直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)彎曲振動問題淺析

張文豹 周銀鑌 賀啟盛

摘 要：本文對直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡介，對兩支承及多支承的彎曲振動問題進(jìn)行了分析，并提出了彎曲振動模型建立方法，可為直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)的研制提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：尾傳動系統(tǒng)；彎曲振動

1 直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介

直升機(jī)傳動系統(tǒng)一般由“兩軸三器”即動力軸、尾傳動軸（包含水平傳動軸及尾斜軸）、主減速器、中間減速器、尾減速器或“兩軸兩器”即動力軸、尾傳動軸、主減速器、尾減速器組成，“兩軸三器”的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。而尾傳動系統(tǒng)不包含主減速器及動力軸。

1.1 尾傳動軸

尾傳動軸是直升機(jī)傳動系統(tǒng)的重要動力傳輸部件之一，其主要功能是將主減（或者發(fā)動機(jī)）輸出的功率和轉(zhuǎn)速傳輸給尾減，進(jìn)而驅(qū)動尾槳的運(yùn)轉(zhuǎn)。

尾傳動軸組件一般由尾水平軸和尾斜軸兩部分組成。尾水平軸連接主減與中減，一般采用多段尾軸結(jié)構(gòu)，每段軸采用薄壁管結(jié)構(gòu)，通過鉚接與連接法蘭或花鍵接頭固定，采用一定數(shù)量的軸承座支撐在直升機(jī)尾梁上，跨距較長；尾斜軸連接中減與尾減，一般只有一個軸段。

1.2 中間減速器

中間減速器是直升機(jī)傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，其主要作用是將尾水平軸的功率和轉(zhuǎn)速按設(shè)計要求傳遞給尾斜軸，并且換向，同時將載荷傳遞給直升機(jī)機(jī)身。中間減速器的功能是將尾水平軸的扭矩和運(yùn)動（包括轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向）按起直升機(jī)總體布置和性能要求經(jīng)中間減速器內(nèi)的齒輪傳動鏈減速、換向傳輸給尾斜軸。

1.3 尾減速器

尾減速器是直升機(jī)傳動系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件之一，其主要作用是將尾斜軸的功率和轉(zhuǎn)速按設(shè)計要求傳遞給尾槳，并且換向，同時將自身產(chǎn)生的載荷和尾槳產(chǎn)生的氣動載荷傳遞給直升機(jī)機(jī)身。尾減速器的功能是將尾斜軸的扭矩和運(yùn)動（包括轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向）按直升機(jī)總體布置和性能要求經(jīng)尾減速器內(nèi)的齒輪傳動鏈減速、換向傳輸給尾槳，并承受和傳遞直升機(jī)尾槳系統(tǒng)各種狀態(tài)下的載荷。

2 彎曲振動問題分析

上文提到，直升機(jī)主要擁有傳動軸與水平軸兩種軸承結(jié)構(gòu)，其中水平軸主要由多段空心軸與連軸器組成，并且還需要多個軸承支承，它的作用與傳動軸相同，都用于兩大減速器之間的動力傳遞。為了確保水平軸在實(shí)踐中能夠得到良好的運(yùn)用，設(shè)計人員需要針對其運(yùn)作狀態(tài)與轉(zhuǎn)動速率進(jìn)行計算。但由于水平軸的力學(xué)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，單單依靠傳統(tǒng)的計算方法很難真正的了解其運(yùn)行水平，因此設(shè)計人員還需要將其看做為一種具有一定支承剛度的彈簧系統(tǒng)。水平軸聯(lián)軸器的法蘭盤質(zhì)量越大，對于直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)的動力學(xué)影響就會越大，將水平傳動軸末端的減速器的單側(cè)錐齒輪作為集中質(zhì)量點(diǎn)，可以使計算過程更能滿足實(shí)際需求。

3 彎曲振動模型建立

尾斜軸等效作為一種質(zhì)量梁，水平軸段等效作為一種連續(xù)梁，可以將其簡化為具有一定剛度的彈簧，將其與尾減速器系統(tǒng)、中間減速器系統(tǒng)進(jìn)行簡化，會轉(zhuǎn)變?yōu)閺椈山M合件、具有轉(zhuǎn)動慣量的質(zhì)量及支座等效的彈簧。在直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)中，尾斜軸構(gòu)成了整體的動力傳動系統(tǒng)，尾傳動系統(tǒng)尾斜軸包括尾斜傳動軸、膜片聯(lián)軸器及動螺旋錐齒輪、尾減速器等。在對水平軸進(jìn)行分析時，需要對減速器系統(tǒng)簡化為具有一定支承剛度的彈簧系統(tǒng)，將聯(lián)軸器作為一個集中質(zhì)量點(diǎn)單元，并將其與另外一個支承單元相組合。需要將水平傳動軸末端的減速器的單側(cè)錐齒輪作為一個集中質(zhì)量點(diǎn)單元，進(jìn)而構(gòu)建出一個尾傳動系統(tǒng)尾斜軸彎曲震動動力學(xué)計算模型。

4 軟件功能分析

通過分析尾傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建系一比一的集合模型，并通過Matlab計算格式對模型進(jìn)行簡化，在此次數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建中，為了達(dá)到更好的計算效果，筆者將傳動軸與尾斜軸都當(dāng)成圓盤彈簧系統(tǒng)，該系統(tǒng)中主要包括空心軸段、聯(lián)軸器、中間減速器以及尾減速器等部件，筆者通過測量與分析這些部件的力學(xué)特性，以達(dá)到尾傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析效果。由于直升機(jī)的聯(lián)軸器質(zhì)量分布較為均勻，因此會對系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動特性產(chǎn)生較大的影響，因此除了上述因素外，設(shè)計人員還需要綜合考慮聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣性帶來的影響。

通過利用計算機(jī)中的Matlab6.5版本系統(tǒng)，在窗口中輸入正確的尺寸、類型等信息，實(shí)現(xiàn)對尾傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動特性的快速分析，達(dá)到更好的動力學(xué)特性分析效果。

5 結(jié)束語

本文對直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)多支承彎曲振動特性進(jìn)行了分析，并建立了彎曲振動模型，對直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)的完全振動建模的建立方法進(jìn)行了分析，并對分析軟件進(jìn)行了介紹，可為直升機(jī)尾傳動系統(tǒng)的研制提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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