诞生至今已经经历了100多年的历史，但是人类从来没有停止过对这项技术的研究与提高。进入21世纪后，随着科技水平的不断发展，新的开发与研究方式被引入到直升机研究中，比如实验室仿真实验设施以及大量的分析模拟软件。在主减速器的研究中就有大量的研究报告都是通过电脑的模拟分析得出的结果，从而也带动了各种数字化平台的建设与软件开发，为直升机事业注入而来新鲜的血液。同时这些分析结果的得出一方面可以用于对过去数学方法的规律总结进行对比与完善，另一方面也是未来实体试验与开发的重要依据。本项目即是开发实验室模拟试验台以便在已有的理论实验基础上实际操作、对比实验，从而得出科学可靠的结论，推动直升机事业的发展。本论文主要研究某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统，该实验台的主要作用是模仿直升机减速器齿轮箱，从而试验检测减速器齿轮的疲劳强度以及润滑系统的可靠性与合理性。润滑系统的设计主要考虑以下四个关键部分：供油部分、喷嘴部分、回油部分及滑油温度控制部分。主要的工作就是对润滑系统主要部件，例如电机、滑油泵、测控部分、传感器等进行设计或选型。过去的文献中，并没有如本论文要求整体的对直升机主减速器齿轮箱润滑系统的研究，但是在齿轮箱润滑系统的各个部件有一些针对性的研究。首先，从过去的研究经验以及本项目的要求来看，润滑系统的主要功能有两点，一是在齿轮啮合部位产生油膜使两啮合表面分开，从而减少磨损；二是从齿轮啮合部位等发生摩擦的部位带走热量，保证齿轮表面温度不过热而影响正常运行。同时该齿轮箱的润滑采用压力润滑形式，润滑液选择飞马2号。要达到以上两点功能要求，对于第一点，我们选择飞马2号润滑液就可以解决。主要问题在于第二点，总的来说，研究润滑液带走热量的流程在过去的研究基础上可以总结为：计算热量喷嘴布置计算流量供油部分回油冷却系统，5个步骤。在国内外的文献资料中，对每个部分都已经有一些研究成果。热量计算方面，在航空工业出版社出版的航空发动机设计手册减速器（下文称手册）中对减速器散热量有公式化的描述，；（具体参数在正文中解释），由此我们可以计算出齿轮和轴承摩擦产热，从而找到本项目的关键问题所在。流量计算方面，在哈尔滨东安发动机（集团）有限公司的徐海英发表的直升机减速器压力润滑系统设计中，也用到了代数的方法进行整个润滑系统的总流量的计算。在手册中除了有系统总流量的计算外还主要有各个润滑油共给点的流量的具体计算，计算公式都是用代数的方法总结得出，在目前的情况下也只有这个方法是最可行的。在手册中还特别的有喷嘴与节流嘴的流量计算方法，也是喷嘴的选择方案的确定方法。喷嘴布置方面，在手册有专门针对齿轮啮合处以及轴承的润滑方式的举例说明，由于减速器齿轮属于重载高速齿轮，所以润滑方式对润滑和散热都有极大影响，喷嘴的布置形式多种多样。供油部分方面，供油部分的设计在过去的文献中也有比较详细的介绍，比如哈尔滨东安发动机（集团）有限公司的徐海英发表的直升机减速器压力润滑系统设计中就主要研究了润滑系统的供油部分的结构。会有冷却部分，当润滑油完成润滑任务后，就进入回油冷却阶段，在北京航空航天大学航空科学与工程学院李林蔚等学者在2008年发表的某直升机主减速器华油冷却系统设计中提供了一种可行性比较高的设计方法以及设计方案，改进了传统的设计方法，不需要繁琐的代数迭代，而可以直接可以求出需要的进油温度，让减速器的产热与散热相等。本项目也会杰建筑这种新的方案。参考文献：1航空发动机设计手册总编委会航空发动机设计手册第13册：减速器航空工业出版社2 李林蔚、高红霞、余建祖某直升机主减速器滑油冷却系统设计直升机技术2008.43 徐海英直升机减速器压力润滑系统设计中国航空协会第十三届机械力传输学术会议论文集4 姬小明发动机润滑系统设计新方法及其应用吉林大学注：此表如不够填写，可另加页。研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）研究目的：研究某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统，该实验台的主要作用是模仿直升机减速器齿轮箱，从而试验检测减速器齿轮的疲劳强度以及润滑系统的可靠性与合理性。研究内容：对该主减速器齿轮疲劳试验台的润滑系统的设计研究，主要有5点内容：热量的计算；喷嘴的布置；流量的计算；供油部分的设计；回油冷却系统的设计。预期成果：设计出符合该型号直升机主减速器齿轮疲劳试验台正常使用以及极限状态下的使用要求的润滑系统，为将来该直升机主减速器齿轮箱的润滑系统的设计提供可靠依据。条件保障：正常学校条件即可。进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）阶段阶段内容起止时间前期查阅文献，翻译英文文献2.24-3.10中期根据要求完成毕业设计内容3.11-4.22后期整理设计结果及图纸，撰写毕业设计论文4.23-5.31答辩准备准备毕业答辩PPT，准备答辩6.1-6.6答辩参加毕业答辩6月6、7日论证小组意见组长签名：20 年月日专业委员会意见专业委员会主任签名：20 年月日注：1.此表可用黑色签字笔填写，也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。 全日制普通本科生毕业论文（设计）开题论证记录学 院： 工学院 记录人： 学生姓名 学 号 年级专业及班级 指导教师姓名 论文（设计）题目某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统的设计论证小组质疑：1、 润滑系统的作用是什么？2、 研究的大体顺序是什么3、如何保证设计的工作时间？学生回答简要记录：1、润滑系统的主要功能有两点，一是在齿轮啮合部位产生油膜使两啮合表面分开，从而减少磨损；二是从齿轮啮合部位等发生摩擦的部位带走热量，保证齿轮表面温度不过热而影响正常运行。2、主要分5个步骤，按顺序排列下来是：计算热量喷嘴布置计算流量供油部分回油冷却系统3、我现阶段还不需要到公司进行实习，所以我会利用好我现有的时间，高效率地完成，安排好我的每一步所需要的时间。 论证小组成员签名 论证地点： 论证日期： 年 月 日 注：此表可从教务处网站下载中心下载。记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。 