直升机结构与系统第4章ppt课件.ppt

直升机结构与系统,第 04 章 直升机传动系统,直升机结构与系统 第四章 直升机传动系统,4.1 直升机传动系统的布局与类型,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，一般包括动力装置、减速器以及传动轴和联轴节等部件。典型直升机传动系统布局如图41。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,一般包括以下主要部件以及传动轴和联轴节等部件（见图42）：,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,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。,单旋翼直升机传统的单主旋冀/尾桨直升机具有设计简单的优点，但需要损失功率以驱动尾桨。经测算，在直升机悬停状态下，驱动尾桨大约消耗8%10%的有效功率，平飞状态下约消耗 3%4%的有效功率。另一个缺点是常规尾桨有可能发生的尾桨触地危险或伤害地面人员。,共轴双旋翼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。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,横列式双主旋翼设计布局的直升机在平飞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）。,纵列式双主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。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.2 减速器,4.2.1主减速器的功能,（1）安装、驱动主桨毂和桨叶主桨毂通过机械花键与主旋翼驱动轴连接，发动机驱动主减速器齿轮系，带动驱动轴转动，从而实现了降低输入转速、改变传动方向、增大输出扭矩的目的。为了保证主桨毂花键和主旋翼驱动轴花键之间的正确安装，双方各设计了一个圆锥形端面，以便确定安装中心。（2）减小发动机转速和改变传动角度主减速器借助于齿轮传动来降低输入轴转速。例如 S6l 和美洲豹直升机，发动机的输入主减速器的转数大约在1800024000rpm，为了实现接近100：1减速比，便采用普通定轴轮系减速和周转轮系减速相结合的办法，分几级将速度减至能满足主旋翼转速的限制要求。为了改变传动角度，主减速器采用了伞形齿轮，将水平输入方向改变成接近垂直的输出方向。（3）提供发动机的安装支点根据发动机与主减速器安装位置的不同，分为前置式和后置式两种。例如美洲豹直升机和S61 采用的是前置发动机，海豚直升机采用的是后置式的发动机。许多主减速器和发动机采用万向环连接，以克服高速转动下发动机输出轴与主减速器输入轴同心度的偏差。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,（4）安装旋翼刹车附件在刹车的过程中，为了使极大的刹车负荷不影响尾传动轴的同心度，一般将刹车作动盘设计安装在主减速器伞形齿轮的输出端，把刹车静止片安装在主减速器机匣壳体上，而不是直接安装在尾传动轴上。（5）驱动尾传动轴和尾旋翼尾旋翼通过尾传动轴及中间减速器和尾减速器与主减速器相连接，将主减速器的输出经过减速和改变传动方向，传动至尾桨毂，以实现其反扭矩功能。部分单主旋翼直升机没有设计尾旋翼，其反扭矩功能是通过气动力实现的，例如 MD600N 和MD902 直升机。（6）驱动主减速器附件齿轮箱通常情况下，主减速器的后部安装有附件齿轮箱，其驱动的附件包括：发电机、液压泵、滑油泵、扭矩表系统滑油泵、旋翼转速传感器；主减速器滑油冷却风扇驱动轴、尾传动轴。在一些涡轮轴发动机的附件机匣上，除了发动机自身工作所需要的附件以外，例如燃油泵、发动机滑油泵、转速传感器等，不能再提供其他附件的安装位置。直升机工作所需的其他附件则都必须依靠主减速器驱动；同时，在主减速器上安装和驱动附件，即使发动机发生故障，只要旋翼在转动状态下，附件仍然可被驱动。在一些直升机上，附件的驱动是通过传动轴直接连接到其中的一台发动机上来实现的。该传动轴及其传动齿轮在发动机和旋翼之间还包括一个自由轮装置，这样，在主旋翼不转动的情况下，仅启动一台发动机即可获得附件的工作状态，从而实现主减速器的预润滑和液压系统产生压力，在不使用地面设备的条件下，即可对飞行操纵系统和交流供电系统进行检查。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,（7）安装飞行控制部件利用主减速器机匣壳体的牢固特性，生产厂家将飞行控制系统的主伺服机构安装在减速器壳体的固定轭架上，这样既节省空间又便于安装控制。