第章减速器南通航运课件

1第4章减速器南通航运职业技术学院2内容§4-1直升机传动系统§4-2主减速器§4-3扭矩测量系统§4-5传递系统监控§4-4自由轮、离合器和旋翼刹车南通航运职业技术学院34-1直升机传动系统

现在的直升机通常采用燃气涡轮轴发动机提供所需功率，用于驱动主旋翼、尾旋翼和其他功能附件，包括液压泵、发电机、滑油泵及冷却系统等。不同的直升机类型和设计思想，决定了其传动系统组成部件的不同。4.1.1传动系统的布局与类型南通航运职业技术学院41.单主旋翼传动

现代直升机的传动系统是一个由各附件组成的传递机械能的整体（见图），一般包括以下主要部件以及传动轴和联轴节等部件：4-1直升机传动系统单发直升机传动系统构造图南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院5

2．多旋翼直升机共轴直升机具有两个反向旋转的主旋翼，这样旋翼旋转产生的反扭矩相互抵消，从而取消了尾桨设计。由于共轴直升机具有两个主旋翼，机械部件的功率需求小于传统单旋翼直升机，因此，减小了旋翼桨叶尺寸，但其缺点是桨毂和操纵的设计复杂且重量大。并列式双主旋翼设计布局的直升机在飞行状态下减少了功率需求，但其存在较大的机身牵引阻力、较大的结构重量、驱动齿轮和传动轴结构复杂、传动系统操纵困难等缺点。内部啮合式的旋翼设计虽简化了传动系统，但却损失了升力效率（简称升效）。纵列式双旋翼设计布局的直升机具有较小的牵引阻力、较大的重心范围和商载分配合理等优点。但由于其后部旋翼受到前部旋翼涡流气流的影响，损失了部分升效，所以通过升高后部旋翼位置的改进办法来减少其升效的损失。另外，复杂的传动结构和重量大、操纵困难也是需要进一步解决的问题。4-1直升机传动系统南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院6§4-2主减速器4.2.1主减速器的功能1．主减速器齿轮箱的安装位置和构造

主减速器齿轮箱通常位于驾驶舱/客舱结构的上部，与发动机一起安装于传动系统整流罩内。主减速器主要由机匣和齿轮传动机构组成。机匣通常由镁合金铸造，并经机械加工而成。齿轮传动机构是由多个合金钢材料的齿轮和传动轴组成的，它们按一定顺序，由滚珠轴承、滚棒轴承、锥形轴承和扁平轴承等组合形成一个传动齿轮系。机匣下部通常制成一个槽底，作为润滑系统的滑油集油池。槽底可以安装于直升机机身固定座上，直接或通过支撑管件、桁梁、固定框架等将主减速器固定安装在机身之上。南通航运职业技术学院74-2主减速器4.2.1主减速器的功能（1）安装、驱动主桨毂和桨叶（2）减小发动机转速和改变传动角度（3）提供发动机的安装支点（4）安装旋翼刹车附件（5）驱动尾传动轴和尾旋翼（6）驱动主减速器附件齿轮箱（7）安装飞行控制部件（8）安装自由轮组件（9）接收多台发动机的输入，实现统一的输出8

主减速器通常是由若干个结构机匣组成，用于支撑和安装减速齿轮及轴系。某些直升机的主减速器则采用模块化的结构设计，便于拆装维护。除生产厂家技术资料中提及的用于检查维护目的的独立模块外，主减速器机匣是不允许被分解的。4.2.2主减速器结构4-2主减速器南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院9南通航运职业技术学院104-2主减速器

l.主减速器润滑系统

由于主减速器的尺寸体积远远大于中间减速器和尾减速器，需要进行润滑的部件也远远多于中间减速器和尾减速器，这就要求主减速器具备独立的润滑系统。中间减速器和尾减速器采用的浸在滑油中的方法则不能满足主减速器润滑要求。滑油：一是润滑，二是带走热量(降温作用)。主减速器润滑系统通常包括以下主要部件：①滑油泵、释压活门、滑油滤、温度调节活门、冷却装置——热交换器；②冷却风扇、滑油压力和温度传感器、滑油管路和喷嘴、磁金属屑传感器。4.2.3润滑系统南通航运职业技术学院112．压力供油储藏于主减速器集油槽底部的滑油，通过滑油泵、滑油滤、温度调节活门，在滑油泵提供的压力下喷溅到轴承和齿轮进行润滑。

3．回油流过齿轮、轴承的滑油，在重力的作用下流回到集油槽中，重新吸人滑油泵，循环润滑。4-2主减速器南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院124．滑油滤