目 录 摘要1 关键词2 1 前言21.1论文课题来源31.2论文设计的目的与意义31.2.1设计目的31.2.2设计意义31.3 国内外研究现状31.3.1 国外对齿轮疲劳试验台润滑系统的研究31.3.2 国内对齿轮疲劳试验台润滑系统的研究41.4 本文的主要工作52 直升机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统设计方案52.1 直升机主减速器齿轮疲劳试验台介绍52.2 直升机主减速器齿轮疲劳试验台主要试验62.2.1 轮齿温度测试试验62.2.2 不同条件下齿轮疲劳寿命实验62.3 直升机主减速器试验台润滑系统总设计方案63 润滑系统相关量计算6 3.1 生热计算63.1.1 试验齿轮生热计算7 3.1.2 试验轴承生热计算 103.1.3 系统总生热 143.2 总供油量的计算 143.3 本章小结 154 润滑组件设计计算与选型 154.1 喷嘴的设计计算 154.2 油管的设计计算 174.3 管接头的选择 184.4 滑油泵的选型 194.5 液压阀的选型 214.5.1 减压阀的选型 214.5.2 节流阀的选型 224.5.3 单向阀的选型 234.6 冷却器的选型 234.7 过滤器的选型 254.8 油箱的设计计算 274.9 润滑系统监测附件选型 284.9.1 系统性能参数监测 284.9.2 滑油中碎屑监测 294.10 本章小结295 总结与展望 295.1 全文总结 295.2 工作展望 306 参考文献 30致谢 31附录 32 全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统的设计 摘 要:直升机主减速器是直升机关键的组成部分之一,其作用是将发动机的功率和转速按一定比例传递到旋翼、尾桨和各附件。主减速器中有非常多组齿轮副啮合运转，因此主减速器中的齿轮疲劳寿命以及润滑系统的性能都是决定其稳定性与可靠性的关键因素。设计试验台，并用现场模拟的方法对直升机主减速器进行研究，从而可以进行齿轮疲劳寿命的试验，同时有助于润滑系统的性能测试及设计指导。本论文对于该齿轮疲劳试验台的润滑系统进行设计研究。首先，本文收集了一系列国内外对该类型试验台的研究成果，从中总结出本论文的主要工作。结合齿轮试验台对润滑系统的需求，制定了设计该试验台润滑系统的设计方案。其次，对试验中特定的齿轮副进行了生热量以及需要完成对该齿轮副润滑以及冷却所需要的滑油量的计算，结合试验台要求以及实际情况，对润滑系统的各个部件进行设计计算或选型，包括喷嘴、液压阀、管路、油箱、冷却装置以及检测装置等。关键词：主减速器；压力润滑；生热计算；喷嘴The design of lubrication system for gear fatigue test bench of a certain type of helicopter transmission Abstract: The helicopter transmission is one of the key part of helicopter and the main function of it is to transfer power and speed to rotor, tail and other accessories in a certain percentage. The helicopter transmission contains lots of gear pairs running inside, therefore the fatigue strength of the gears and the lubrication system are key factors of the stability and reliability of it. Design a text bench to imitate the helicopter transmission to do researches so we can text the fatigue strength of the gears and improve the lubrication system. In this paper, the lubrication system of the text bench is studied.Firstly, a large number of research findings, both internal and abroad, are collected and summarized the main work of this paper. Design the scheme of the lubrication system base on the need of the main project.Secondly, the main part of the paper is to calculate the heat and the oil quantity to lubricate and cooling of a specific gear pair in test. Then design the component of the lubrication system, including the spray nozzle, the hydro valves, the hydraulic tubes, the oil tank, the cooler and the detectors, base on the needs and reality.Key words: Transmission; Pressure lubrication; Heat calculation; Spray nozzle1 前言直升机技术的发展是一个及其曲折的历史，比起固定翼式飞机要困难许多，从人类第一台人驾驶直升机1907年在法国飞离地面1 至今已经经历了100多年的历史，但是人类从来没有停止过对这项技术的研究与提高。尤其是在战略角度，武装直升机以其灵活多变的作战功能受到各国军方的高度重视，所以在上个世纪初，也就是直升机刚刚开发出来的时候，各国军方就已经开始研究武装直升机，并且在第一次世界大战中一些强国就开始应用，在“越南战争”中被第一次大规模的使用，成为现代陆军空兵的主要的主战装备2。在直升机技术中，主加速器技术是一个绝对重点，也是技术壁垒非常严重的一个点。主减速器的作用就是连接发动机与主旋翼系统、尾传动系统和附件传动系统的中枢部件，将发动机的功率和转速按照所需要的比例传送给以上各系统，并且直接承受和传递来自主旋翼系统的升力和力矩3 ，可以说它的性能对直升机的整体性能有着非常大的影响4 ，因此对主减速器的设计与改进一直是一个重点的研究方向。随着科技的进步，对主减速器的研究也有了很多突破性的进展，在研究中主要采用两种方法，分别是分析软件模拟以及实验室试验台模拟。分析软件模拟的方法通过电脑的模拟分析得出的结果，这样靠计算机工作，不耗费材料，成本小，而且过程安全，基本没有风险。实验室试验台模拟，这也是研究中不可或缺的方法，一般在完成分析软件模拟步骤后，将分析得到的结果实际装配试验，这样可以更直观的得到数据结果。这些结果的得出一方面可以用于对过去计算机模拟的结果进行对比与完善，另一方面也是未来实体应用与开发的重要依据。 本论文就是对某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统进行设计，该实验台的主要作用是模仿直升机减速器齿轮箱，从而试验检测减速器齿轮的疲劳寿命以及润滑系统的可靠性与合理性。1.1 论文课题来源 本论文来自纵向课题，总装预研项目：分扭构型主减速器热分析与润滑系统设计仿真平台研究。