畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主減的參數(shù)設(shè)計(jì)與建模

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-第一章緒論對(duì)于直升機(jī)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的特殊要求，使直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)顯著不同于一般的地面減速器，主要體現(xiàn)在：功重比大(類似直升機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功重比要求)在同等功率條件下，傳動(dòng)系統(tǒng)的重量越小，直升機(jī)就能攜帶更多物資或乘客。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，要求減速器傳遞的功率越來越大，齒輪、軸承承受的載荷越來越大。直升機(jī)的主減速器重量一般要占整個(gè)直升機(jī)結(jié)構(gòu)重量的l／7～1／9，必須采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、潤滑系統(tǒng)優(yōu)化和選用高強(qiáng)度比的材料等方法減輕重量，提高功重比。2)高生存力針對(duì)直升機(jī)可能發(fā)生的意外而提出傳動(dòng)系統(tǒng)的高生存力要求。如武裝直升機(jī)有抗彈擊要求；要有一定的干運(yùn)轉(zhuǎn)能力，以針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)可能因故障導(dǎo)致滑油泄漏，在無滑油的情況下還能繼續(xù)工作一段時(shí)間；還要求傳動(dòng)系統(tǒng)有一定的抗墜毀能力。3)大減速比、高效率，高可靠性、良好維修性由于旋翼與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速相差十分懸殊，有的直升機(jī)主減總減速比高達(dá)120。就必須采取多級(jí)傳動(dòng)和復(fù)雜的齒輪傳動(dòng)系等措施，這勢(shì)必給傳遞效率帶來不利影響。低的傳動(dòng)效率將大大增加減速器內(nèi)流場(chǎng)的熱負(fù)荷，降低減速器零部件的使用壽命、可靠性及維修周期。傳動(dòng)系統(tǒng)具有多路輸入輸出：主減有單發(fā)、雙發(fā)、三發(fā)輸入等多種形式；復(fù)雜的支承結(jié)構(gòu)：主減安裝支撐系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)主安裝節(jié)、中尾減、尾軸等支承構(gòu)成復(fù)雜的支承系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)緊湊：為了滿足外形及重量要求，主減內(nèi)部的主傳動(dòng)齒輪系、附件傳動(dòng)齒輪系及尾傳齒輪系設(shè)計(jì)于一體。高可靠性：傳動(dòng)系統(tǒng)為單路承載方式，一旦發(fā)生故障將是災(zāi)難性的，這就要求傳動(dòng)系統(tǒng)必須具有很高的可靠性。直升機(jī)受空間和結(jié)構(gòu)限制，維修較為困難，因此要求傳動(dòng)系統(tǒng)有良好的維修性。4)復(fù)雜載荷、高壽命、動(dòng)力學(xué)問題突出對(duì)直升機(jī)來說，傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命越長(zhǎng)則運(yùn)作成本越低。而傳動(dòng)系統(tǒng)的各零部件在工作中承受高、低循環(huán)疲勞載荷，承受來自主旋翼、尾旋翼和飛機(jī)各操縱系統(tǒng)等的載荷，受載情況復(fù)雜。另外傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，零部件易發(fā)生故障和失效，且故障不易監(jiān)測(cè)，維護(hù)性較差，要實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的使用壽命具有較大的難度。在傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈中，各種不同轉(zhuǎn)速的構(gòu)件協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)、旋翼系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間存在振動(dòng)耦合，工作過程中，激振源多，激振頻率豐富，系統(tǒng)的彎曲和抗振動(dòng)響應(yīng)復(fù)雜，動(dòng)力學(xué)問題也十分突出。5)潤滑系統(tǒng)復(fù)雜近年來，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)和效率要求越來越高，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度提高，使得潤滑系統(tǒng)的工作環(huán)境更加苛刻。由于重量限制和安全要求，潤滑系統(tǒng)所有潤滑油路均為內(nèi)置，使主減速器結(jié)構(gòu)極為緊湊；有的具有備份潤滑系統(tǒng)；潤滑油量也必須適當(dāng)；為達(dá)到干運(yùn)轉(zhuǎn)要求，機(jī)匣內(nèi)需設(shè)置油兜等結(jié)構(gòu)；因此傳動(dòng)系統(tǒng)的潤滑比一般地面減速器更復(fù)雜，監(jiān)測(cè)也困難。6)涉及面廣、基礎(chǔ)性強(qiáng)傳動(dòng)系統(tǒng)研制涉及到機(jī)械學(xué)、材料與強(qiáng)度、摩擦與潤滑、動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，目前，傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)各學(xué)科相互滲透的態(tài)勢(shì)，需要各基礎(chǔ)學(xué)科研究的支持，因此提高傳動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)水平，須從基礎(chǔ)抓起。某直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，如將尾輸出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，升機(jī)的應(yīng)用越來越廣闊。