同样，尾伺服机构也直接安装在尾减速器机匣壳体上。（8）安装自由轮组件自由轮组件安装在主减速器的每一个输人端。这样，单台发动机驱动主减速器时不会带动另外一台发动机自由涡轮的转动。同样，在直升机自转着陆时，自由轮组件可以使旋翼转动时与发动机自由涡轮完全脱开。例如超美洲豹直升机主减速器的两个输入端带有自由轮组件。（9）接收多台发动机的输人，实现统一的输出安装有两台（或两台以上）发动机的直升机，不同发动机的输入配合通过主减速器的初级减速同步完成，或者是直接在输人主减速器之前就使用一个组合齿轮箱。这样，来自不同输入源的功率输入即可实现混合后的统一输出了。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.2.2 主减速器结构,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（见图43）。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。典型的主减速器部件包括：输入机匣；底部机匣及轴承支架；后部盖板；周向齿轮机匣；上部机匣。输入机匣和周向环行机匣由合金钢和镁合金制成。输入机匣采用花键与发动机功率输出轴的柔性联轴节连接，以克服高速旋转下的轴向同心度的微小误差。输入斜齿轮在锥形滚棒轴承的支撑下，连接自由轮组件，将功率传至主减速器的其他齿轮。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,底部机匣和轴承支架支撑着底部驱动轴、底部驱动轴向上与伞形齿轮、第一级周向齿轮的中心齿轮相连接，向后与输出斜齿轮、液压泵等附件驱动齿轮相连接。主减速器借助于齿轮传动来降低发动机输人轴转速，增大输出轴扭矩。由于发动机与主旋翼的转速差越大，旋翼轴的扭矩也越大，齿轮载荷也就越高，为了减轻载荷，就必须采取多级减速和齿轮系卸荷等保护措施。周向齿轮分两级减速即可实现这一目的。由于两级减速需要在较短的距离内实现较大的减速比，除增大齿轮部件的刚度和强度外，还可采取增加齿轮数量和增大齿轮尺寸的办法来吸收大扭矩载荷。上部机匣通过一对锥形滚棒轴承支撑主旋翼轴。主旋翼驱动轴底部花键槽与第二级周向行星齿轮连接。后部盖板位于底部机匣后部，支撑着一组直齿轮系，用于驱动减速器附件。一般减速器包括下列单元体：左/右输入减速齿轮系、主减速齿轮系（主伞形齿轮）、后减速齿轮系；周向减速齿轮系（2 级）、附件驱动系。由于周向齿轮和附件齿轮系采用了模块化的设计，所以在没有专用工具条件下，不需要返厂即可拆装更换。同样，底部机匣包括的自由轮组件、扭矩传感器和滑油泵也可以进行整体更换（如图44 所示）。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.2.3 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。目前，主减速器多采用润滑油经油泵加压、在减速器外部通过散热冷却后喷入减速器内部润滑、冷却的循环系统。润滑系统不仅可以起到润滑机械部件的作用，同时滑油可以带走热量，起到了给机械部件降温的作用。主减速器润滑系统通常包括以下主要部件：滑油泵、释压活门、滑油滤、温度调节活门、冷却装置热交换器；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。,在大型双发动机直升机上，由于主减速器内部齿轮和轴承承受着很大的载荷，一旦润滑系统失效，后果将不堪设想。尽管目前齿轮和轴承的设计有一定的干转能力，但摩擦产生的热量将会在齿轮之间、轴和轴承之间产生高热，形成“烧蚀”，直接影响传动部件的可靠性和安全性。作为主系统的备份，应急系统的设计使用，大大提高了系统的安全可靠性。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,润滑系统的工作原理：（1）正常操作程序（见图412）图 412主要部件索引：1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（60）；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：7 200 L/h）；17油面观察窗；18应急滑油泵（流量：7 200L/h）；19释压活门（36bar）；20分配活门（3bar户5 bar）；21金属屑指示灯；223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。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,油滤组件（见图45）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 m。