该课题的研究目标为：掌握直升机主减速器热分析和润滑系统设计的先进理论与方法，研发直升机主减速器热分析和润滑系统数字化设计与性能仿真分析平台，提高直升机主减速器润滑系统的设计水平与工作性能的分析能力。1.2 论文设计的目的与意义1.2.1 设计目的根据某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台的特点,本文设计的润滑系统需满足如下要求：（1）润滑系统符合试验台结构需求，保证试验台正常运转，在正常试验情况下完成润滑与冷却。（2）可以满足将来在该试验台上进行的针对齿轮或润滑系统的正常试验以及破坏试验的各项基本要求。1.2.2 设计意义润滑系统的良好性能是保证主减速器稳定性和可靠性的关键条件，所以润滑系统也是试验台的一个不可缺少的重要组成部分。拥有一个优质的润滑系统，试验台可以进行润滑系统附件的性能测试以及在各种不同润滑条件下的齿轮、轴承的润滑试验，从而验证仿真分析的结果以及测量部分参数，为将来的直升机主减速器及其润滑系统的设计和研究打下基础1.3 国内外研究现状1.3.1 国外对齿轮疲劳试验台润滑系统的研究 在战争强国，对武装直升机这种重要的作战装备的研究一直在高速的进行之中。在这项研究中，主减速器的研究可谓是重中之重，其稳定性决定了整个直升机的稳定性和可靠性。而在主减速器的研究方法中，主要的就是数字建模以及试验台仿真模拟，常常这两种方式会以先数字建模后试验台模拟的顺序先后被使用，以确保最后的成品的可靠性。在制作试验台研究中，美国航空航天局NASA Lewis Center是最早一批也是最权威的，在1972年，NASA Lewis Center就已经开发出航空用的齿轮疲劳试验台，至今连同直升机测试台共有6台，他们分别是：500马力直升机传动测试台，3000马力直升机传动系统测试台，行星轮齿轮测试台，直齿轮失效测试装置，螺旋齿轮装置，以及高速齿轮测试台。其中直齿轮失效测试装置在1972年运行，在齿轮材料，润滑油和寿命方面提供了有价值的数据，该测试台采用皮带驱动，通过更换带轮可以以几种固定的速度运转。测试台能够在转速10000rpm情况下，传递75kW的功率，可以全天24小时、每周7天连续运转，以提供表面疲劳测试所需的庞大测试周期数5 。为维持如此高速并且长时间的疲劳测试，试验台必须有合适的润滑系统作为保障，齿轮的疲劳测试其实也可以是对润滑系统稳定性与可行性的测试。齿轮的润滑与冷却方法有很多种：飞溅润滑、滴油润滑、汽/油雾润滑及增压喷油润滑等。有效润滑的方法通过取决于具体的运行条件，比如对于中速和高速运转的齿轮，有必要采用增压喷油润滑来防止齿轮轮齿的擦伤。在研究中表明，从润滑的角度看轮齿擦伤是由于轮齿之间的弹性流体动力学（EHD）油膜过薄造成的，而造成EHD膜过薄的原因通常是因为冷却不够充分，而不是润滑油不足 6 。因为冷却不足首先是会导致齿轮啮合面温度过高到齿轮不可接受的程度，其次是会改变滑油的物理以及化学性质，从而影响正常润滑7 。同时，国外还进行了LOL（失去润滑）的极端条件下传动系统的测试与改进。如NASA Lewis实验室中OH-58C主减速器LOL试验已达到57-104分钟。这些研究成果的得出，为齿轮疲劳试验台的改进做出了巨大的贡献，也为直升机事业的发展奠定了很好的基础。1.3.2 国内对齿轮疲劳试验台润滑系统的研究 我国的武装直升机事业起步较晚，但是发展迅速，目前对于主减速器的润滑系统的研究已经比较深入，使用压力润滑的方案也已经设计完成了很多，对其热稳态的分析、软件模拟设计等工作都在持续的进行中，这些结果的得出都大大提高了武装直升机的作战以及生存能力89 。而制作试验台对其进行试验校核也是一直使用的方法。齿轮疲劳试验台最早是运用在汽车等交通工具的齿轮设计上，在这方面我们也积累了很多的经验。在我国早期的传动试验台的研制存在自动化程度低，很难按事先设计的试验过程进行试验，不易实现多参数自动控制10 。而进入21世纪，在齿轮试验台的研制进入了一个新的“井喷期”，试验台的设计主要分为开放式和封闭式，封闭式又分为机械封闭式和电能封闭式两类11 ，试验台同时也大都具有齿轮疲劳试验以及润滑系统可靠性试验等多种功能，从而希望从中得到最平衡的设计方案，同时满足齿轮疲劳要求又满足润滑要求的直升机主减速器。1.4 本文的主要工作 主要针对直升机主减速器的润滑冷却系统进行设计计算：将整体的直升机减速器润滑系统的设计步骤以及设计方法进行整理，具体对一对传动比为0.66的一对定尺寸直齿轮在2900r/min左右的转速下主要发热部件（齿轮和轴承）的润滑系统进行了方案设计，参数计算，以及各组件的设计和选型。2 直升机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统设计方案2.1 直升机主减速器齿轮疲劳试验台介绍直升机主减速器齿轮疲劳试验台以实验室模拟的方法，验证计算机仿真的有效性，并开展试验获取更多的实际参数。该试验台由试验齿轮箱、试验轴承箱、驱动齿轮箱、连接轴以及电动机等部分组成。试验齿轮箱与试验轴承箱分开，试验齿轮在最靠边位置，为悬臂结构，在试验齿轮箱边开有观察孔，方便试验观察。总体设计如图1：1 电动机，2 驱动齿轮轴承箱，3 断路离合器，4 弹性扭力轴，5 加载离合器，6 扭矩加载装置，7 试验轴承箱，8 试验齿轮箱，9 观察孔1 Motor, 2 The driving gear and bearing box, 3 Circuit breaker clutch, 4 Elastic torque axis, 5 Loading clutch, 6 The loading device, 7 The text bearing box, 8 The text gear box, 9 The observation hole图1 试验台总体设计Fig 1 General design scheme of the test bench该试验台可以完成齿轮生热测试，疲劳试验测试，温度场的分析，干润滑，轴承环向润滑，喷油测试等试验，通过这些试验获得数据，从而优化直升机主减速器及其润滑系统的设计。2.2 直升机主减速器齿轮疲劳试验台主要试验2.2.1 轮齿温度测试试验试验目的：测试不同条件（转速、扭矩）对齿轮生热的影响。试验方法：（1）齿轮装置将在不同转速下进行，施加相同的切向载荷，保持润滑系统正常工作，测定试验中齿轮表面的温度；（2）齿轮在稳定的相同转速下运行，分别施加不同大小的切向载荷，保持润滑系统正常工作，测定实验中齿轮表面温度。2.2.2 不同条件下齿轮疲劳寿命实验试验目的：测试不同扭矩加载的情况下齿轮疲劳寿命试验方法：将齿轮传动轴上加载不同扭矩、改变主齿轮转速或改变滑油喷油压力，保持以上三变量中两个，以剩下的一个作为变量，使齿轮运转，直到试验齿轮达到疲劳寿命而被破坏。2.3 直升机主减速器试验台润滑系统总设计方案为满足上述试验的要求，本试验台润滑系统由四大部分组成，分别是供油系统、回油冷却系统、喷嘴以及监测系统。供油系统又过滤器、滑油泵、压力调节阀、流量调节阀以及流向调节阀组成，确保滑油进入喷嘴的压力与清洁度，流量可以达到要求；回油冷却系统由冷却器和过滤器组成，确保回到油箱的滑油冷却到合适的温度与清洁度流回油箱；喷嘴需要选用合适的孔径、数量以及布置方案，确保齿轮以及轴承可以得到所需的润滑效果；监测系统布置在供油系统、回油冷却系统以及喷嘴前端，用于收集试验数据并确保润滑系统的工作参数在试验要求范围内，否则报警提示操作人员。