航空螺旋錐齒輪失油狀態(tài)下生存能力預(yù)測(cè)方法的研究.pdf

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，制空權(quán)的控制能力對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)具有決定性的作用，武裝直升機(jī)不需要機(jī)場(chǎng)跑道，可以依靠旋翼垂直起落、在空中盤(pán)旋停留、前后左右都能飛行，具有極高的機(jī)動(dòng)性和靈活性，受到各兵種的青睞。但是，在戰(zhàn)爭(zhēng)中，由于武裝直升機(jī)作戰(zhàn)飛行是處于低空或超低空空域，更容易受到從天上到地面多方位、多種類的攻擊。武裝直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)在作戰(zhàn)中中彈漏油失去潤(rùn)滑的情況下，將處于極端工作狀態(tài)，為了保證傳動(dòng)系統(tǒng)仍然能夠工作一定的時(shí)間，使受損的武裝直升機(jī)脫離戰(zhàn)場(chǎng)，尋找安全的

2、地點(diǎn)著陸，世界各國(guó)軍方和直升機(jī)工業(yè)對(duì)武裝直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)提出了基本的生存能力要求。螺旋錐齒輪具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、承載能力高等特性，自1913年問(wèn)世至今，一直是相交軸或交錯(cuò)軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳輸?shù)闹匾獋鲃?dòng)形式，是武裝直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要傳動(dòng)部件。螺旋錐齒輪失去潤(rùn)滑后的生存能力是武裝直升機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)生存能力的決定性因素之一。因此，進(jìn)行螺旋錐齒輪傳動(dòng)極端工況生存能力的研究，具有非常重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文以某型武裝直升機(jī)主減速器的螺旋錐齒輪為研究

3、對(duì)象，在加載接觸分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了失油狀態(tài)下生存能力的研究，并提出了提高其生存能力的措施。主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下：
　　 ⑴以空間曲面共軛原理為基礎(chǔ)，進(jìn)行了輪齒加載接觸分析，確定了輪齒的嚙合點(diǎn)位置、接觸點(diǎn)曲率、接觸橢圓的長(zhǎng)半軸和短半軸長(zhǎng)、輪齒接觸跡、齒間載荷分配、齒面間的滑動(dòng)速度和卷吸速度，并利用程序?qū)⑶蟮玫凝X面坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用自下而上，從低級(jí)到高級(jí)的方式，建立了有限元分析模型。
　　 ⑵多重網(wǎng)格法是求解橢圓

4、接觸彈流潤(rùn)滑問(wèn)題的一種有效方法，其計(jì)算速度快，收斂速度與網(wǎng)格尺度無(wú)關(guān)。分析了多重網(wǎng)格法及多重網(wǎng)格積分法的基本原理，研究了橢圓接觸充分供油條件下油膜厚度、油膜壓力的變化規(guī)律及主要參數(shù)對(duì)膜厚和壓力分布的影響。結(jié)果表明：油膜厚度隨著載荷參數(shù)減小、速度參數(shù)增大、材料參數(shù)增大而增大；載荷參數(shù)增大，壓力增大；速度參數(shù)增大，壓力峰尖銳化，并向入口區(qū)移動(dòng)；材料參數(shù)增大對(duì)壓力分布影響很小。
　　 ⑶利用有效供油膜厚判斷乏油程度，研究了橢圓接觸乏油

5、熱彈流潤(rùn)滑特性，結(jié)果表明：隨著有效供油膜厚的減小，膜厚減小，壓力區(qū)減小，乏油區(qū)增大，油膜溫度峰值和出口溫度升高。乏油區(qū)到壓力區(qū)存在部分油膜比例值的突變。載荷參數(shù)、速度參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)膜厚、壓力、油膜溫度及壓力區(qū)分布具有一定的影響。
　　 ⑷提出了螺旋錐齒輪乏油熱彈流潤(rùn)滑失效計(jì)算準(zhǔn)則——油膜厚度準(zhǔn)則，健立了適合螺旋錐齒輪乏油熱彈流潤(rùn)滑分析的局部動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系和膜厚方程，算例分析表明，膜厚沿接觸跡先減小后增大，壓力和油膜溫度先增大后減小

6、；膜厚、壓力和油膜溫度的極值出現(xiàn)于接觸跡中點(diǎn)附近偏向齒根。建立了螺旋錐齒輪乏油熱彈流潤(rùn)滑生存能力數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了算例分析，為其生存能力預(yù)測(cè)提供了一種有效的方法。
　　 ⑸在深入研究邊界潤(rùn)滑膜形成機(jī)理、結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑及失效機(jī)理基礎(chǔ)上，提出了螺旋錐齒輪邊界潤(rùn)滑下的失效計(jì)算準(zhǔn)則----邊界膜分解溫度準(zhǔn)則。推導(dǎo)了螺旋錐齒輪邊界潤(rùn)滑下潤(rùn)滑失效的臨界溫度方程，瞬態(tài)熱分析的導(dǎo)熱微分方程及各界面的邊界條件，熱分析模型和傳熱計(jì)算模型，各界面對(duì)流換熱

7、系數(shù)。應(yīng)用變分原理，利用ANSYS軟件研究了螺旋錐齒輪邊界潤(rùn)滑下瞬態(tài)溫度場(chǎng)變化規(guī)律。結(jié)果表明，齒面最高溫度點(diǎn)位于中點(diǎn)接觸跡附近偏向齒頂，且隨著嚙合周期的增加，分布區(qū)域逐漸變小，齒輪轉(zhuǎn)速對(duì)生存能力具有顯著的影響。提出了螺旋錐齒輪邊界潤(rùn)滑下生存能力預(yù)測(cè)方法，算例分析說(shuō)明該方法簡(jiǎn)便有效。
　　 ⑹以瞬時(shí)溫度準(zhǔn)則為熱膠合失效準(zhǔn)則，研究了螺旋錐齒輪干摩擦下的生存能力，給出了瞬態(tài)溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，建立了膠合失效時(shí)間的求解方法。螺旋錐齒輪失油

8、狀態(tài)下的生存能力是:乏油熱彈流潤(rùn)滑下的生存能力、邊界潤(rùn)滑下的生存能力和干摩擦下生存能力的總和，建立了各階段的預(yù)測(cè)模型，并給出了生存能力預(yù)測(cè)方法。對(duì)于轉(zhuǎn)速為8000r/min，轉(zhuǎn)矩為447.8N.M的算例進(jìn)行了分析，其失油狀態(tài)下的生存能力為12.65分鐘。
　　 ⑺螺旋錐齒輪失油狀態(tài)下生存能力的研究表明，輪齒的相對(duì)滑動(dòng)速度、齒面摩擦系數(shù)和齒間載荷分配決定了其生存能力。提出了提高螺旋錐齒輪失油狀態(tài)下生存能力的措施，并從減小摩擦系數(shù)方