為了擴(kuò)大該機(jī)型的使用范圍，是該系列直升機(jī)有更高的適應(yīng)性，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)該提高其傳遞功率l0％以上，改進(jìn)主減上蓋的材料提高游星齒輪軸承的壽命，改進(jìn)連接軸后半軸套結(jié)構(gòu)、改進(jìn)固定齒圈結(jié)構(gòu)、改進(jìn)潤滑系統(tǒng)使其具有應(yīng)急潤滑能力等，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。上述改進(jìn)，使該直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)在傳遞功率、使用壽命和可靠性等方面都上了一個(gè)新的臺(tái)階。1.1直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展綜述國外直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)傳動(dòng)系統(tǒng)的研究與發(fā)展得到了航空發(fā)達(dá)國家及知名公司的重視與支持，它們相繼投入了巨大的財(cái)力與物力，展開了大量的基礎(chǔ)研究和新技術(shù)預(yù)研。在20世紀(jì)70年代美國陸軍與美國航空航天局Lewis研究中心合作開展了一系列的先進(jìn)傳動(dòng)部件和先進(jìn)技術(shù)的研究計(jì)劃，計(jì)劃中基礎(chǔ)研究項(xiàng)目包括齒輪材料的研究，先進(jìn)軸承的研究，齒輪分析軟件的開發(fā)與工程化驗(yàn)證，新概念傳動(dòng)部件的探索與研究(如分扭傳動(dòng)機(jī)構(gòu))等。在此基礎(chǔ)上，各單項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)集成到0H一58主減上進(jìn)行工程化驗(yàn)證。這些研究成果促進(jìn)了傳動(dòng)技術(shù)的研究向更深、更廣的方面發(fā)展，形成了科研和產(chǎn)品開發(fā)的良性循環(huán)。目前又開展了2l世紀(jì)旋翼機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)劃(RD21)。該計(jì)劃目標(biāo)對(duì)減重、降噪、提高壽命、降低全壽命周期費(fèi)用提出了明確而愈來愈高的要求。這些計(jì)劃取得了豐富的科研成果，促進(jìn)了第三代、第四代及新一代直升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展和傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，其傳動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量系數(shù)達(dá)到0．o6okg／kgf．m，干運(yùn)轉(zhuǎn)能力達(dá)到1小時(shí)以上，輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到20000r／min以上。目前國外正在開展傳動(dòng)系統(tǒng)的新技術(shù)研究主要集中在以下幾個(gè)方面：新設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展在先進(jìn)的設(shè)計(jì)、加工、試驗(yàn)方法的支撐下，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和載荷條件分析能力有了很大的提高，材料、構(gòu)件的性能得以充分的發(fā)揮，在相同的材料和結(jié)構(gòu)情況下，使傳動(dòng)系統(tǒng)重量更輕。如進(jìn)一步發(fā)展的分扭傳動(dòng)技術(shù)具有傳動(dòng)比高、可減少傳動(dòng)級(jí)數(shù)、效率高、可靠性高、噪聲小、減速器總體重量輕等優(yōu)點(diǎn)，無需均載裝置的分扭傳動(dòng)技術(shù)在理論上、試驗(yàn)驗(yàn)證上已獲突破，分扭傳動(dòng)技術(shù)特別適用于大功率減速器；新型傳動(dòng)形式和部件不斷出現(xiàn)，呈現(xiàn)出活躍姿態(tài)采用新型的面齒輪傳動(dòng)方式，利用面齒輪的傳動(dòng)特性，將面齒輪傳動(dòng)巧妙地組成分扭機(jī)構(gòu)，將大大簡(jiǎn)化主減結(jié)構(gòu)，減輕重量；采用動(dòng)靜軸傳動(dòng)技術(shù)，分解旋翼軸載荷，有利于零部件設(shè)計(jì)、減輕重量和提高可靠性；采用高速離合器技術(shù)，提高可靠性，減輕重量。新材料、薪工藝、新技術(shù)得到進(jìn)一步的應(yīng)用采用齒輪、軸、軸承內(nèi)環(huán)一體化設(shè)計(jì)，減少了連接環(huán)節(jié)，減輕了重量，提高翻修間隔時(shí)間；采用復(fù)合材料傳動(dòng)軸、復(fù)合材料機(jī)匣技術(shù)，減輕了重量；采用耐高溫軸承、齒輪材料，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)生存力；采用深氮化技術(shù)、納米技術(shù)(表面改性技術(shù))等，大幅度提高了傳動(dòng)系統(tǒng)壽命，降低了維護(hù)費(fèi)用。潤滑技術(shù)及潤滑失效技術(shù)得到了較大程度的發(fā)展齒輪、軸承的流體動(dòng)力潤滑理論的發(fā)展已達(dá)到工程實(shí)用化階段，使齒輪、軸承的壽命有了大幅度的提高；發(fā)展了更為有效的潤滑方式，如環(huán)下潤滑、離心甩油、多噴嘴噴射等。提高了滑油過濾精度，確保齒輪、軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)部件摩擦副良好的潤滑冷卻條件；潤滑失效技術(shù)得到了很大發(fā)展，已形成了一套確保干運(yùn)轉(zhuǎn)能力的方法。各種旋翼機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)呈多樣化發(fā)展隨各類旋翼機(jī)發(fā)展的局面。如高飛行速度的可傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、具有良好機(jī)動(dòng)性的共軸式旋翼機(jī)、高運(yùn)輸能力的縱列式、橫列式等多旋翼直升機(jī)的發(fā)展促使了傳動(dòng)系統(tǒng)的新技術(shù)發(fā)展。