由此该润滑系统的总设计方案如图23 润滑系统相关量计算3.1 生热计算在直升机实际情况中，齿轮箱热量主要来自齿轮、轴承等摩擦生热，以及从发动机传导或辐射而来的热量，但是由于试验台没有大功率发动机，因此忽略传导或辐射带来的热量，即： Q=P+N （1）式中：Q减速器滑油散热量，kW； P齿轮总功率损失，kW； N轴承总功率损失，kW；1 油箱，2 、17 过滤器，3 冷却器，4、8、10、18 温度计，5 金属探测器及其指示灯，6 陪试齿轮、轴承箱喷嘴组合，7 试验轴承箱喷嘴组合，9 试验齿轮箱喷嘴组合，11 压力计，12 流量计，13 单向阀，14节流阀，15 减压阀，16 滑油泵1 Tank, 2,17 Filter, 3 Cooler, 4,8,10,18 Thermometer, 5 Metal detector with alarm light, 6 The spray nozzles of driving gear and bearing box, 7 The spray nozzles of text bearing box, 9 The spray nozzles of text gear box, 11 Pressure gauge, 12 Flow meter, 13 One-way valve, 14 Throttle valve, 15 pressure relief valve, 16 Pump图2直升机主减速器试验台润滑系统总设计方案Fig 2 General design scheme of the lubrication system of the helicopter transmission text bench3.1.1 试验齿轮生热计算国外学者研究得出齿轮功率损失的计算方法主要有：Anderson and Loewenthal, Buckingham, Chiu, Merritt和Shipley五种方法12。Neil Anderson和Stuart Loewenthal通过对着五种方法计算结果与试验结果的对比，发现只有他们的研究方法能够在不同负载、转速和喷油条件下，持续给出比较好的功率损失预测结果13 。Anderson-Loewenthal的方法中，齿轮生热主要来源是齿轮传动中的功率损失，其中包括三部分：滑动、滚动和风阻损失1415。本论文的研究对象为试验台要求的一对直齿轮，齿轮的基本参数如表1所示，其功率损失即可以按照Anderson-Loewenthal的公式直接进行计算。表1 试验齿轮的参数Table 1 parameter of tested gears型号齿数模数压力角齿宽齿顶圆半径传动比最大转速大齿轮240.0045m200.020m0.05625m0.662900小齿轮160.0045m200.020m0.044385m43931、 齿轮啮合线长度g=（ra12-rb12）0.5+（ra22-rb22）0.5-（r1+r2）sin （2）式中：g啮合线长度，m； ra齿顶圆半径，m； rb基圆半径，m； r节圆半径，m； 压力角，（）； 下标：1主动齿轮； 2从动齿轮。计算得齿轮啮合线长度为0.0625m2、 平均滑动速度 Vs=0.02618n1g（z1+z2）z2 （3）式中：Vs平均滑动速度，ms； z齿数 n转速，rmin。计算得平均滑动速度为11.8628ms3、 平均滚动速度V=0.2094n1r1sin-0.125g（z2-z1）z2 （4）式中：V平均滚动速度，ms。计算得平均滚动速度为13.5900ms4、 扭矩T1=9549Pn1 （5）式中：T1扭矩，Nm； P转动功率，KW。计算得扭矩为24.69Nm5、 平均法向载荷Fn=T1（r1cos） （6）式中：Fn平均法向载荷，N。计算得平均法向载荷为486.68N6、 摩擦系数f=0.0127lg29.66Fn/(b0vsv2) （7）式中：f摩擦系数； b齿宽，m（对于齿轮副，取齿宽较小的）； 0滑油动力粘度，mPas。计算得摩擦系数为0.0167、 平均滑动损失ps=fFnvs/1000 （8）式中：ps平均滑动损失，kW。计算得平均滚动损失为0.009kW8、 当量曲率半径r=r1sin+0.25g(r2sin-0.25g)/r1+r2sin （9）式中：r当量曲率半径，m。计算得当量曲率半径为-0.0037m9、 油膜厚h=2.05110-7（V0)0.67Fn-0.067r0.464 （10）式中：hEHD油膜厚度，m。计算得油膜厚度为2.310-6m10、重合度=1000g/(mcos) （11）式中：重合度； m模数，mm；计算得重合度为4.704711、平均滚动损失PR=90000Vbh （12）式中：PR平均滚动损失，kW。计算的平均滚动损失为0.2646kW12、风阻损失Pw1=2.8210-71+2.3br1n12.8r14.6(0.0280+0.019)0.2 （13）Pw2=2.8210-71+2.3br2(n1z1z2)2.8r24.6(0.0280+0.019)0.2 （14）式中：Pw风阻损失，kW；计算得风阻损失为：Pw1=8.6910-4kW Pw2=0.0033kW13、齿轮总损失P1=Ps+PR+Pw1+Pw2 （15）式中：P1试验齿轮总损失，kW。计算得齿轮总损失为0.2830kW上述计算中一些参数才计算与选取详见文献14中第七节所述。14、陪试齿轮生热计算为了使陪试齿轮不过早的损坏，在不改变啮合传动有关的参数的情况下选取更大的齿宽，从而散发疲劳应力，减少疲劳损伤。由此计算产热为P2=0.5299kW。3.1.2 试验轴承生热计算轴承生热主要也是由轴承中的摩擦引起，按瑞典科学家Palmgren从轴承疲劳寿命理论中总结出来的计算方法比较成熟16 ，将摩擦力矩分为外载荷引起的摩擦力矩和粘性摩擦力矩两个部分。该试验台设计使用的是四对完全相同的深沟球轴承。1、 外载荷引起的摩擦力矩M1=f1Fdm （16）式中：M1外载荷引起的摩擦力矩，Nm； f1与轴承结构及相对载荷有关的因子； F当量载荷，N； dm轴承节圆直径，m。式中的f1、F、dm三个参数都要查表或计算获得。 f1的确定对于球轴承：f1=z(Fs/Cs)Y （17）式中：z、Y系数； Fs当量静载荷，N； Cs额定基本静载荷容量，N。z、Y值查表：表2 z、Y取值Table 2 the z and Y球轴承类型zY深沟球轴承r=00.00090.55角接触球轴承r=30r=400.00100.00130.00030.330.330.40自动调心球轴承 注：表中r接触角（）由此选择z=0.0009、Y=0.55 Fs数值去下两式中较大者Fs=XsFr+YsFa （18）Fs=Fr （19）式中：Fa轴向力，N； Fr径向力，N； Xs、Ys当量静负荷折算系数；表3 Xs、Ys取值Table 3 the Xs and Ys轴承类型单列双列XsYsXsYs向心球轴承0.60.50.60.5取Xs=0.6、Ys=0.5；设计Fr=3000N、Fa=200N。