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,（滑）油泵滑油泵用于加压滑油，位于主减速器底部集油槽的最低位，以便能最大量地吸人润滑油。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。,（1）直齿轮泵直齿轮泵的工作齿轮固定安装在泵体的空腔内，并浸润在滑油中，在主减速器附件齿轮箱的驱动下运转（见图46）随着工作齿轮的转动，齿轮泵进油口的滑油被吸人并通过工作齿轮流向需要润滑的齿轮和轴承。齿轮顶端成斜面设计，目的是在齿轮的啮合转动过程中消除因齿轮密切啮合而产生的滑油压力。为了防止滑油压力过高导致的旋转齿轮卡滞或齿轮轴被剪切，直齿轮泵还设置了一个释压活门，释压活门的释放压力通常高于润滑系统释压活门的调节压力，因此只有在系统释压活门压力调节功能失效时，直齿轮泵的释压活门才能发挥作用，以保证泵体的正常工作压力。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,（2）偏心齿轮泵偏心齿轮泵为常压油泵，因其工作齿轮的工作特点和性质而命名（见图47）。偏心齿轮泵是由一个内齿轮和一个外齿轮非同心安装而成的，其内齿轮是一个外缘6 齿的圆形齿轮，为主动齿轮；外齿轮是一个固定在泵体上的内缘7 齿的齿轮，为从动齿轮。,如图47 所示，当偏心齿轮泵旋转从A 点到B 点时，主动齿轮与从动齿轮之间的容积增大，即为吸油的过程，持续旋转从B 点到A 点时，主动齿轮和从动齿轮之间的容积减小，即为放油过程。由于齿轮外形的设计特点，内、外齿轮之间具有极佳的啮合状态，所以，偏心齿轮泵的工作噪音很低。偏心齿轮泵的释压活门与泵体形成一个整体，它可以提供10bar 左右的压力，7 200Uh 的流量，因而也被称为常压油泵。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,散热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（见图49）。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。滑油冷却风扇的驱动方式包括：由中间减速器带动，并通过皮带传动；由一根传动轴连接主减速器附件齿轮箱传动；由减速器直接驱动；电动马达驱动。系统状态指示（1）压力指示、警告；（2）温度指示、警告；（3）磁性堵塞（金属屑探测器）探测警告等。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,应急润滑系统由应急滑油泵供油，压力滑油不经过热交换器直接流向润滑部件。应急系统作为主润滑系统的备份，一旦主系统出现因机械故障、滑油泄漏导致的压力下降，应急系统将发挥作用直接向润滑部件供油，以保证主减速器传动部件的润滑，但循环的滑油不再被冷却。为此，应急系统滑油泵的吸油点要低于主滑油泵的吸油点，这样在因滑油泄漏液面低于主滑油泵吸油点时，主系统通路被切断，由应急油泵参与工作，以发挥最大的润滑效率。,4.2.4 应急喷洒系统,当主滑油泵故障导致主系统压力下降时，分配活门 20 被打开，同时打开了应急滑油泵的吸油路。滑油在应急油泵的作用下，不经过热交换器13，直接由应急管路流往润滑部件。此时，主减冷却失效（MGBCOOL）警告灯亮起，警告机组滑油冷却失效。在这种热油润滑的条件下，主减速器在最低功率下仅能操作使用2h，以完成安全返场或紧急着陆。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.2.5 其他减速器,中间减速器中间减速器通常为镁合金铸造壳体，内部安装有一组混合齿轮，其用途为改变传动方向和改变传动转速并传递至尾减速器（见图413）。中间减速器普遍采用浸润式润滑（又称湿槽式润滑）方式，即齿轮在滑油中运转的润滑方法。中间减速器采用风冷的方式进行滑油冷却，为改善冷却效果，减速器通常会尽可能地增大其迎风面积。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,尾减速器尾减速器通常也是镁合金铸造壳体，内部安装有一组混合齿轮，其用途为改变90的传动方向和获得正确的尾桨转速（见图414）。由于尾旋翼的负载需要通过尾减速器传递到机身，所以尾减速器的壳体强度、安装稳固性和刚度都必须满足要求。,与中间减速器类似，尾减速器同样采用浸润式润滑（又称湿槽式润滑）方式。由于尾旋翼变矩的需要，尾减速器通常采用一个中空的输出轴，变矩控制杆穿过这根轴将尾伺服机构与尾桨毂连接在一起；也有一些类型的尾减速器实在外部安装变距控制机构。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.2.6 维护,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。