4-2主减速器南通航运职业技术学院由于齿轮和轴承的旋转摩擦，产生少量污垢和细小金属粉末等杂质是经常发生的。这些杂质不仅影响机械效率，严重的还会导致传动机构部件的损坏。滑油滤用于滤除系统滑油中的杂质，它的过滤元件一般采用金属丝滤网或纸滤。另外，考虑到油滤堵塞的可能性，油滤内部还装有旁通活门，以便在发生堵塞时，使润滑油经旁通活门直接流往系统的润滑油路，保证主减速器始终处于润滑状态。滑油滤一般安装在冷却装置的前部，其过滤能力表示为Um。南通航运职业技术学院135．滑油泵

滑油泵位于主减速器底部集油槽的最低位，以便能最大量地吸人滑油。根据润滑系统的特点，滑油泵多采用直齿轮泵和偏心齿轮泵。

6．温度调节活门温度调节活门一般位于滑油滤的下游。用于在滑油温度较低时旁通滑油冷却装置——热交换器

4-2主减速器南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院14

7．滑油冷却装置滑油冷却装置由冷却风扇、热交换器、支架和一些排风管组成。冷却风扇直接将冷空气吹在热交换器上，并通过热交换器后部的排风管，将经过热量交换的热空气直接排到机身外面。热交换器由许多包裹散热片的细小管路组成，以增大迎风面积，提高热量交换效率8．压力控制由于滑油压力过高会影响润滑效率并导致润滑系统和管路的故障，因此使用释压活门来达到控制滑油系统压力的作用。4-2主减速器南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院159．系统状态指示为了让机组人员和飞机维护人员及时了解润滑系统的工作状态，及早判断可能发生的故障，滑油指示系统包括：①滑油低压开关；②滑油温度传感器；③磁性堵塞（金属屑探测器）。4-2主减速器南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院161．滑油压力警告灯（主减速器润滑失效）；2．压力开关；3．主润滑系统扩散管；4．应急系统压力指示器；5．主系统压力指示器；6．冷却系统故障指示灯；7．压力开关；8．压力传感器；9．油滤旁通活门（8bar）；10．单向活门；11．滑油滤（60μ）；12．压力传感器；13．（滑油/空气）热交换器；14．冷却风扇（主减速器驱动）；15．释压活门（10bar）；16．主滑油泵（流量：7200L/h）；17．油面观察窗；18．应急滑油泵（流量：7200L/h）；19．释压活门（3．6bar）；20．分配活门（3bar<户<5bar）；21．金属屑指示灯；22．3——位置开关：23．金属屑探测/记录器和消除装置；24．磁金属屑探测器（自密封，可以用作放泄滑油）；25．双金属片热接触开关；26．变阻式温度传感器；27．滑油温度指示器；28．滑油温度警告灯：A.旋翼轴固定轴承；B．前部减速齿轮；C．附件驱动；*——低温旁通。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院17

主减速器的维护项目通常包括部件清洁、加注滑油、滑油液面观察、更换滑油、冲洗、部件拆装、调节/测试、污染物监控、腐蚀保护、适用性检查等。4.2.4维护4-2主减速器南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.3扭矩测量系统18

绝大多数的现代直升机都设计安装有扭矩测量系统，用于测量发动机输出到传动系统轴马力。通常情况下，扭矩表采用百分比的表示方式，其总扭矩值为100%。扭矩表的作用为：（1）双发动机的直升机，扭矩表的测量机械通常安装在主减速器的输入端，飞行员司通过观察扭矩表来实现平均分配扭矩输人。（2）扭矩表为双指针仪表，指示主减速器的输入功率。扭矩测量系统类型分为油压式扭矩测量系统、霍耳效应传感器扭矩系统、变形测量仪电子扭矩系统和光电扭矩测量系统。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.4自由轮、离合器和旋翼刹车19

自由轮组件的主要设计目的是当主旋翼的转速大于发动机的转速时，主旋翼桨叶不会在发动机输出轴上产生反向的扭矩传递。这种现象可能发生在飞行过程中单发故障关车或直升机自转着陆时。另外，自由轮组件还可以用于主旋翼不转动的情况下启动其中的一台发动机以驱动附件工作或完成某些特殊的测试。自由轮组件有两种主要类型，即滚棒型和制动轮型。4.4.1自由轮组件南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.4自由轮、离合器和旋翼刹车20l.滚棒式自由轮组件滚棒式自由轮组件由内环、外环和中间滚棒轴承组构成。内环与发动机输出轴以花键连接，在发动机的驱动下转动。内环上安装有一个凸轮环，支持着中间滚棒轴承。外环连接旋翼的驱动齿轮