计算得，式（18）=1900N；式（19）=3000N；因此取Fs=3000N。Cs=2.758izsD2cosr2f2(1-)/(2f2-1)0.5 （20）式中：f2=rs/D1； =D1cosr/dm； rs沟道曲率半径，m；（D1/2） dm轴承节圆直径，m；(d+D)/2) D1钢球直径，m；(D-d)/4) i滚动体列数； zs每列滚动体数目。计算得额定基本静载荷容量为6826N将Fs、Cs的结果带入（17）由此计算f1=0.0005 F值的确定对于向心球轴承，F值取下列两式中较大者F=0.9Facotr-0.1Fr （21）F=Fr （22）只有（22）式合理，所以F=Fr=3000N。 dm值的确定dm(d+D)/2 （23）式中：d轴承内孔径，m； D轴承外孔径，m。计算得轴承节圆直径为0.06m。将（17）、（22）、（23）的结果的带入（16）计算得：M1=0.1031Nm。2、 粘性摩擦力矩Mv=9.7910-11f0(v0n)23dm3 （24）Mv=9.7910-11f0dm3 （当v0n2000） （25）式中：Mv粘性摩擦力矩，Nm； f0与轴承类型和润滑方式有关的因子； v0滑油运动粘度，mm2/s； dm轴承节圆直径，mm； n1大齿轮轴承转速，r/min； n2小齿轮轴承转速，r/min。f0的确定：表4 f0取值Table 4 the f0轴承类型油脂润滑喷射润滑单列深沟球轴承1.5234单列角接触球轴承24双列角接触球轴承48单列圆锥滚子轴承3468单列圆柱滚子轴承2346双列球面滚子轴承46812f0取4，查得v0=20mm2/s，本试验齿轮v0n2000，所以选用式（25）计算的粘性摩擦力矩分别为：Mv1=0.1267Nm； Mv2=0.1661Nm。3、 总功率损失N1=21.04710-4Mv1+M1 （26）N2=21.04710-4Mv2+M1 （27）N=N1+N2 （28）式中：N试验轴承总功率损失，kW。计算中有两对共4个轴承，所以在公式前诚意系数2，且Mv不同，因此带入式（28）计算得轴承总功率损失为0.3847kW。4、陪试轴承生热计算陪试轴承与试验齿轮轴承完全相同，总功率损失相同，Np=N=0.3847kW。3.1.3 系统总生热 系统的总生热即为所有齿轮副以及轴承的生热量之和，Q=P1+P2+N+Np （29）计算得系统总生热为1.5823kW。3.2 总供油量的计算 总功率损失理论上全部用于发热，设计之中根据滑油性质以及实际要求设定滑油温升t，设计发热完全被润滑油带走，由此所需滑油总流量的计算表达式为：W=60106Q/(cpt) （30）式中：W滑油流量，L/min； Q滑油散热量，kW； cp滑油定压比热容，J/(kg;( 1870J/(kg) 滑油密度，kg/；(900 kg/m3) t温升，一般取30到50。（取30）依照公式分别带入数据计算试验齿轮副供油量试验齿轮齿轮Q=P，代入（30）得W1=0.3363 L/min 。陪试齿轮副供油量陪试齿轮齿轮Q=P，代入（30）得W2=0.6298 L/min 。大齿轮对应轴承供油量大齿轮对应轴承Q=N1，代入（30）得W3=0.0829 L/min 。小齿轮对应轴承供油量小齿轮对应轴承Q=N2，代入（30）得W4=0.1457L/min 。系统总供油量 供油处包括试验齿轮副、陪试齿轮副、4个大齿轮对应轴承、4个小齿轮对应轴承W=W1+W2+4W3+4W4 （31） 计算得系统总供油量为1.8804Lmin3.3 本章小结本章进行试验台一对特定试验齿轮副以及与其配合的陪试齿轮副、试验轴承、陪试轴承在正常工作状态下的生热与滑油需求量的计算。试验齿轮副和陪试齿轮副生热的计算使用Anderson-Loewenthal的方法，试验轴承和陪试轴承的计算使用Palmgren从轴承疲劳寿命理论中总结出来的计算方法。以上两种方法是目前世界上对齿轮副以及轴承的生热计算中最精确的方法。总供油量的计算是使用传统的流量计算方法，分别求出各个发热点的滑油需求量然后求和。4 润滑组件设计计算与选型4.1 喷嘴的设计计算喷嘴是压力润滑系统中最终执行喷射润滑的原件，主要向摩擦副结合处喷射润滑液，从而带走热量并实现润滑。由上文计算结果可知每个需要润滑的部分所需的润滑油量，由此即可完成喷嘴的设计。润滑喷嘴的经验数据大概是0.7mm1.5mm，因为喷嘴过小，则容易被堵塞，从而影响润滑。喷嘴过大，则无法达到压力要求，从而无法使润滑油到达需要润滑的部位，也会影响润滑。为保证喷出的滑油有合适的圆柱段，主减速器所用的喷嘴的孔长、孔径之比通常都大于3，且其出口边缘应保持锐边，因此属于厚壁孔1718 ，其喷射速度就主要取决于喷嘴的供油压力。喷嘴压力的选定是在系统初步设定时以根据系统的具体情况而被选定。所用，在工程设计中，通常先选定供油压力，再校对喷嘴孔径。本系统中，喷嘴的供油压力选在0.24Mpa到0.48Mpa之间。喷嘴直径计算公式d=W/(0.658P-P0n)0.5 （32）式中：d喷嘴直径，mm； W该喷嘴流量，L/min； P喷嘴孔口前压力，bar； P0环境压力，bar； n喷嘴个数。因为本试验台各个喷嘴所需流量较小，使得计算得喷嘴直径非常小，从而引发两个问题，一是直径过小，难以加工，若要加工到计算直径，成本太高而且精度难以保证；二是喷嘴直径太小，很容易被润滑系统中的杂质堵塞，从而无法达到润滑功能，反而破坏机器。所以在设计中，通常把流量增大，从而可以在不影响润滑效果的前提下增大喷嘴直径。本实验台设计将各个喷嘴流量都设为0.7 L/min，喷嘴孔口前压力为0.3Mpa=3bar，环境压力为0Mpa，从而计算试验齿轮、陪试齿轮、大齿轮对应轴承、小齿轮对应轴承的喷嘴直径均为d=0.7837mm。流量值改变后，系统总流量也随即发生变化，设计的喷嘴数量依然为10个（每对齿轮副一个，每个轴承一个），因此W=n0.7=7 L/min。由于流量已经放大，本试验台喷嘴在齿轮副啮合的处设置单孔喷嘴，而且只需在啮合线啮入侧供油。轴承也只需要在单侧供油即可达到要求。具体的布置方法19 如图3和图4 图3 齿轮润滑示意图 图4 轴承润滑示意图 Fig 3 Sketch map of gear lubrication Fig 4 Sketch map of bearing lubrication4.2 油管的设计计算润滑油管路的结构与布局需要根据喷嘴的位置以及机匣的结构确定，由于本项目研究的试验台机匣构造简单，所以主要考虑喷嘴位置。管路的直径计算公式dg=4.6(WV)0.5 （32）式中：dg管路公称直径，mm； W管路所连喷嘴的滑油总流量，L/min； V润滑油许可流速，m/s。 W由上文计算结果可以简单求得，V可查下表20 ：表5 润滑油许可流速Table 5 the Permit velocity of lubricating oil系统压力MPa0.30.51.02.5管内流速m/s0.81.01.32.0由于试验台所需压力很小，所以取V=0.8m/s。