减速器内部滑油冲洗下列情况下，主减速器需要进行彻底冲洗并更换新的滑油：更换不同标准的滑油产品；当减速器内发现有大量的金属粉末；经过封存后的减速器，更换油封油为工作滑油。减速器冲洗步骤：彻底排放减速器内滑油；装好排放堵塞，按照维护手册的要求，重新添加正确的滑油；进行地面开车，使减速器达到正常的操作温度并稳定 1015 min；热油状态下，再次排放减速器内滑油；重新检查金属屑探测器和加油口粗滤，并进行清洁；更换滑油滤；排放并清洁热交换器；重新添加正确的滑油，并确定正确的液面高度。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,主减速器的调节和测试当主减速器装机后，必须进行一系列的检查和测试，以确保该部件安全可靠。通过地面试车和大约30min 的悬停测试，机组人员应密切注意减速器在工作状态时滑油温度和滑油压力是否正常稳定。测试结束后，应对金属屑探测器和滑油滤进行检查。另外，连接主减速器输入端的发动机高速轴和滑油冷却风扇的驱动轴也应该进行振动和平衡检查，通过测量、计算和合理的调节，使振动值维持在规定的范围内。,减速器滑油污染当滑油滤或金属屑探测器中发现有金属颗粒时，可以判定减速器内部出现了故障。但是这并不表明该减速器不能继续使用。维护人员可以使用过滤纸对滑油进行过滤，析出金属颗粒来加以研究和判断。通过对金属颗粒的数量、来源、形状、金属类型、减速器的使用方式、曾经出现过的故障、使用时间（包括 TSN 和TSO）和使用履历的综合分析和判断，最后才能确定是否能够继续使用该减速器。金属颗粒根据不同的金属类型可能为钢、银、镉、铝、镁、铜、铜锡合金或酚（石炭酸）等。,减速器的可用性检查如果仍然对减速器的可用性存在怀疑，可参考机型维护手册提供的检查程序对减速器进行检查和监控，并严格按照报废标准予以更换。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,减速器的防腐保护主减速器金属表面的维护应根据作业区域的特殊气候环境，制定一整套系统的预防性保护措施。周期性地进行冲洗、清洁、检查、腐蚀表象的确认和及时处理、表面保护处理将会有效地降低发生腐蚀的几率。减速器表面的检查应注意以下几点：检查表面是否存在擦伤或磨损；检查表面锌铬酸盐底漆和表面保护漆的状态；检查不同金属结合面是否存在较为明显的腐蚀；检查固定螺栓、螺钉和其他紧固件周围区域是否存在腐蚀；底漆和密封的状况；当需要拆卸某些部件或设备时，对于主体结构上平常不容易观察的表面进行重点的检查；使用正确的溶剂清洁受腐蚀侵袭的表面；根据需要及时修补底漆；根据需要重新密封连接部位；及时修补表面保护漆；定期清洁并使用防腐材料保护，使用 WD40 可有效去除水分和潮湿气候的影响。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.3 扭矩测量系统,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的轴马力。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。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.3.1 油压式扭矩测量系统油压式扭矩测量系统是通过压力传感器感应一个扭矩活塞腔中油压的变化来进行扭矩测量的。齿轮泵使进入测量系统扭矩活门的滑油具有一定的压力。由于机械传动部件的扭力变化，传动部件的线形移动直接影响着扭矩活门的开度，其开度决定了进入压力的大小，从而经比例测算得出扭矩值。4.3.2 霍耳效应传感器扭矩系统霍耳效应传感器扭矩系统通过测量主减速器输入轴的相对扭转量来获得发动机的扭矩值。发动机输出轴的后端连接着一个带有均匀凹槽的轴套，旋翼轴前端连接有一个带有均匀齿条的轴套，二者交叉安装在扭矩轴的外部。齿条和凹槽之间存在着一个等宽的间隙。由于驱动旋翼负载和发动机扭矩之间存在相互作用的应力，扭矩轴在这种反向应力下发生扭转，从而改变了齿条和凹槽之间间隙的宽度。正对着间隙的位置，在减速器壳体上安装有一个霍耳效应（电磁）传感器。由于间隙宽度的变化，导致传感器的磁场改变，从而产生了一个电脉冲信号。这个电脉冲信号的图形直接反映出间隙宽度的变化，即扭矩的变化值。通过扭矩计算机的处理，这个脉冲信号以直流电压的形式传递至扭矩表，根据电压和扭矩值的比例关系换算，我们可以直接从扭矩表中读出真实的扭矩值。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,如图428 和429 所示，当扭矩增大时，E1 间隙将随之变小。根据E1 和E2 的不同位置对传感器磁场的干扰，脉冲信号的图形也发生规则的“宽度”变化。