發(fā)動機構造附件傳動裝置和減速器

發(fā)動機構造附件傳動裝置和減速器第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)動機系統(tǒng)和附件傳動齒輪箱在航空發(fā)動機中，除了進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管等主要部件外，還有一些保證發(fā)動機正常工作所需的各種附屬系統(tǒng)，稱為發(fā)動機系統(tǒng)，如起動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。在發(fā)動機系統(tǒng)和飛機系統(tǒng)（如液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等）中，有一些發(fā)動機附件（如滑油泵、燃油泵等）和飛機附件（如液壓泵、發(fā)電機等）有一定的功率、轉速和轉向要求，需要由發(fā)動機轉子來驅動。這些附件一般都裝在專門的附件傳動機匣上，該附件傳動機匣直接安裝在發(fā)動機上。在發(fā)動機中，通常有一個或幾個附件傳動機匣或稱為附件傳動齒輪箱。第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1附件傳動裝置將發(fā)動機轉子的功率、轉速傳輸?shù)礁郊Ⅱ寗痈郊砸欢ǖ霓D速和轉向工作的齒輪輪系及傳動軸的組合體，稱為附件傳動裝置。在現(xiàn)代航空發(fā)動機上，傳動發(fā)動機附件的功率約占渦輪功率的0.2～0.5%，傳動飛機附件的功率約占渦輪功率的0.3～0.6%，一臺大型航空發(fā)動機附件傳動所消耗的功率可達3.0～3.7kw（400～500馬力）。附件及其傳動裝置的重量約占發(fā)動機重量的15～20%。附件傳動裝置一般由中心傳動裝置和外部傳動裝置兩部分組成。第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-1附件傳動裝置圖6-2附件傳動裝置簡圖第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

中心傳動裝置的功用是將發(fā)動機轉子的轉動變?yōu)榕c發(fā)動機軸線相垂直的轉動。以便將發(fā)動機轉子的一部分功率傳遞到發(fā)動機外。中心傳動裝置一般由一對錐型齒輪1和2組成。外部傳動裝置的功用是將垂直于發(fā)動機轉子軸線的轉動變?yōu)檩S向的轉動，并將傳遞到發(fā)動機外的功率分配給各附屬系統(tǒng)。外部傳動裝置一般由一對錐型齒輪3和4組成。

驅動力：在單轉子發(fā)動機中，附件傳動裝置均由壓氣機軸驅動。有的由壓氣機前部傳動，有的由壓氣機后部傳動。在多轉子發(fā)動機中，主要附件均由高壓轉子驅動。低壓轉子、中壓轉子只驅動該轉子的轉速傳感器、轉速調節(jié)器、輔助滑油泵等。第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

附件傳動裝置的安裝附件傳動裝置在發(fā)動機上的安裝位置，除應考慮環(huán)境溫度影響，即不要安裝于高溫區(qū)外，還應考慮到應使維修人員便于接近附件，即應具有較好的可達性。為此，如果飛機上的發(fā)動機距地面較近時，附件機匣最好裝在發(fā)動機的上方。又如，在大直徑高涵道比的渦扇發(fā)動機中，最好將附件置于核心機的下方，維護時只需打開發(fā)動機短艙罩，維護人員即可直接達到附件。第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-3附件傳動裝置的結構布局第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2雙速傳動裝置6.2.1概述

為了減少發(fā)動機附件的數(shù)目，減輕發(fā)動機的重量，有些發(fā)動機將起動機與發(fā)電機作為一體，成為起動-發(fā)電機。發(fā)動機起動時，作為直流電動機，輸入直流電后驅動發(fā)動機轉子旋轉；起動后，作為發(fā)電機，由發(fā)動機驅動向飛機提供直流電。起動-發(fā)電機作為起動機起動發(fā)動機時，需要有較大的扭矩作用于發(fā)動機轉子上，因此需要減速后傳動轉子；發(fā)動機正常工作時，轉子轉速較高，而發(fā)電機的轉速一般約為8000轉∕分，轉子需減速后傳動發(fā)電機。這樣就造成發(fā)動機采用起動-發(fā)電機時，需采用不同的傳動比帶動起動-發(fā)電機，因此，在附件傳動機構中應設置一套雙速傳動裝置，來滿足起動-發(fā)電機在兩種狀態(tài)下的傳動比的要求。第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月雙速傳動裝置第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2雙速傳動裝置的組成