设计计算中，到每个齿轮箱或轴承箱的进油与回油管路选型相同，其直径分别设为，总油管，dg；试验齿轮箱油管，dg1；试验轴承箱油管，dg2；陪试齿轮、轴承箱油管，dg3。将数据代入（32）计算得油管直径分别为dg=13.6070mm，取整为15mm； dg1=4.3029mm，取整为5mm； dg2=8.6058mm，取整为10mm； dg3=9.6216mm，取整为10mm。取值皆向上取整，压力和流量由主管路阀门控制。管路都选用金属圆管，其规格见表6。表6 液压管技术规格Table 6 the Technical specifications of hydraulic tube （mm/）油管公称通径钢管外径管接头连接螺纹试验齿轮箱油管510M101试验轴承箱油管1018M181.5陪试齿轮、轴承箱油管1018M181.5总油管1522M221.5在泵站中，各个液压元件用软管连接，软管直径依照公式Ar=W6V （33）式中：Ar软软截面积，cm2；由此算得泵站中软管直径约为15mm，由于管径过大，液压泵站的安装不方便，而且本系统的压力、流速都较小，在后文中选定液压阀时可以提供足够的流量和压力的调节域度，所以将软管内径取得较小，方便液压站安装，本试验台选用1T型软管，在接管接头时不切除或部分切除外胶层。其技术规格见表7。表7 液压软管技术规格Table 7 the Technical specifications of hydraulic hose (mm)公称内径内径增强型外层成品软管外径最小值最大值最小值最大值最小值最大值6.36.16.910.611.715.116.74.3 管接头的选择话油管路公称直径计算之后，便可以根据结果查表选择管接头。本试验台选择扩口式管接头，该类型接头构造简单，性能良好，加工使用方便，适用于以油、气为介质的中、低压管路系统。试验台需要直通式、直角式以及三通式三种标准管接头如图5、图6和图7，选择的尺寸参数如表8和表920 ，其余特殊管路大小管接头需定制图5扩口式直通管接头Fig 5 Straight flared tube fittings表8 扩口式直通管接头尺寸参数Table 8 the Technical specifications of Straight flared tube fittings （mm） D0d0d1L13e1eS1S53.5M10140151513131210M181.55827.724.224211412M221.55831.227.72724 图6扩口式垂直管接头 图7扩口式三通管接头 Fig 6 Vertical flared tube fittings Fig 7 three ways flared tube fittings表9 扩口式垂直、三通管接头尺寸参数Table 9 the Technical specifications of vertical and three ways flared tube fittings （mm）D0d0dL9e1S1S53.5M10125.5151381210M181.53827.724211412M221.539.531.22721 液压泵站软管选用卡套式软管接头，接头型号依据所选软管直径以及所连接液压附件的进出油口直径确定，特殊螺纹或口径的管接头需定制。4.4 滑油泵的选型滑油泵在试验台设计中多采用齿轮泵，选型时要根据系统的供油量，供油压力以及泵的机械特性决定。由于在设计前已经将滑油压力拟定，完成后再进行试验校核，因此，主要根据泵的流量来进行设计。滑油泵的供油量Wb，一般取每个喷嘴所需油量和的1.21.5倍，从而保证系统有一定的供油裕度，Wb=1.21.5W （34）计算中取1.4倍，计算得油泵供油量应为9.800L/min。在选型时，还要考虑到滑油泵的工作压力、流量、转速以及安装尺寸等因素来进行泵的校核，看是否能够满足总体设计要求。本试验台选择CB-B10齿轮泵如图8，其技术规格和安装尺寸规格如表10和表11所示。表10 CB-B10齿轮泵技术规格Table 10 the Technical specifications of CB-B10 gear pump排量ml/r额定压力Mpa转速r/min驱动功率kW容积效率102.514500.510.70图8 CB-B10齿轮泵Fig 8 the CB-B10 gear pump表11 CB-B10齿轮泵安装尺寸参数Table 11 the Installation dimension of CB-B10 gear pump （mm）LSHll1DD1dMABbt94659530255035-0.03-0.0212M63035413.5 本试验台选用CB-B低压齿轮油泵卧式电机组，如图9，图10：图9 CB-B低压齿轮油泵卧式电机组Fig 9 the CB-B low pressure gear pump horizontal motor group图10 CB-B低压齿轮油泵卧式电机组装配图Fig 10 the Assembly drawing of CB-B low pressure gear pump horizontal motor group其安装尺寸见表12表12 CB-B低压齿轮油泵卧式电机组安装尺寸参数Table 12 the Installation dimension of CB-B low pressure gear pump horizontal motor group（mm）CLABHBH电动机电机功率kW 178359359071071DM71240.554.5 液压阀的选型由于系统的压力、要求以及流量要求是试验范围之一，而且系统正常工作需要的流量以及压力都比较小，所以在齿轮泵选定后需要配合设置减压阀和节流阀来控制油压与流量。4.5.1 减压阀的选型 因为选择的滑油泵额定压力为2.5Mpa，远大于系统要求的压力，而且在实验中需要实现对话有压力的调节，从而制造不同的润滑条件，所以需要选择减压阀实现压力调整。本试验台选择DR-10-1-30/100-Y减压阀如图11，其具体技术参数及安装尺寸参数如表13和表14所示表13 DR-10-1-30/100-Y减压阀技术规格Table 13 the Technical specifications of DR-10-1-30/100-Y pressure relief valve通径mm螺纹mm工作压力Mpa进口压力Mpa出口压力Mpa被压Mpa161510100.310101 回油口，2 锁紧螺母，3 调节刻度套，4 调节手柄，5调节装置，6 调节手柄（带锁），7 遥控口，8 标牌1 Oil return port, 2 Lock nut, 3 Adjusting set, 4 Adjusting hand shank, 5 Adjusting device, 6 Adjusting hand shank (with lock), 7 Control port, 8 Label图11 DR-10-1-30/100-Y减压阀Fig 11 DR-10-1-30/100-Y Pressure relief valve表14 DR-10-1-30/100-Y减压阀安装尺寸参数Table 14 the Installation dimension of DR-10-1-30/100-Y pressure relief valve （mm）B1D1D2D3H1H2H3H4L1L2L3L4T1639G3442125105287585406290164.5.2 节流阀的选型因为选择的滑油泵额定流量为14.5L/min，远大于系统要求的流量，而且在实验中需要实现对话有流量的调节，从而制造不同的润滑条件，所以需要选择节流阀实现流量调整。