出現(xiàn)了傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)新概念我國直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀1）現(xiàn)有基礎(chǔ)和條件從上世紀(jì)6O年代末到9O年代初，我國直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展主要以測(cè)繪仿制或引進(jìn)制造專利生產(chǎn)為主，自2005年以來，與歐洲直升機(jī)公司合作研制6噸級(jí)直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，可達(dá)到20世紀(jì)9O年代末的國際水平，該傳動(dòng)系統(tǒng)的合作研制，為我國傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。存在的差距和不足由于多種原因，我國直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)期在測(cè)繪仿制中徘徊，至今還沒有一個(gè)型號(hào)走完自行研究發(fā)展的全過程并批量使用。盡管近些年國內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)已有較大發(fā)展，但水平與國外相距較遠(yuǎn)。受國內(nèi)直升機(jī)發(fā)展水平的限制，傳動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)研制的數(shù)量還很少，積累的經(jīng)驗(yàn)還比較少；以前對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)(減速器)技術(shù)與一般減速器技術(shù)差別不大，導(dǎo)致對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)投入少，基礎(chǔ)研究和預(yù)先研究近些年全部投入經(jīng)費(fèi)只有2～3千萬人民幣，與發(fā)達(dá)國家對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)研究投入上百億美元相距甚遠(yuǎn)；基礎(chǔ)薄弱，制約傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的“瓶頸”技術(shù)長(zhǎng)期得不到解決；對(duì)外合作的西方發(fā)達(dá)國家對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)研制的核心技術(shù)極為保密，國內(nèi)難以獲得關(guān)鍵技術(shù)的解決方法。一些發(fā)達(dá)國家為了制約我國軍用直升機(jī)的發(fā)展，許多材料、成件產(chǎn)品、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及其他技術(shù)產(chǎn)品對(duì)我國進(jìn)行嚴(yán)格封鎖，迫使我國必須立足自主研制。我國傳動(dòng)系統(tǒng)與國外的技術(shù)差距主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面：設(shè)計(jì)技術(shù)水平方面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)研制技術(shù)體系未建立，未能掌握傳動(dòng)系統(tǒng)核心技術(shù)，設(shè)計(jì)手段、材料體系匱乏，缺乏工程經(jīng)驗(yàn)和完整的技術(shù)體系，缺乏自主創(chuàng)新能力；技術(shù)發(fā)展體制不健全，新技術(shù)、新材料、新工藝研究方面，與工程應(yīng)用研究脫離。如傳動(dòng)系統(tǒng)的功重比大大小于國外先進(jìn)直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)水平，主要原因之一是沒有采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。由于國內(nèi)基礎(chǔ)比較薄弱，這些新的設(shè)計(jì)方法得不到充分驗(yàn)證，國內(nèi)許多關(guān)鍵件不得不采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，使技術(shù)水平難以提高；二是材料水平、加工水平比較落后，能夠應(yīng)用于型號(hào)的高強(qiáng)度比材料非常少，有一些零部件采用了先進(jìn)的減重設(shè)計(jì)方法，但材料性能難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。制造技術(shù)水平方面由于國內(nèi)材料、工藝等綜合水平的差距，加工的傳動(dòng)系統(tǒng)零部件往往遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。盡管國內(nèi)有一些材料的力學(xué)性能、化學(xué)成分與國外高性能材料相近，但由于材料采用的冶煉方法、檢驗(yàn)方法不同，用這些材料加工出來的零部件疲勞壽命往往與國外同類材料加工的零部件相距甚遠(yuǎn)；為了提高零部件壽命，國外許多零部件表面還采用先進(jìn)的表面處理方法，國內(nèi)已經(jīng)在這方面進(jìn)行了一些研究，但大多應(yīng)用在民用設(shè)施及一般產(chǎn)品上，應(yīng)用在直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)上尚未成熟，也沒有制定適當(dāng)?shù)膽?yīng)用標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。試驗(yàn)技術(shù)水平方面根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)規(guī)范和國內(nèi)外的研制經(jīng)驗(yàn)，傳動(dòng)系統(tǒng)研制中需進(jìn)行大量試驗(yàn)，這些試驗(yàn)的試驗(yàn)載荷的確定十分關(guān)鍵。國內(nèi)以往機(jī)型傳動(dòng)系統(tǒng)都有對(duì)外合作的背景，很多載荷數(shù)據(jù)由國外提供，但這些數(shù)據(jù)的計(jì)算依據(jù)、確定方法國內(nèi)大多無從知曉。