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湖南农业大学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 郑雨天 学 号 200940614501 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导教师姓名 陈文凯 指导教师职称 副教授 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。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计） 中 期 检 查 表 学 院： 工学院 学生姓名 郑雨天 学 号 200940614501 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导教师姓名 陈文凯 指导教师职称 副教授 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： 可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计）开题报告 学生姓名 郑雨天 学 号 200940614501 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导教师及职称 陈文凯 副教授 学 院 工学院 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 3 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 期 根据要求完成毕业设计内容 期 整理设计结果及图纸，撰写毕业设计论文 辩准备 准备毕业答辩 备答辩 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： 可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计）任务书 学生姓名 郑雨天 学 号 200940614501 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导教师及职称 陈文凯 副教授 学 院 工学院 2012 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 1 3 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 种，喷油压力从 0 到 1手动调节，总供油量为 12L/油温度可调。 说明：设计工作量应至少完成折合 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 D林大学硕士学位论文， 2005 2 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): 53 林基恕 2 册：传动与润滑系统 M空工业出版社， 4 李林蔚，高红霞等 J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(121846 . . C77 . . . 1981, 198 . of . 作进度安排 起止日期 主要工作内容 题 受任务书 写开题报告和开题 业设计 期考核 善毕业设计与毕业设计总结 交正稿与指导老师评阅 业委员会评阅，答辩与修改定稿 要求完成日期： 20 12 年 5 月 6 日 指 导 教 师 签名： 审查日期： 20 12 年 12 月 4 日 专 业 委 员 会 主 任 签名： 批 准 日 期 ： 20 12 年 12 月 5 日 学 院 指 导 委 员 会 签 名 （ 公章）： 接 受 任 务 日 期 ： 20 12 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。 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 选 题 审 批 表 学 院 ： 工学院 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 选题完成形式 毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文 指导教师姓名 陈文凯 职称 副教授 是否主持或参与过科研课题 是 否 选题依据（科学性、可行性论证）和内容简要 直 升飞机主减速器是直升飞机中承受转矩最大的总成，对直升飞机的飞行性能、可靠性等有直接的影响，采用试验的方法对主减速器中齿轮的疲劳寿命进行研究是非常有必要的。 为了提高学生的实际能力，培养社会急需的有创新精神的应用型人才，我们从生产实际中选用了该毕业设计题目 某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统的设计。本课题要求学生根据某型直升飞机主减速器直齿轮疲劳试验的需求，对齿轮疲劳试验台的润滑系统进行设计。 对学生有无特殊要求： 无 有： 专业委员会意见 专业委员会主任签名： 年 月 日 注： 黑；对学生的要求是指该选题对学生在计算机、英语、绘图、语言文字等方面有何特殊要求。 可打印，但意见栏必须由相应责任人亲笔填写，如不够填写，可另加页。 湖 南 农 业 大 学 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 F A F 生姓名 ： 郑雨天 学 号： 200940614501 年级专业及班级： 2009 级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导老师及职称： 陈文凯 副教授 学 院： 工学院 湖南长沙 提交日期： 2013 年 5 月 1 某型直升飞机主减速器齿轮疲劳试验台润滑系统的设计 学 生：郑雨天 指导老师：陈文凯 （湖南农业大学工学院，长沙 410128） 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 of of a of 10128,is of of of it is to to in a of of of of a to to do so we of In of is a of of of on of of is to to of a in of on 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3 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。 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。 文设计 的目的与意义 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 。 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 内 外研究现状 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。 4 在制作试验台研究中， 美国航空航天局 最早一批也是最权威的， 在 1972 年， 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 10000况下，传递 75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（ 膜过薄造成的，而造成 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 去润滑）的极端条件下传动系统的测试与改进。如验室中 减速器 验已达到 57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。 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5 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。 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 一对定尺寸直齿轮在 2900r/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 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 2 3 4 5 6 7 8 9 1 试验台总体设计 of 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6 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 。 升机主减速器 齿轮疲劳 试验台主要试验 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。 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。 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 2 3 润滑系统相关量计算 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 = N （ 1） 式中： Q 减速器滑油散热量， 齿轮总功率损失， 7 N 轴承总功率损失， 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 2,17 3 4,8,10,18 5 6 of 7 of 9 of 11 12 13 14 15 16 2 直升机主减速器试验台润滑系统总设计方案 of of 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： 种 方法 12。 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 。 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 公式直接 进行计算。 