2．制动轮式自由轮组件制动轮式自由轮组件的轴承为“8”字形设计，其排列方式与滚棒轴承相似。制动轮轴承的垂直高度略微大于外环内直径与内环外直径的间距，在弹簧力的作用下，固定在一个由两部分组成的支架内，并啮合内、外轴承圈。在这种啮合的状态下，制动轮轴承保持着一个小角度的倾斜南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院21南通航运职业技术学院4.4自由轮、离合器和旋翼刹车22

离合器通常安装在以活塞式发动机或涡轮轴发动机为动力的直升机上，其目的是为了改善发动机的启动性能，使发动机启动后能可靠地将发动机功率传给旋翼和尾桨，并减少发动机的启动负荷。离合器主要包括两大类：机械式离合器、液压—机械式离合器。离合器的选择取决于直升机的类型。通常情况下，小型直升机选用机械式的离合器，而中、大型直升机选用液压—机械式离合器，这是因为中大型直升机惯性负载较大，啮合的光滑程度也要求很高。4.4.2离合器南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.4自由轮、离合器和旋翼刹车231.机械式离合器

机械式离合器由主动驱动盘、驱动鼓轮和离心飞重组成。主动驱动盘连接发动机驱动轴输出端，上面安装有离心飞重，离心飞重在弹簧的作用下始终保持“离”位，驱动鼓轮则与传动系统连接。当发动机启动保持低转速时，主动驱动盘带动离心飞重一起在驱动鼓轮内转动，此时扭矩得不到传递。随着发动机转速的升高，离心飞重在离心力的作用下克服反向的弹簧力，逐渐向驱动鼓轮滑动。当发动机转速达到一定值时，离心飞重与驱动鼓轮的内壁紧密贴合，这样发动机的输出和传动系统的输人实际连接在一起，扭矩得到了传递。在整个接合过程中，当发动机转速略微大于旋翼转速时，离心飞重和驱动鼓轮光滑的接触面相对滑动，在几秒的时间内平稳过渡到紧密贴合；当发动机转速减小时，离心飞重的惯性离心力也随之减小，在弹簧力的作用下，离心飞重向中心移动，脱离驱动鼓轮，发动机和传动系统的扭矩传递终止。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.4自由轮、离合器和旋翼刹车24南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.4自由轮、离合器和旋翼刹车252．液压—机械式离合器

液压—机械式离合器自带——套液压系统，用来产生操纵离合装置的原动力。这样就可以保证在较大的惯性力下能够产生更加平稳的离合，以提高部件的耐用性和可靠性。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院离合4.4自由轮、离合器和旋翼刹车26

旋翼刹车通常用在发动机关车后尽快停止旋翼桨叶的转动或露天停放时保持旋翼静止。在大风天气，旋翼刹车的强风刹车功能还可以在发动机启动和慢车位时保持旋翼桨叶处于静止状态，以避免阵风造成桨叶直立。这项功能只能应用于装有自由涡轮轴发动机的盲升机上。旋翼刹车系统包括液压刹车和机械刹车两大类。4.4.3旋翼刹车南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.4自由轮、离合器和旋翼刹车271.液压刹车系统液压刹车系统主要由刹车盘、刹车片、活塞、补偿杆、回力弹簧和摩擦装置组成。当在活塞后部的油腔内提供液压压力时推动活塞，从而推动刹车片向刹车盘移动。当刹车片与刹车盘密切接触，刹车功能得以实现。刹车的同时，与活塞连接的补偿杆拉动摩擦装置一起移动，并压缩回力弹簧；当松开刹车时，液压油回流到液压油箱，在回力弹簧的作用下，活塞、刹车片反向移动，与刹车盘脱离。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.4自由轮、离合器和旋翼刹车28南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院292．机械刹车系统机械刹车系统由连接在传动轴上的刹车鼓轮、刹车操纵杆和刹车垫组成。刹车垫包围着刹车鼓轮，并连接刹车操纵杆。刹车操纵杆固定在附近的结构上，由一个中心枢轴与刹车鼓轮连接。刹车鼓轮极大地增大了摩擦面积，从而提高了刹车效率。当进行刹车操作时，飞行员拉动刹车操纵杆，刹车垫绕着中心枢轴转动，拉紧刹车鼓轮，在鼓轮和刹车垫的摩擦作用下完成刹车

4.4自由轮、离合器和旋翼刹车南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院304.4自由轮、离合器和旋翼刹车南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院313．旋翼刹车系统的维护（1）刹车盘的表面检查（2）刹车间隙检查（3）刹车系统排气4.4自由轮、离合器和旋翼刹车南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院32