本试验台选用SRC-T-06-50节流阀如图12，其具体技术参数及安装尺寸参数如表15和表16所示。表15 SRC-T-06-50节流阀技术规格Table 15 the Technical specifications of SRC-T-06-50 throttle valve通径mm额定流量L/min最小稳定流量L/min最高工作压力Mpa20858.525图12 SRC-T-03-50节流阀Fig 12 SRC-T-06-50 Throttle valve表16 SRC-T-03-50节流阀安装尺寸参数Table 16 the Installation dimension of SRC-T-06-50 throttle valve （mm）ABCDEFGH723644105.553.53846224.5.3 单向阀的选型因为试验台的布置油箱在试验操作台的下方，为避免滑油因重力原因向油箱回流，必须在共有路上设置单向阀。本实验台中单向阀要求结构简单，只需具备使滑油单向流通的功能即可，因此选择S型单向阀S-15-A-02-0如图13所示，其具体技术参数及安装尺寸参数如表17和表18所示。表17 S-15-A-02-0单向阀技术参数Table 17 the Technical specifications of S-15-A-02-0 one-way valve通径mm最大工作压力Mpa连接形式最大流量L/min1521.5管式65图13 S-15-A-02-0单向阀Fig 13 S-15-A-02-0 one-way valve表18 S-15-A-02-0单向阀安装尺寸参数Table 18 the Installation dimension of S-15-A-02-0 one-way valve （mm）D1H1L1T1G3441.585164.6 冷却器的选型在航空发动机和减速器的设计中，因为发热非常大，所以对滑油的冷却时一个非常重要的步骤，故润滑系统中应有符合最大散热量要求的冷却器19。本项目是齿轮实验台，产生的热量比实际的航空减速器要小很多，所以不需要特别大型的冷却系统。而且在过去的研究经验中得出，系统通过传导等方式，会散发约15%的热量，因此冷却器只需要带走总热量的85%，也就是Ql=85%Q=1.1351kW.设计中采用最常用的水冷式多管冷却器。冷却器散热面积计算20 从总热量入手，通过经验得到的系数，从而计算得面积。A=QlKT （35）式中：A散热器散热面积，m2； Ql散热器带走热量，W； K冷却器传热系数，W/(m2k)； T平均温差，。T=t1+t2-t1+t2/2 （36）式中：t1、t2滑油进、出口温度，； t1、t2水进、出口温度，。 上文的计算中滑油的温升为30，因此冷却的温度也降低30，根据比热容关系以及流量要求，计算得水的温升也为30左右。为满足试验台的基本实验要求，滑油起始温度（即冷却器入口）设为50，出口温度为80，水的起始温度（即冷却器入口温度）设为室温20，出口温度为50。计算得散热器所需面积为0.3262m2。所需水量计算20 ，根据滑油流量以及比热容关系，计算水量，在此假设热量都由冷却水带走Ws=WC(t2-t1)/Ct1-t2 （37）式中：Ws冷却器所需水量，Lmin； W滑油流量，Lmin； C、C滑油、水比热容，J/(kg； C=1870J/(kg)、C=4186.8J/(kg) 、滑油、水密度，=900 kg/、=1000 kg/计算得所需水流量为2.8138Lmin由于计算结果为温升的正常情况，所以冷却器散热面积向上取合适面积，选用A=0.39m2的KMCL多管式冷却器如图14，其具体技术参数及安装尺寸参数如表19和表20所示。表19 KMCL多管式冷却器3Y04技术参数Table 19 the Technical specifications of KMCL multi-tubular cooler 3Y04通径mm油出入口水出入口额定流量L/min散热面积m2重量KG10PT3/4PT3/4600.399.5图14 KMCL多管式冷却器3Y04Fig 14 KMCL multi-tubular cooler 3Y04表20 3Y04多管式冷却器KMCL安装尺寸参数Table 20 the Installation dimension of KMCL multi-tubular cooler 3Y04 （/mm）ABCDEFG59540827092.589120138HIJKLMN7662209511510224.7 过滤器的选型过滤器是液压系统中的重要元件，他可以清除液压油中的污染物，保持液压油的清洁度，确保系统元件工作可靠性。在过滤器的选择设计中，主要需要考虑各个液压元件以及液压系统对颗粒物大小的最高过滤要求，所设计选用的过滤器必须满足所在支路的最高过滤要求，才可以保证各个液压元件的正常工作。本试验台液压系统属于低压润滑液压系统，结合喷嘴直径以及齿轮泵要求，由下列表格20 查得：表21 系统类型与颗粒度关系Table 21 the Relationship between system type and particle size系统类别润滑系统传动系统私服系统特殊系统压力MPa0.2577352135颗粒度m100255025551表22 油泵类型与颗粒度关系Table 22 the Relationship between pump type and particle size油泵类型齿轮泵叶片泵柱塞泵颗粒度m406030502040结合喷嘴设计计算，喷嘴为d3=0.7837mm，由此可得，过滤器必须满足颗粒度小于60m。由此，根据实际情况以及设计计算结果，选择线隙式过滤器，并且在吸油管路以及供油管路采用a、b两种线隙式过滤器如图15，其具体技术参数及安装尺寸参数如表23和表24所示。表23 低压线隙式过滤器技术参数Table 23 the Technical specifications of low-pressure line gap filter过滤器类型型号通径mm额定流量L/min过滤精度m压力差MPa吸油管路aXU-A2530S1525300.06供油管路bXU-A2550S1525500.02图15 低压线隙式过滤器Fig 15 Low-pressure line gap filter表24 低压线隙式过滤器安装尺寸参数Table 24 the Installation dimension of Low-pressure line gap filter （/mm）型号hh1LL1ADdBd1 XU-A2530S2361821106012094M221.530M6 XU-A2550S4.8 油箱的设计计算油箱分开式油箱和闭式油箱两种，开式油箱结构相对简单，使用方便，闭式油箱相对复杂，但是对油液的清洁度保证更好。