经扭矩计算机的处理，不同的电压降信号在扭矩表上反映出目前真实的扭矩值。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.3.3 变形测量仪电子扭矩系统以 28 V 直流电压作为供电来源的变形测量仪电子扭矩系统包括以下主要部件：驱动线圈指示器，单位：磅/英尺（1b/ft）；一个电子组件，包括 1 个8K C/S 的晶体振荡器、2 个晶体管放大器、指示平衡组件、解调器和按压测试转换继电器；一个扭矩传感器。包括：带有变形测量仪的主轴和旋转变压器。该系统的工作原理是：当主轴上的扭矩为零时，28V 直流供电给8000Hz晶体振荡器，经放大器放大，进入传感器的旋转变压器的输入端，此时，旋转变压器无输出。当主轴上产生扭矩时，变形测量仪的两个“电臂”被压缩，另外两个被拉伸，电桥失去平衡。旋转变压器输出端产生输出信号，信号经放大、解调后送到扭矩仪表。由于这个信号的强度与主轴上扭矩的大小相对应，因而它代表实际的扭矩值。系统的测试装置包括了安装在主仪表板上的测试按钮。当按压测试按钮时，电子组件中的继电器开始工作，旁通了传感器的正常输入。系统同时给仪表一个设定信号，扭矩表就指示设定的扭矩值了（见图430）。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.3.4 光电扭矩测量系统光电扭矩测量方法与霍耳效应传感器的扭矩测量方法相类似，它也是通过测量两个相对盘的角度变化而获得扭矩值。唯一不同的是，光电扭矩测量系统使用了一个光源和光学传感器来完成位移测量（见图431）。扭矩轴通常安装在发动机和离合器/自由轮组件之间，扭矩轴的一端固定有一个带有3 个突出销的圆盘，另外一端固定有一个带有3 个切口的圆盘。当扭矩为零时，圆盘的突出销与另一圆盘的切口成一条直线。当扭矩发生时，扭矩轴扭转，突出销和切口的相对位置也发生变化。光源放置在圆盘的一侧，光学传感器则位于圆盘的另一侧。当扭矩轴旋转时，光学传感器可感受到光的频率；,当扭矩升高或者降低时，由于突出销和切口的相对位移，光的频率也发生了变化。传感器根据频率的不同产生了不同的电信号，可以在扭矩表上以百分比的形式显示出来。,直升机结构与系统 第四章 直升机传动系统,4.4 自由轮、离合器和旋翼刹车,4.4.1 自由轮组件,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。,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（见图416）。当内环在发动机的驱动下转动时，滚棒轴承骑在内环凸轮的斜面上且紧压外环，将转动传递到与外环连接的旋翼驱动齿轮上，从而形成了一个方向相同的同步连接。当旋翼的转速大于发动机的转速时，即外环转速大于内环转速时，滚棒轴承失去了楔形挤压，内环与外环独立转动。,滚棒式自由轮组件,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,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，制动轮式自由轮组件工作原理图如图417 所示。,制动轮式自由轮组件的外环与发动机输出端相连，内环连接旋翼的驱动轴。当发动机转动带动外环转动时，挡块挤压制动轮轴承，使内环与外环卡死，一起同方向转动。当旋翼试图驱动发动机转动，例如空中单台发动机停车时，制动轮轴承不受挡块影响，内环与外环独立转动。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.4.2离合器,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。,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（见图418）。,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。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,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。,液压机械式离合器（见图419）液压机械式离合器自带一套液压系统，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。,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。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,液压机械式离合器由主动盘、从动盘、圆形外壳、自由轮机械锁装置、液压部件和控制开关等装置组成。