发动机功率输出轴通过一根或几根中空的轴连接至驱动旋翼的主减速器齿轮箱。各传动轴之间靠轴承连接并固定安装在机身结构的加强部位。传动轴与传动轴、传动轴与齿轮箱的连接通常包括以下几种方式：（1）柔性连接。这种连接方式允许连接部件发生轻微变形，这种变形不仅不会造成传动部件的损坏，还可以吸收因扭矩变化而产生的振动。（2）花键连接。这种硬连接方式不允许连接部件发生变形，但便于驱动轴或其他部件的拆装。4.4.4传动轴及传动轴连接4.4自由轮、离合器和旋翼刹车南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院33

根据直升机不同的设计需要，传动轴通常被分为：（1）主传动轴。用于连接发动机、复合齿轮箱到主减速器齿轮箱。（2）中间传动轴。用于连接主减速器和中间减速器。（3）尾传动轴。用于连接中间减速器和尾减速器。4.4自由轮、离合器和旋翼刹车南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院34

不同的直升机，其传动轴的配置和安装区域也将有所不同。传动轴的连接方式有以下几种：（1）膨胀连接（2）法兰盘连接（3）花键连接（4）万向连接（5）传动轴支撑轴承、轴承套、轴承座和托架（6）柔性连接4.4自由轮、离合器和旋翼刹车南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.5传动系统监控35

直升机传动系统是一个复杂的综合系统，它包括数百个独立的部件。当其中的一个部件发生故障或者损坏时，极有可能危及直升机、机组和乘客的人身安全。为此，对传动系统的全面健康监控，及早地发现潜在故障就显得尤为重要。传动系统健康监控的方法通常包括以下几种：磁性金属屑探测器、油滤的污染监控、滑油光谱分析法、振动水平的监测、健康和使用监控系统（1HUMS）。为了提供一套多层次的、更可靠的健康监控体系，传动系统通常采用几种方法同时进行检测，极大地提高了系统的安全性和维护的可靠性。4.5.1传动系统健康监控南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.5传动系统监控361.磁性金属屑探测器磁性金属屑探测器的原始模型被称为“磁堵”。其磁性杆可以用来吸引悬浮在减速器和发动机滑油内细小的金属粉末。磁堵与其底座通常采用快卸的安装方式，这样便于日常的检查和加快拆卸速度，以防止拆卸过程中漏油。磁性杆上有两条环行的凹槽，用来安装密封用的“O”形圈。为了方便拆装时的用力，磁堵头使用滚花旋钮，并设计了3个突点，当磁堵被正确的安装到底座上时，磁堵上的突点与底座上的突点成一直线，这种纠错设计极大地减少了因磁堵安装不当而导致的滑油泄漏。磁堵底座通常采用一个自封活门，以保证在拆卸检查磁堵时不会漏油。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.5传动系统监控37

2．油滤的污染监控油滤通常用于主减速器、组合传动齿轮箱等较复杂的大部件的滑油过滤，这些部件的滑油冷却系统通常以油泵供油而非喷溅供油。油滤过滤掉一定尺寸的金属粉末和残渣，尺寸取决于油滤的过滤能力。过滤能力通常以微米或零点几微米来计算。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.5传动系统监控38

3．滑油光谱分析法（SOAP）

除了磁性堵塞和油滤上的一些颗粒之外，更加微小的金属或非金属的粉末通常悬浮在滑油中，这些微粒需要采用专门的技术手段才能探测到。滑油的光谱分析方法是一种定期的检查项目，可以进一步了解机械部件的磨损位置、材料和程度。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.5传动系统监控394．振动水平的监测直升机的振动水平检测能较早地发现传动系统部件的潜在故障和问题，便于在发生严重故障和问题之前，给予及时的纠正处理。振动水平的监测应遵守维护手册的时间间隔要求及时进行，或者在更换大部件后和帮助故障诊断时进行。直升机可以使用的振动分析与检测设备有很多，它们都是通过预先安装在指定位置的加速度计来获取振动数据。其中一些加速度计通过对振动频率的扫描、调谐得到一个固有的振动频率。通过振动检测设备，我们可以得到振动的速率和频率，按照维护手册的标准，就可以判断出振动水平是否在容许的误差范围之内。南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院4.5.2直升机健康和使用监控系统40

直升机使用的健康和使用监控系统包括飞行数据和舱音记录仪（CVR/FDR）或健康和使用监控系统（IHUMS）。1.飞行数据和舱音记录仪（CVR/FDR）

对于只安装CVR/FDR的直升机，一般要求：①在低于7000kg起飞重量的直升机上必须安装至少15个参数的CVR/FDR；②在高于7000kS起飞重量的直升机上必须安装33个参数的CVR/FDR。飞行数据采集与处理组件（DAPU）将采集的飞行数据和舱音记录保存在一个独立的存储单元。其中，飞行参数需要保留至少8个飞行小时的数据和3个各一