8 表 1 试验齿轮的参数 of 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 24 0 900 小齿轮 16 0 393 1、 齿轮 啮合线长度 g = （ （ （ （ 2） 式中： g 啮合线长度， m； 齿顶圆半径， m； 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 、 平均滑动速度 = （ 3） 式中： 平均滑动速度 ， m s ； z 齿数 n 转速， r 。 计算得 平均滑动速度 为 s 3、 平均滚动速度 = （ 4） 式中： 平均滚动速度， m s 。 计算得平均滚动速度为 s 4、 扭矩 9549P （ 5） 式中： 扭矩， N m； P 转动功率， 9 计算 得扭矩为 m 5、 平均法向载荷 = （ 6） 式中： 平均法向载荷， N。 计算得平均法向载荷为 、 摩擦系数 f = /(2) （ 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， s。 计算 得摩擦系数为 、 平均滑动损失 1000 （ 8） 式中： 平均滑动损失， 计算 得平均滚动损失为 、 当量曲率半径 r = (r2) （ 9） 式中： r 当量曲率半径， m。 计算 得当量曲率半径为 、 油膜厚 h = 10;7（ 0); （ 10） 式中： h 膜厚度， m。 计算 得油膜厚度为 10;6m 10、 重合度 = 1000g/( （ 11） 式中： 重合度； m 模数， 计算 得重合度为 0 11、平均滚动损失 90000 （ 12） 式中： 平均滚动损失， 计算 的平均滚动损失为 2、风阻损失 0;7(1+) （ 13） 10;7(1+)()（ 14） 式中： 风阻损失， 计算 得风阻损失为： 10;4 3、齿轮总损失 （ 15） 式中： 试验 齿轮总损失， 计算 得齿轮总损失为 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 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 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 （ 16） 式中： 外载荷引起的摩擦力矩， N m； 与轴承结构及相对载荷有关的因子； 当量载荷， N； 轴承节圆直径， m。 式中的 算获 得。 11 对于球轴承： z(s)Y （ 17） 式中： z、 Y 系数； 当量静载荷， N； 额定基本静载荷容量， N。 z、 Y 值查表： 表 2 z、 Y 取 值 z 球轴承类型 z Y 深沟球轴承 r = 0 接触球轴承 r = 30 r = 40 动调心球轴承 注： 表中 r 接触角（） 由此选择 z = Y = （ 18） （ 19） 式中： 轴向力， N； 径向力， N； 当量静负荷折算系数； 表 3 s s 轴承类型 单列 双列 s s 向心球轴承 设计 3000N、 200N。 计算 得， 式（ 18） = 1900N；式（ 19） = 3000N；因此取 3000N。 12 )/(21) （ 20） 式中： 1； = 沟道曲率半径， m； （ ） 轴承节圆直径， m； (d+D)/2) 钢球直径， m； (4) i 滚动体列数； 每列滚动体数目。 计算 得 额定基本静载荷容量 为 6826N 将 17） 由此计算 对于向心球轴承， （ 21） （ 22） 只有（ 22） 式合理，所以 3000N。 (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 将 （ 17）、（ 22）、（ 23）的结果的带入（ 16） 计算 得 ： m。 2、 粘性摩擦力矩 10;11f0( 3 （ 24） 10;11 （当 2000） （ 25） 式中： 粘性摩擦力矩， N m； 13 与轴承类型和润滑方式有关的因子； 滑油运动粘度， s； 轴承节圆直径， 大齿轮 轴承转速， r/ 小齿轮轴承转速， r/ 表 4 承类型 油脂润滑 喷射润滑 单列深沟球轴承 34 单列角接触球轴承 2 4 双列角接触球轴承 4 8 单列圆锥滚子轴承 34 68 单列圆柱滚子轴承 23 46 双列球面滚子轴承 46 812 ，查得 20s，本试验齿轮 2000，所以选用式（ 25） 计算 的粘性摩擦力矩分别为： m； m。 3、 总功率损失 210;4( （ 26） 210;4( （ 27） N = （ 28） 式中： N 试验轴承 总功率损失， 计算中有两对共 4 个轴承， 所以在公式前诚意系数 2， 且 此带入式（ 28） 计算 得轴承总功率损失为 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 ， N = 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 = N + （ 29） 14 计算 得系统总生热为 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 = 60 106Q/(t) （ 30） 式中： W 滑油流量， L/ Q 滑油散热量， 滑油定压比热容， J/( ;( 1870J/( ) 滑油密度， ； (900 kg/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 = 代入 （ 30） 得 。 陪试齿轮副供油量 陪试齿轮齿 轮 Q = 入 （ 30） 得 。 大齿轮对应轴承供油量 大齿轮对应轴承 Q = 入 （ 30） 得 。 小齿轮对应轴承供油量 小齿轮对应轴承 Q = 入 （ 30） 得 。 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 = 44 （ 31） 计算 得系统总供油量为 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 方法 ，试验轴承和陪试轴承的计算使用 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。 15 4 润滑 组件设计计算与选型 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 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 喷嘴直径计算公式 d = W/(P n) （ 32） 式中： d 喷嘴直径， W 该喷嘴流量， L/ P 喷嘴孔口前压力， 环境压力， 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 ， 3境压力为 0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 = 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 = n 7 L/ 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16 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 of of 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 W V ) （ 32） 式中： 管路 公称 直径， W 管路所连喷嘴的滑油总流量， L/ V 润滑油许可流速， m/s。 20 ： 表 5 润滑油许可流速 of 统压力 内流速 m/s 于试验台所需压力很小，所以取 V = 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， 试验齿轮箱油管， 验 轴承箱油管， 试齿轮、轴承箱油管，将数据代入（ 32） 17 计算 得油管直径分别为 整为 15 整为 5 整为 10 整为 10 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 of （ 油管 公称通径 钢管外径 管接头连接螺纹 试验齿轮箱油管 5 10 试验轴承箱油管 10 18 试齿轮、轴承箱油管 10 18 油管 15 22 泵站中，各个液压元件用软管连接，软管直径依照 公式 （ 33） 式中： 软软截面积， 由此算得泵站中软管直径约为 15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 1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 of (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 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18 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 8 扩口式直通管接头 尺寸参数 （ D0 d0 13 e1 e 5 101 40 15 15 13 13 12 10 8 4 21 14 12 8 7 24 图 6 扩口式垂直管接头 图 7 扩口式三通管接头 9 扩口式垂直 、三通 管接头 尺寸参数 of D0 d0 d L9 1 S 5 101 5 13 8 12 10 8 4 21 14 12 7 21 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 。 19 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 般取每个喷嘴所需油量和的 而保证系统有一定的供油裕度， ( （ 34） 计算中取 算 得油泵供油量应为 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 图 8，其技术规格和安装尺寸规格 如 表 10 和表 11 所示 。 表 10 10齿轮泵技术 规格 0 B量 ml/r 额定压力 速 r/动功率 积效率 10 450 8 10齿轮泵 B0 表 11 10齿轮泵安装尺寸参数 1 B （ L