其中，主动盘连接着发动机输出端，从动盘连接主桨毂驱动轴。当发动机启动时，主动盘转动，从动盘则处于静止状态。液压部件包括一个电动液压泵。当飞行员操纵液压泵工作时，液压油进入主动盘，在离心力的作用下，一定量的液压油被甩到从动盘的内腔。这样，液压油传递了转动所需的能量，使从动盘转动，从而带动主旋翼转动。当旋翼转速接近正常转速时，旋翼在惯性作用下继续转动。此时，飞行员控制自由轮组件，机械推动滚棒处于预啮合位置，再推动发动机油门控制杆，随着发动机转速的升高，自由轮将完全啮合，传动得到良好的传递。当主动盘和从动盘完全啮合时，飞行员关闭液压电动泵的开关，液压油将流回到油箱内。当发动机关车时，旋翼转速也随之下降，自由轮和机械锁装置将自动回到分离的位置并保持在此位置上。,4.4.3 旋翼刹车,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直升机上。旋翼刹车系统包括液压刹车和机械刹车两大类。理论上讲，旋翼刹车系统可以安装在传动系统内自由轮组件之后的任何地方。通常情况下，旋翼刹车安装在主减速器伞形齿轮的驱动输入端，但也有部分直升机选择将旋翼刹车系统安装在主减速器之后的传动轴上。为了实现野外停放刹车和强风启动的功能，刹车系统还安装有一些机械部件，如棘齿、棘轮机构、几何锁、定位器等。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,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。,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（见图）。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,当刹车片和刹车盘发生磨损时，为了弥补刹车间隙，补偿杆在摩擦装置中的位置也将随着刹车盘/片的磨损前移。刹车盘/片的磨损量可以通过补偿杆在压紧螺母上的伸出长度来确定。在直升机机型维护手册中通常会给定最小伸出长度的范围，而最小伸出长度对应着最大的磨损量，因此我们就可以判断出刹车盘/片最大的允许磨损范围。在安装刹车组件的过程中，压紧螺母的安装力矩非常重要，当安装力矩过大时，补偿杆将不能在摩擦装置中移动，不能发挥其磨损补偿作用。当刹车片和刹车盘发生磨损时，为了弥补刹车间隙，补偿杆在摩擦装置中的位置也将随着刹车盘/片的磨损前移。刹车盘/片的磨损量可以通过补偿杆在压紧螺母上的伸出长度来确定。在直升机机型维护手册中通常会给定最小伸出长度的范围，而最小伸出长度对应着最大的磨损量，因此我们就可以判断出刹车盘/片最大的允许磨损范围。在安装刹车组件的过程中，压紧螺母的安装力矩非常重要，当安装力矩过大时，补偿杆将不能在摩擦装置中移动，不能发挥其磨损补偿作用。如果液压油量不足，液压管路内必然进入空气，这样会造成刹车疲软和停留刹车失效。如果系统中因存在空气导致气塞或刹车疲软，我们可以通过刹车组件上的放气口对系统进行排气。当直升机在阳光充足的炎热天气条件下露天停放时，由于液压油受热膨胀，液压系统内的压力会逐渐升高，为此，系统设置了一个缓压活门，它可以通过改变系统容积来降低系统压力，从而使过高的系统压力恢复正常。驾驶舱内的刹车指示灯为飞行员提供刹车信息。当压力提供给刹车系统时，指示灯亮起，说明刹车系统工作正常。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,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（见图421）。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,旋翼刹车系统的维护（1）刹车盘的表面检查目视检查和测量刹车盘的厚度和表面物理特性，包括是否存在划痕、裂纹、变形和过热痕迹。具体的检查标准可参照机型维护手册的相关章节。（2）刹车间隙检查刹车间隙检查的大致步骤为：重复刹车三次，松开刹车，对刹车盘和两侧刹车片的间隙进行测量。（3）刹车系统排气不同机型刹车系统排气的具体程序和步骤必须参照机型的维护手册进行。刹车系统的排气操作通过操纵刹车产生的工作压力，可将系统中的气体从排气孔排出。排气的过程中，严格避免液压油与刹车盘/片的接触。排气结束后，拧紧排气孔螺栓并打上保险。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.4.4 传动轴及传动轴连接,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。在航线维护过程中，所有的轴承必须定期进行润滑以降低磨损和减少摩擦，并严格按照维护手册的要求，按时进行同心度的测量。传动轴及其部件的拆装必须严格按照机型维护手册提供的工作程序进行，不当的安装将导致传动轴的应力不平衡并损坏相邻部件。