本试验台选择开式油箱，在油箱与空气接触口上设置符合颗粒物大小要求的空气滤清器，同时该口也兼做注油口。油箱容积计算油箱有效容量是泵每分钟流量的37倍20 。因此，本试验台油箱容积Vy=3Vb （38）式中：Vy油箱容积，L； Vb齿轮泵排量，L/min。计算得油箱容量为29.4L。油箱滑油加热计算由于本试验台需要模仿直升机变速箱工作情况，同时结合各试验要求，需要对滑油的基础温度进行提高，所以需要加热装置提高滑油基础温度。滑油加热方式有两种，蒸汽加热和电加热，由于蒸汽加热系统复杂，本试验台选用电加热的方式。加热器发热能力H=CVyt/T （39）式中：H加热器发热能力，W； T加热时间，s，取5分钟。计算得加热器发热能力为4.9480kW。电加热器功率Ns=H/860 （40）式中：Ns电加热器功率，kW； 热效率，取0.60.8，取0.8。计算得电加热器功率为7.1919kW，由此选择7.5KW的电加热器。综上所述，油箱选择如图16的带支脚的矩形油箱，其具体技术参数及安装尺寸参数如表25和表26所示表25 带支脚的矩形油箱技术参数Table 25 the Technical specifications of rectangular oil tank with feet规格重量kG工作容量L工作容积L607566201 清洗用盖，2 放油螺塞，3 注油口，4 液面指示器，5 油箱，6 大规格用液面指示器2,7 运输用吊环，8 起吊用环1 Cover for cleaning, 2 Oil drain plug, 3 Oiling port, 4 Level indicator, 5 Main tank, 6 Another level indicator for large size tank, 7 Transporting ring, 8 Lifting ring图16 带支脚的矩形油箱Fig 16 Rectangular oil tank with feet表26 带支脚的矩形油箱安装尺寸参数Table 26 the Installation dimension of rectangular tank with feet (mm)AB1B21B4D10+3D2H1L12L21L35046341549922014500600520604.9 润滑系统监测附件选型在实际的航空发动机及减速器的润滑系统中，监测共有五类：系统性能参数监测、滑油中碎屑监测、光谱分析、告警装置的监测以及滑油本身性能变化监测。在本实验台中，由于实验需要以及实际情况，在润滑系统中只设置系统性能参数监测以及滑油中碎屑监测。4.9.1 系统性能参数监测系统参数监测主要是监测油压、温度和流量三项指标，监测附件的指数不得超过限制值，即最高和最低限制值。如果超出，则系统将会出现故障。温度传感器主要设置在油箱以及各齿轮箱、轴承箱，用以监测温度以及提供实验数据，在油温过高时报警提示操作者，过低时开启油箱电加热装置给滑油加温。本实验台使用PT100型一体化温度变送器，温度测量范围：0300，输出信号：420mA，基本误差：0.20.5 FS，具体安装尺寸根据要求定制。油压监测主要在减压阀以及节流阀后监测滑油压力是否到达正常值，若不正常，则报警提示操作者。本试验台选用PTH503-K直插式压力传感器，量 程： 0150Mpa，综合精度：0.5%FS，输出信号： 模拟量 420mA(二线制)、05V、15V、010V(三线制)，具体安装尺寸根据要求定制。流量监测主要在减压阀以及节流阀后监测滑油流量是否达到正常值，若不正常，则报警提示操作者。本实验台选用雷诺CT15涡轮流量传感器，测试范围115L/min，最大连续压力4.2Mpa，精度1%FS，具体安装尺寸根据要求定制。4.9.2 滑油中碎屑监测滑油在润滑与冷却过程中同时也带走系统中的碎屑，碎屑积淀就会很有可能堵塞油路或者影响润滑效果，所以润滑系统中必须设置碎屑监测器并可以实时报警。检测器一般安装在总回油路。本试验台设计使用MetalSCAN在线油中磨粒监测仪，其特点是1、具有100%的检测效率，能够自动测定机器油液系统中磨损金属的数量和大小；2、实时报警，MetalSCAN可连续在线工作，当齿轮或轴承工作异常而释放出大量碎屑时会立刻在线报警提示，并提供详细的颗粒尺寸分布及颗粒产生速率等信息。4.10 本章小结 本章根据上一章节的计算结果进行润滑系统所有附件的选型，包括喷嘴、油管、管接头、滑油泵、液压阀、冷却器、过滤器、油箱和滑油监测装置。确保每个装置都符合试验台的要求和可以达到制造的要求。本章对大部分标准附件都列出了技术规格以及安装尺寸规格的表格，方便在试验台制造时购买附件以及装配。5 总结与展望5.1 全文总结本论文的主要目的是为某型直升机主减速器润滑系统试验台润滑系统进行设计研究，开展的主要工作总结如下1、进行了较大规模的资料搜集，针对国外尖端科技研究机构已开发出来的主减速器齿轮疲劳试验台等一些文献资料进行研究、整理。比较深入的了解各国对直升机主减速器的研究动态与研究成果，尤其对过去的这些研究中，主减速器润滑系统或试验台润滑系统的成果取其精华，总结提炼出本试验台润滑系统的研究方向与设计要点。2、在设计的过程中，以一对试验中用到的一对特定的齿轮副作为依据进行计算，主要对齿轮以及轴承在特定运转条件下的功率损失进行计算，即视为生热计算，以及对该齿轮以及轴承进行润滑与冷却所需供油量进行计算，然后根据供油量来对各个液压附件进行设计计算或选型，从而设计出一套完整可靠的液压系统。5.2 工作展望本论文的主要目的是为某型直升机主减速器润滑系统试验台润滑系统进行设计研究，根据母课题的要求，下一步应该结合本试验台其他结构的设计方案制作试验台并进行试验。在润滑系统方面，用本试验台的润滑系统的试验数据与仿真分析得到的数据进行对比，验证仿真分析的有效性，从而指导实际润滑系统的设计，最终将实验成果应用到某型直升机主减速器中。6 参考文献1 赵剑锋，张虎，王国成腾飞的“竹蜻蜓”武装直升机发展漫谈J国防，2005,7:78-802 叶昆鹏，吕雁华武装直升机发展与陆军未来作战C第十九届全国直升机年会论文，2003：30-363 杜辅东某型号主减速器设计方案研究D哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007:11-134 Coy JGeared Power Transmission Technology: A Symposium sponsored by Propulsion Laboratory, AVRADCOM Research and Technology Laboratories and NASA Lewis Research Center, Cleveland Ohio, 1981CNASA Lewis Research Center5 David GLewicki and John J. Coy .Helicopter Transmission Testing at N