產(chǎn)品快速反應(yīng)加工和產(chǎn)業(yè)化制造能力方面關(guān)鍵材料不配套、工藝落后、快速反應(yīng)加工能力弱，造成傳動(dòng)系統(tǒng)研制周期長(zhǎng)，直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的一些關(guān)鍵材料和制造技術(shù)尚未過關(guān)，柔性制造等信息化水平差距更大，既不能滿足先進(jìn)軍機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的研制生產(chǎn)需求，民機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)低成本批生產(chǎn)的差距就更加突出。試驗(yàn)測(cè)試能力方面雖經(jīng)過近年大量的條件建設(shè)和技改投入，但部分關(guān)鍵試驗(yàn)設(shè)備仍然缺乏或不足，試驗(yàn)設(shè)備不配套、不完整，測(cè)試技術(shù)落后，專用試驗(yàn)設(shè)備缺乏。這些問題的存在導(dǎo)致設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)不全，影響了設(shè)計(jì)體系及數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和完善。信息化能力方面協(xié)同、并行設(shè)計(jì)制造等能力差；數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施配置較低，尚未形成配套體系；數(shù)字化設(shè)計(jì)、仿真分析和試驗(yàn)技術(shù)還有待進(jìn)一步提高；尚未建立具備綜合管理和控制試驗(yàn)全過程功能的試驗(yàn)信息管理平臺(tái)；在研制項(xiàng)目管理的組織體系和管理信息系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)方面還是空白。結(jié)語綜上所述，我國傳動(dòng)系統(tǒng)的總體水平與世界先進(jìn)水平相比，還存在較大的差距。國內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)研制尚未獨(dú)立完成，主要采取測(cè)繪仿制和對(duì)外合作的方式。直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的落后現(xiàn)狀已成為制約我軍航空主戰(zhàn)平臺(tái)和武器系統(tǒng)更新?lián)Q代的“瓶頸”，傳動(dòng)系統(tǒng)這種落后狀況及依賴國外、受制于人的局面，對(duì)我國國防建設(shè)及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展十分不利。因此，目前我國要充分認(rèn)清現(xiàn)實(shí)情況，加強(qiáng)傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究，重視試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)，提高制造工藝和管理水平，切實(shí)抓好新材料的預(yù)先研制工作，提高配套軸承的可靠性水平，和國外先進(jìn)直升機(jī)公司建立戰(zhàn)略性合作伙伴關(guān)系，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，加大資金投入，穩(wěn)定和培養(yǎng)人才隊(duì)伍。這樣才能切實(shí)改善我國直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的落后現(xiàn)狀，盡快邁上良性發(fā)展的軌道。1.2傳動(dòng)系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)包括主減速器、尾減速器、主旋翼軸、主減發(fā)動(dòng)機(jī)連接軸和尾傳動(dòng)軸，及“三軸兩器”，是直升機(jī)上十分重要的動(dòng)部件，其作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速按各部分的需要降低，同時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率傳遞給尾槳和旋翼。傳動(dòng)系統(tǒng)在飛機(jī)上的安裝位置。主減速器通過與錐形機(jī)匣連接的主減撐桿以及與主減底蓋連接的彈性懸掛裝置安裝在飛機(jī)平臺(tái)上，主減撐桿承受旋翼產(chǎn)生的升力和力矩，當(dāng)主減速器繞主減撐桿交點(diǎn)做縱向和橫向擺動(dòng)時(shí)，彈性裝置可以是其偏轉(zhuǎn)得以緩沖，從而吸收旋翼產(chǎn)生的水平振動(dòng)。主減速器的作用是將來自2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率合并后在傳到旋翼軸和尾槳，同時(shí)降低轉(zhuǎn)速。主減速器分為三級(jí)傳動(dòng)，第一級(jí)為螺旋錐齒輪換向減速，第二級(jí)為螺旋錐齒輪換向減速，第三級(jí)為行星減速。主減速器為旋翼提供減速比約為l7：1，為傳動(dòng)軸提供的減速比約為l．8：1。主減速器組件中裝有自由行程離合器，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，自由行程離合器帶動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)；當(dāng)由旋翼帶動(dòng)(自轉(zhuǎn))或發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，自由行程離合器脫開，發(fā)動(dòng)機(jī)不被驅(qū)動(dòng)也不消耗功率。圖1.1直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖具體特點(diǎn)：(1)高減速比、高效率、高可靠性、良好的維護(hù)件。直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)主要是渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速很高，但是槳葉的運(yùn)轉(zhuǎn)速度由于激波和失速的限制不會(huì)很高，所以減速比就會(huì)很大，減速級(jí)就會(huì)增加，這也是傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重量相對(duì)較大的原因。