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。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,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,膨胀连接也可以用于克服驱动轴与减速器的安装容差。如图 422 所示，膨胀连接是通过4 个钢球在驱动部件和从动部件之间的轴向凹槽内滑动来克服热膨胀变形，这样连接部件之间的轴向应力将被钢球的位移所取代，以达到更好的传递扭矩的目的。,（2）法兰盘连接在需要长距离传递扭矩时，为了使传动轴拆装方便，往往会采用多根传动轴相互连接的办法来实现。这些传动轴之间的连接通常就采用法兰盘的连接方式（见图423）。然而，由于减速器在机身上安装位置的差异，传动轴的安装必然会产生误差。为了克服这种误差给传动轴安装带来的偏心、局部应力和负载，通常在法兰盘之间添加一种可以调整的垫片以减少误差。,在有些直升机上，发动机涡轮轴与主驱动轴之间采用膨胀连接方式（见图422）。这种连接方式主要是为克服发动机正常工作时因高温膨胀引发的主驱动轴上产生较大负载。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,（3）花键连接键连接类似于法兰盘的连接方式，主要都是为了克服传动轴之间的轴向位移（见图424）。花键连接是由外花键和内花键配合在一起的一种连接方式。出于平衡的考虑，某些花键设计有一个特殊的花键齿和花键槽，确保了每次安装时能够正确地定位。,（4）万向连接当传动方向出现一个微小的角度变化时，通常采用万向接头的连接方式（见图425）。万向接头位于两个传动轴之间，通过若干轴承臂、滚棒轴承连接而成。这种自由的连接方式可以轻易地改变传动轴的传动方向和角度。为了减少摩擦，降低轴承的磨损程度，我们可以通过轴承臂上的注油嘴定期对轴承进行润滑。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,（5）传动轴支撑轴承、轴承套、轴承座和托架轴承、轴承套、轴承座和托架支撑着传动轴进行长距离的传动（见图426）。支撑轴承和轴承套通常直接安装在传动轴上，成为传动轴部件的一个组成部分。轴承安装在轴承套内，带有减振装置的轴承套通过衬套和安装螺栓固定在轴承座上。轴承座通过安装螺栓固定在托架上，两者之间调整垫片的使用可以保证所有的轴承座处在一条直线上，这样就避免了传动轴设备的安装变形。托架通常铆接在机身的加强结构上。机型维护手册中详细规定了传动轴部件的检查项目和轴承安装的间隙要求。检查项目通常包括传动轴的同心度检查、轴承与安装座的间隙检查及振动水平的测量。,（6）柔性连接在大多数直升机传动系统中，传动轴与传动轴、传动轴与减速器法兰盘之间的连接均采用柔性连接方式（见图427）。这种连接方式可以很好地缓解横向和纵向的轻微变形。柔性连接是靠柔性片来实现的。柔性片是一组不锈钢薄片，经机械加工后成为规则的扁平片状连接件。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,在贝尔 206 直升机上，柔性片之间成90o角安装。这样，不同柔性片的纹理方向（金属晶体排序）被交叉叠加，增大了柔性片的柔韧性和变形能力。西科斯基的S61 直升机上使用的柔性连接片在生产厂家已经进行了编号，按照其编号进行安装，将保证柔性片纹理方向的合理变化。所以，在柔性片的拆装过程中，其位置、顺序和排列应做好标记，这样就可以保证每一个柔性片能够安装到原位置上，从而维持传动轴平衡和减少传动轴振动。这种单片的连接方式被称为托马斯连接（THOMAS COUPLING）。而在其他的一些直升机上，例如美洲豹直升机，多个柔性薄片被重叠制成一个柔性连接片，这样极大地简化了拆装过程。使用托马斯连接方式，柔性片两边的安装垫片不能使用平垫片，必须是凸形垫片，这样，当柔性片变形时不会因挤压垫片而造成柔性片的损坏。另外，在传动轴和法兰盘之间可能会存在一定的间隙，可以通过加装一些薄垫片来进行调整。需要强调的是，这些调整垫片必须安装在螺栓头或螺帽的一侧，不得直接安装在柔性片上。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,4.5 传动系统监控,传动系统健康监控,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（IHUMS）。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 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。,直升机结构与系统第四章 直升机传动系统,为