典型的雙速傳動裝置由兩對正齒輪，一套棘爪離合器，一套摩擦離合器，一套滾棒離合器組成。如右圖所示。圖6-4典型的雙速傳動裝置第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月一、摩擦離合器摩擦離合器是起過載保護作用的。它由一組銅片、鋼片、彈簧和內齒輪、外齒輪等組成。圖6-5摩擦離合器第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二、滾棒離合器滾棒離合器為超越離合器的一種。它由外環(huán)、隔圈、星形輪、卡圈、滾棒和前、后蓋板等組成。圖6-6滾棒離合器工作原理圖第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-7滾棒離合器第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三、棘爪離合器棘爪離合器也是超越離合器的一種，它由棘輪、離合子、以及安裝離合子的安裝座等組成。圖6-8棘爪離合器第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.3雙速傳動裝置的工作原理雙速傳動裝置是借助兩套超越離合器，通過兩條不同的傳動路線，自動地獲得在起動與發(fā)電兩種工作狀態(tài)下所需要的兩種傳動比。起動發(fā)動機時，起動-發(fā)電機經A軸通過摩擦離合器帶動齒輪4并傳動齒輪5，使棘爪離合器的棘輪轉動，棘爪離合器合閘，通過離合子使安裝座，即齒輪6轉動并傳動齒輪7，達到減速的目的，帶動與附件傳動裝置主傳動軸相連的軸B。滾棒離合器處于離閘狀態(tài)。

當發(fā)動機起動后，切斷起動-發(fā)電機的電源，起動機有停轉的趨勢。發(fā)動機轉子通過主傳動軸B帶動齒輪7，使?jié)L棒離合器的星形輪轉速大于外環(huán)的轉速而自動合閘。此時，棘爪離合器的外環(huán)轉速低于內環(huán)轉速而處于離閘狀態(tài)。也即在起動-發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)時，發(fā)動機轉子經附件主傳動軸B通過滾棒離合器、摩擦離合器直接驅動發(fā)電機工作。第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月起動時的傳動路線：起動－發(fā)電機（經軸A）（起動機狀態(tài)）摩擦離合器1齒輪4———齒輪5棘爪離合器2（合閘）

齒輪6———（滾棒離合器3離閘）齒輪7附件傳動裝置主傳動軸B附件傳動裝置發(fā)動機轉子第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月起動后發(fā)電狀態(tài)的傳動路線（經軸A）起動－發(fā)電機（發(fā)電狀態(tài)）摩擦離合器1

齒輪7附件傳動裝置主傳動軸B發(fā)動機轉子附件傳動裝置滾棒離合器2（合閘）棘爪離合器2（合閘）第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3恒速傳動裝置6.3.1概述在大中型飛機上，所采用的電源均為400Hz、115伏的交流電。交流電的質量取決于其頻率的恒定，取得恒頻交流電的方法目前有兩種：電子式和機械式。交流發(fā)電機是由發(fā)動機通過附件傳動裝置來驅動的。對于機械式，交流發(fā)電機輸出的交流電的頻率f與發(fā)電機的電極對數(shù)p及發(fā)電機軸的轉速n有關，其關系為：第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

當發(fā)電機的電極對數(shù)p一定時，發(fā)電機輸出的交流電的頻率f就只與發(fā)電機軸的轉速n有關。為此，要得到恒頻交流電，交流發(fā)電機的轉速必須恒定。例如，對于f＝400Hz，p＝4，要求發(fā)電機的轉速n＝6000轉/分。但發(fā)動機的轉速是變化的，為此在發(fā)動機的附件傳動裝置和發(fā)電機之間應有一套保持交流發(fā)電機轉速恒定的變傳動比裝置，即恒速傳動裝置。恒速傳動裝置的輸入軸與發(fā)動機附件傳動裝置相連，轉速是變化的，輸出軸與交流發(fā)電機軸相連，轉速是恒定的。所以恒速傳動裝置的功用就是在發(fā)動機的各種狀態(tài)下（即各種轉速下）使交流發(fā)電機以恒定的轉速工作，以輸出頻率為400Hz的恒頻交流電。第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于發(fā)動機從慢車到起飛工作狀態(tài)，其轉速變化的范圍很大，所以恒速傳動裝置有三種工作狀態(tài)：（1）增速傳動狀態(tài)：當發(fā)動機的轉速較低，恒速傳動裝置的輸入轉速小于恒速傳動裝置的輸出轉速，這時恒速傳動裝置的工作狀態(tài)為增速傳動狀態(tài)。（2）減速傳動狀態(tài)：當發(fā)動機的轉速較高，恒速傳動裝置的輸入轉速大于恒速傳動裝置的輸出轉速，這時恒速傳動裝置的工作狀態(tài)為減速傳動狀態(tài)。（3）直接傳動狀態(tài)：當發(fā)動機的轉速正好使得恒速傳動裝置的輸入轉速等于恒速傳動裝置的輸出轉速時，恒速傳動裝置的工作狀態(tài)為直接傳動狀態(tài)。第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3.2恒速傳動裝置的組成與工作原理典型的恒速傳動裝置，由差動齒輪傳動機構、可變液壓組件和固定液壓組件三部分組成。通過這三部分的聯(lián)合控制和傳輸，可得到恒定的輸出轉速，以驅動交流發(fā)電機工作。第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-9典型的恒速傳動裝置第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-10CSD傳動關系示意圖

第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第6.4節(jié)減速器

6.4.1減速器的功用作用：航空動力裝置的減速器用來聯(lián)接并傳動飛行器的推進裝置（螺旋槳或旋翼），使被傳動的推進裝置與航空燃氣渦輪發(fā)動機的各旋轉部件均在各自最有利的切線速度（轉速）下工作，以提高這些部件和推進裝置的效率。應用：它通常應用在渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機上。目前，有些大流量比的渦輪風扇發(fā)動機也利用減速器來傳動風扇，這種帶有減速器的風扇稱為傳動式風扇。第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