為了提傳動(dòng)的效率減速齒輪一般采用斜齒，而為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，更好的辦法是采用人字齒。傳動(dòng)系統(tǒng)為單路承載方式，一旦發(fā)生故障將是災(zāi)難性的，這就要求傳動(dòng)系統(tǒng)必須具有很高的可靠性。直升機(jī)受空間和結(jié)構(gòu)限制，維修較為困難，因此要求傳動(dòng)系統(tǒng)有良好的維修性。(2)載荷復(fù)雜、動(dòng)力學(xué)問題突出、壽命要求高。直升機(jī)的最突出的問題之一就是振動(dòng)問題，來自發(fā)動(dòng)機(jī)、旋翼以及尾槳的激振力相互疊加耦合，使得直升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)承受的載荷十分的復(fù)雜。不僅如此，在傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈中，各種不同轉(zhuǎn)速的構(gòu)件協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)、旋翼系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間存在振動(dòng)耦合。動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，易發(fā)生故障和失效，且故障不易監(jiān)測(cè)，維護(hù)性較差，要實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的使用壽命具有較大的難度。(3)潤滑系統(tǒng)復(fù)雜。近年來，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)和效率要求越來越高，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度提高，使得潤滑系統(tǒng)的工作環(huán)境更加苛刻。由于重量限制和安全要求，潤滑系統(tǒng)所有潤滑油路均為內(nèi)置，使主減速器結(jié)構(gòu)極為緊湊；有的具有備份潤滑系統(tǒng)；潤滑油量也必須適當(dāng)；為達(dá)到干運(yùn)轉(zhuǎn)要求，機(jī)匣內(nèi)需設(shè)置油兜等結(jié)構(gòu)；因此傳動(dòng)系統(tǒng)的潤滑比一般比地面減速器更復(fù)雜，監(jiān)測(cè)也困難(4)涉及面廣、基礎(chǔ)性強(qiáng)。傳動(dòng)系統(tǒng)研制涉及到機(jī)械學(xué)、材料與強(qiáng)度、摩擦與潤滑、動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，目前，傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)各學(xué)科相互滲透的態(tài)勢(shì)，需要各基礎(chǔ)學(xué)科研究的支持，因此提高傳動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)水平，須從基礎(chǔ)抓起。5.發(fā)展趨勢(shì)隨著新技術(shù)、新工藝、新材料的發(fā)展直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)也在不斷變得改進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)分扭傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步發(fā)展的分扭傳動(dòng)技術(shù)具有高的傳動(dòng)比、可以減少傳動(dòng)級(jí)數(shù)、效率高、可靠性高、噪聲小、利于減重等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大功率減速器。(2)采用動(dòng)靜軸傳動(dòng)技術(shù)，分解旋翼軸的載荷，有利于零部件設(shè)計(jì)、減輕重量和提高可靠性。(3)采用高速離合器技術(shù)，提高可靠性，減輕重量。(4)主減速器多處采用了軸一軸承一齒輪一體化設(shè)計(jì)，提高了可靠性，同時(shí)減輕了主減速器的重量。(5)采用復(fù)合材料傳動(dòng)軸、復(fù)合材料機(jī)匣技術(shù)來減輕結(jié)構(gòu)重量。(6)采用耐高溫軸承、齒輪材料，提高了傳動(dòng)的壽命。(7)采用深度氮化甚至納米技術(shù)以改變部件的表面特性，使部件的耐磨損性能提高，增加部件的使用壽命。(8)發(fā)展了更為有效的潤滑方式，如環(huán)下潤滑、離心甩油、多噴嘴噴射等。提高了滑油過濾精度，確保齒輪、軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)部件摩擦副良好的潤滑和冷卻條件。(9)采用潤滑油芯技術(shù)以及留有適當(dāng)?shù)凝X輪和軸承間隙保證直升機(jī)在沒有潤滑油的情況下的干運(yùn)行能力，提高生存能力。(10)新概念、一體化設(shè)計(jì)：采用少或無冷卻系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；采用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)、無翻修壽命甚至無維護(hù)概念的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；采用與直升機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)一體化設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.3CATIA軟件介紹整個(gè)直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)建模過程，都利用CATIA制圖軟件，在以前雖然從未接觸CATIA，但是聽老師說CATIA在三維制圖上非常強(qiáng)大，特別是齒輪的制作，所以從認(rèn)識(shí)CATIA開始，學(xué)習(xí)一個(gè)全新的制圖軟件，因?yàn)闆]有完整的視頻教學(xué)，所以只能自己慢慢摸索，請(qǐng)教學(xué)長(zhǎng)，過程雖然非常艱難，但是能夠?qū)W會(huì)一個(gè)全新的制圖軟件，付出的都是值得的。首先介紹CATIA：CATIA是法國達(dá)索飛機(jī)公司在70年代開發(fā)的高檔CAD/CAM軟件，是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM

一體化軟件。CATIA是英文

Computer

Aided

Tri-Dimensional

Interactive

Application（計(jì)算機(jī)輔助三維交互式應(yīng)用）

的縮寫。CATIA是CAD/CAE/CAM一體化軟件，位居世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子/電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的DMU電子樣機(jī)模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。CATIA

提供方便的解決方案，迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要。包括:從大型的波音747飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過13,000的用戶在使用共13萬套以上的CATIA為其工作，大到飛機(jī)、載人飛船和汽車，小到螺絲釘和釣魚桿，CATIA可以根據(jù)不同規(guī)模、不同應(yīng)用定制完全適合本企業(yè)的解決方案。CATIA

源于航空航天業(yè)，但其強(qiáng)大的功能以得到各行業(yè)的認(rèn)可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。CATIA

的著名用戶包括在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位一大批知名企業(yè)，如波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等。

在中國，CATIA也得到了廣泛的應(yīng)用。哈爾濱、沈陽、西安、成都、景德鎮(zhèn)、上海、貴陽等都選用CATIA做為其核心設(shè)計(jì)軟件。包括一汽集團(tuán)、一汽大眾、沈陽金杯、上海大眾、北京吉普、武漢神龍?jiān)趦?nèi)的許多汽車公司都選用CATIA開發(fā)他們的新車型。CATIA軟件運(yùn)行在工作站的版本系列為4版本，由于其許多造型工具能利用不同的方法實(shí)現(xiàn)類似的造型效果，使用戶必須在嚴(yán)格掌握各種工具的細(xì)微差別的基礎(chǔ)上才能正確的選擇。所以對(duì)于工作站版本，往往需要專業(yè)的培訓(xùn)才能掌握。達(dá)索公司也通過推出一些更專業(yè)的軟件包方便用戶使用。令人高興的是現(xiàn)在達(dá)索公司推出了CATIAV5版本，該版本能夠運(yùn)行于多種平臺(tái)，特別是微機(jī)平臺(tái)。這不僅使用戶能夠節(jié)省大量的硬件成本，而且其友好的用戶界面，使用戶更容易使用。為了使軟件能夠易學(xué)易用，DassaultSystem

