直升机尾桨传动模拟系统的扭振特性分析

1、直升机尾桨传动模拟系统的扭振特性分析丛家勇朱如鹏靳广虎李政民卿（南京航空航灭大学机电学院，江苏南京）籀要；本文献某直升视盼尾桨传动模拟系统失分析对象，程分析矗舞梳尾桨工作特性的基础上，建立尾桨传动的模塑该模型对直升机的尾桨动力传递过程进行含理的假设和简化，由此得到一个弹簧质量系统，应用机械振动理论建立传动轴、减速器的楚体振动方程，借助强软件进行直势机尾浆传动系统的动力学分拼，获德该系统的固有频率和振璧，为实际的设计过程据供了参考蔽据。关键词：赢升机尾浆传动机械振动引言直升机的尾桨传动系统主要由传动轴、中间减速器、尾斜轴和尾减速器组成，该系统的扭转固有频率和鼷有振型对童拜枕的整体性能舆有重要的影

2、璃。壹舞枧在正常工馋时会有周絮性载荷终蔫到尾桨传动系统上，为了避免产生过度振动，需簧使直升机工作时的激振力频率避开尾桨传动系统的固有频率。本文通过简化模魁来模拟点升机尾桨传动系统并计算得到其重要的特性参数。传动模拟系统直升机的尾传动系具有多根细长轴，通过中间减速器、尾斜轴以及尾减速器把动力传递给尾桨。怒传动轴王作对轴线是一根空阚挠曲线。轴绕自身轴线扭转振动及沿、！轴方向振动，轴的横断面在空间摆转。在软譬绘制出直秀机尾桨传动系统的模数试验台，如图所示。试验台整体主要包括一台电动机，三段等长的传动轴，一台中间减速器，段尾斜轴，一台慝减速器和一台发电机。电动机与传动轴、传动轴与传动轴、传动轴与中间减

3、速器、孛阅减速器与熊斜辘、尾斜轴与发电魄全部逶过联轴器连接。直升机尾桨传动系统的物理模型在进行动力学分析对，为了便于求解，基予以下几个假设：）每段传动轴简化成一根弹簧的形式，忽略其质量；）联轴器简化成两个有转动惯量的豳盘，中阈由弹簧连接；）中闻减速器、尾减速器分别简化成两个只有转动惯量的圆盘，审闻由弹簧连接；）减速器的输入轴和输出轴当量成连根质量不计的弹簧；）系统阻尼忽略不计。基于上面的基本假设，可以得到如图所示的盥升机尾桨传动系统的简化模型。銎尾黎传动系统模拟试验台圈直升机尾桨传动系统简化模型黼家鑫然季毒攀蒸金（）、江苏鸯泰然释学基金（）资渤项器巾自南京，固简化模型的动力学特性分析需要两个以

4、上独立坐标系来描述的振动系统，称为多自由度振系。较为复杂的机械或者结构很难用单自由度模型来准确描述振动特性，因实际结构的质量和刚度都是分布参数，属于无限多个自由度的弹性体，但通过适当的简化，可将分布参数系统离散为集中参数的多自由度系统。采用这种离散化处理既保留了原结构的主要特征，又使原来的问题变得容易求解。本文针将直升机尾桨传动系统离散为具有个自由度的结构。而多自由度的振动由一组二阶常微分方程来描述。多自由度系统的一个重要特点就是具有多个固有频率和振型。无阻尼弹簧质量系统对于已经简化的轴盘扭振系统，通常用牛顿定律建立运动微分方程。其中为圆盘的转动惯量，为两个圆盘问轴的抗扭刚度，为圆盘的角位移，

5、画出每个圆盘的受力图，假定阻尼可以略去，运用动量矩定理，可得到系统无阻尼扭转自由振动的标准微分方程：一（只一见）以与（）一七（吃一只）以吒（一只）一七，（岛一幺），只，吒（吼一只，）一七。，（巳一气）。只。七，（巳一气）整理后，可用矩阵表示为；吨；以；以厶毛咄；似音。吨吉；龟一域墒驰【川国【明毋）（）式中，【刀为惯性矩阵，是对角阵；【团为刚度矩阵，是对称阵；回为角位移矩阵：秒）为角加速度矩阵。（）对于每段传动轴和尾斜轴，其扭转刚度可由下式求得：，式中为材料的剪切弹性模量，为轴的截面极惯矩，为轴段长度。（）对于联轴器，其扭转刚度可由下式计算：式中吼为与膜片结构尺寸比有关的系数，可由图查得，图中给

6、出的常用的两相邻连接螺栓之中国一南京间膜片弹性部分所对的中心角目分别为、的示意图；刀为半联轴器上的螺栓数；为为弹性模量（肝）：为膜片厚度（衄）；为螺栓中心分布圆半径（）。圈系效口）对于中间减速器和尾减速器，均为一对锥齿轮，在简化的过程中计算其啮合刚度，从而得到来那个圆盘和一根弹簧的等效模型。另外，减速器的输入轴和输出轴当量成不计质量的弹簧。系统扭转特性分析过程简述由以上分析，对于所得的直升机尾桨传动系统扭转振动微分方程（），我们忽略了尾传动轴与连轴器连接件的影响。中间减速器和尾减速器在正常工作时，每对锥齿轮在整个啮合过程中轮齿的啮合刚度并非是定值，它与齿轮的模数、齿数、齿宽、分度圆锥角有关，本

7、文所采用的锥齿轮啮合刚度，是以国标锥齿轮承载能力计算方法为参考，取（）。假设方程（）的解为）。）（力式中为振幅，国。为固有频率。将式（）代入式（），可得如下振型方程：（）（【因一国：】）（）令五。，则【卜饥，展开后可求得直升机尾桨传动系统的各阶固有频率以及固有振型。实例计算由以上分析过程，本文对某试验模型进行了具体的计算，主要参数如下表所示：旬，一，旬，一，：，一，。，毛，岛毛，毛，毛毛中国一南京，毛根据以上数据，可以得到某型直升机的尾桨传动系统的备阶固有频率，如下所示：彩，彩，毡，），），（。，彩，国霉，印，国，。（，），毡，嚷从以上计算结果可以看出，系统的两个相邻的低阶频率有的比较接近，而

8、从第七阶开始，相差较大。为了使系统熊够安全、运常熬工像薅不产生劂烈的振动，应该避免与其本巍的各阶固有频率蘸合或接近。结论本文以直升机尾桨传动模拟系统为分析对象，首先根据实际工程背景通过合理的假设条件建立基础模型；其次根据机械振动理论褥到该系统的振动微分方程，针对予不在同一水平轴上的转动惯鬣和褪转剐度进行了等效计算，这样可以得到比较理想的方程形式，为下一步的运算傲了必要的准备；最后根据微分方程的形式利用软件编辑求解程序，对直升机尾桨传动系统进行扭转模态分析，所徭的结果能够为实际设计工作提供指导依据。参考文献（。，溉鬻鞭璐静黼【嗣沪阢）（旺。：艾剑波。邓景辉，方永红某直升机扭振系统共振问题研究直升机技术，（）：汝宇林，周新光金属膜片联轴器圆环式膜片的应力分析兰州大学学报，（）：【】室旗，襄会。弹性貘盘联辘器骥掇受力分橇冬转矩瘦秀关系式的建立【奠。瓿藏浚诗锈造，：】王三民，沈允文，董海军含间隙和时变啮合阿度的弧齿镶齿轮传动系统非线性震动特性研究机械程学报，（）：【钠郄忍平，沈允文孙遴雳齿轮减速器系统霹燹霆