在燃氣渦輪發(fā)動機中，為提高渦輪的效率，渦輪轉子葉片尖部的切線速度很高。不同空氣流量的發(fā)動機由于流通部分平均直徑不同，相應于這些切線速度的最有利的工作轉速也不同。大空氣流量的發(fā)動機工作轉速為8000～10000轉/分中等空氣流量的發(fā)動機工作轉速為15000～18000轉/分小空氣流量的發(fā)動機工作轉速為22000～60000轉/分大功率的亞音速螺旋槳對應于效率最高時的工作轉速僅800～1200轉/分中、小型直升機的旋翼工作轉速為320～360轉/分重型起重直升機旋翼工作轉速只有120～180轉/分第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

機內減速器：減速器與燃氣發(fā)生器聯(lián)為一體，組成一整臺發(fā)動機時稱為機內減速器，一般渦輪螺旋槳發(fā)動機與傳動風扇用的減速器都是如此。

機外減速器：有時為適應飛行器結構的需要，可將減速器自成一個獨立的部件裝在飛行器上，這種減速器稱為機外減速器。

當用兩臺燃氣發(fā)生器的動力渦輪來驅動一套推進裝置時，通常共用一個機外減速器，此種工作方式稱為并車。在直升機上，渦輪軸發(fā)動機要通過機外減速器分別帶動旋翼與尾翼，此減速器又稱為直升機的主減速器。第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月特點（與地面用減速器相比）

航空發(fā)動機所使用的減速器比地面的減速器結構緊湊、輪齒負荷與切線速度更高。為使傳動平穩(wěn)，通常輪齒采用斜齒、人字齒或螺旋齒。在齒形上可采用修變方法或特殊的齒形以提高傳動嚙合系數(shù)、減少輪齒接觸的局部應力與沖擊載荷。輪齒制造的精度高。在設計上對材料的選擇、齒面的冷卻與潤滑、軸的徑向與扭轉振動等方面有更細致的考慮。然而，由于有尺寸與重量的限制，航空發(fā)動機減速器的強度儲備或安全系數(shù)一般均低于地面使用的減速器。為保證工作的可靠性，它們的使用壽命規(guī)定得比地面減速器要短得多。第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4.2減速器的結構減速器的結構取決于它的傳動方式，而傳動方式主要與減速比的大小有關。（減速比＝輸出轉速/輸入轉速）減速比大時，通常采用簡單的平行固定軸的傳動方式，與一般常用的齒輪減速器相同，傳動式風扇的減速器一般采用這種形式。在直升機上使用的渦輪軸發(fā)動機，由于有機外主減速器，其機內減速器減速比較大，一般也使用簡單的平行固定軸傳動，有時減速齒輪可以有兩級。

當減速比較小時，為使減速器結構緊湊，尺寸、重量小，通常采用各種行星式減速傳動方案。根據(jù)減速比大小，可有一級或二級。此外還有差動式的傳動方案。第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月一、渦輪螺旋槳發(fā)動機的雙級行星齒輪減速器

渦輪螺旋槳發(fā)動機的減速器由于減速比較小，通常要采用行星式減速的傳動方案。比較常用的是雙級行星齒輪減速器。下圖所示是PT6A-27渦輪螺旋槳發(fā)動機的減速器。PT6A-27發(fā)動機是一種用于小型民用飛機的發(fā)動機，其起飛功率為500kW，螺旋槳由發(fā)動機的自由渦輪經減速器帶動，在各種工作狀態(tài)均保持其轉速為2200轉/分。自由渦輪工作轉速為33000轉/分，減速器減速比為0.0688。第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-14PT6A-27渦輪螺旋槳發(fā)動機的減速器第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二、渦輪螺旋槳發(fā)動機的雙級差動式行星齒輪減速器在某些中等功率或大功率的渦輪螺旋槳發(fā)動機上，為了改善輪齒負荷的分配情況，采用差動式行星齒輪減速器。第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-15渦槳5發(fā)動機雙級差動式行星齒輪減速器的傳動方案第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-16渦槳5發(fā)動機減速器的傳動關系第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三、傳動式風扇的減速裝置下圖示出ALF502渦輪風扇發(fā)動機的傳動式風扇。ALF502發(fā)動機的推力為33.34KN，涵道比為5～5.7。發(fā)動機低壓轉子轉速為17250轉/分，風扇轉速為7112～7255轉/分。其減速器的減速比為0.43，由于減速比較大，所以采用簡單的固定軸、內外齒圈式的傳動方案。主動齒輪通過安裝在固定托架上的7個中介齒輪帶動外面的內嚙合的大齒圈。大齒圈的輪轂以套齒傳動風扇軸。各中介齒輪以兩個滾棒軸承支在托架上，托架以銷釘?shù)嚷?lián)接件固定在風扇后中介機匣上。第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6-17ALF502渦輪風扇發(fā)動機的傳動式風扇第35頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第6.5節(jié)測扭機構6.5.1