于1994年開始重新開發(fā)全新的CATIA

V5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趨強(qiáng)大，并且開創(chuàng)了CAD/CAE/CAM

軟件的一種全新風(fēng)格。從CATIA軟件的發(fā)展，我們可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的CAD/CAM軟件更多的向智能化、支持?jǐn)?shù)字化制造企業(yè)和產(chǎn)品的整個(gè)生命周期的方向發(fā)展。CATIAV5CATIA

V5版本是IBM和達(dá)索系統(tǒng)公司長(zhǎng)期以來在為數(shù)字化企業(yè)服務(wù)過程中不斷探索的結(jié)晶。圍繞數(shù)字化產(chǎn)品和電子商務(wù)集成概念進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的CATIA

V5版本，可為數(shù)字化企業(yè)建立一個(gè)針對(duì)產(chǎn)品整個(gè)開發(fā)過程的工作環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，可以對(duì)產(chǎn)品開發(fā)過程的各個(gè)方面進(jìn)行仿真，并能夠?qū)崿F(xiàn)工程人員和非工程人員之間的電子通信。產(chǎn)品整個(gè)開發(fā)過程包括概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個(gè)生命周期中的使用和維護(hù)。CATIA

V5版本具有以下特點(diǎn)：

重新構(gòu)造的新一代體系結(jié)構(gòu)

為確保CATIA產(chǎn)品系列的發(fā)展，CATIA

V5新的體系結(jié)構(gòu)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，采用了新一代的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，可快速地適應(yīng)

企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，使客戶具有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2.支持不同應(yīng)用層次的可擴(kuò)充性

CATIA

V5對(duì)于開發(fā)過程、功能和硬件平臺(tái)可以進(jìn)行靈活的搭配組合，可為產(chǎn)品開發(fā)鏈中的每個(gè)專業(yè)成員配置最

合理的解決方案。允許任意配置的解決方案可滿足從最小的供貨商到最大的跨國公司的需要。

3.與NT和UNIX硬件平臺(tái)的獨(dú)立性

CATIA

V5是在Windows

NT平臺(tái)和UNIX平臺(tái)上開發(fā)完成的，并在所有所支持的硬件平臺(tái)上具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、功能、版本發(fā)放日期、操作環(huán)境和應(yīng)用支持。CATIA

V5在Windows平臺(tái)的應(yīng)用可使設(shè)計(jì)師更加簡(jiǎn)便地同辦公應(yīng)用系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)；而

UNIX平臺(tái)上NT風(fēng)格的用戶界面，可使用戶在UNIX平臺(tái)上高效地處理復(fù)雜的工作。4.專用知識(shí)的捕捉和重復(fù)使用

CATIA

V5結(jié)合了顯式知識(shí)規(guī)則的優(yōu)點(diǎn)，可在設(shè)計(jì)過程中交互式捕捉設(shè)計(jì)意圖，定義產(chǎn)品的性能和變化。隱式的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)變成了顯式的專用知識(shí)，提高了設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度，降低了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。5.給現(xiàn)存客戶平穩(wěn)升級(jí)

CATIA

V4和V5具有兼容性，兩個(gè)系統(tǒng)可并行使用。對(duì)于現(xiàn)有的CATIA

V4用戶，V5年引領(lǐng)他們邁向NT世界。對(duì)于新的

CATIA

V5客戶，可充分利用CATIA

V4成熟的后續(xù)應(yīng)用產(chǎn)品，組成一個(gè)完整的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。

CATIAV5應(yīng)用領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、造船工業(yè)、廠房設(shè)計(jì)、加工和裝配。第二章螺旋錐齒輪參數(shù)計(jì)算弧齒錐齒輪各參數(shù)的名稱如圖2.22所示。弧齒錐齒輪的輪坯設(shè)計(jì)，就是要確定這些參數(shù)的計(jì)算公式和處理方法。圖2.22弧齒錐齒輪齒坯參數(shù)弧齒錐齒輪基本參數(shù)的確定圖2.22弧齒錐齒輪齒坯參數(shù)在進(jìn)行弧齒錐齒輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算之前，首先要確定弧齒錐齒輪副的軸交角、齒數(shù)、模數(shù)、旋向、螺旋角，壓力角等基本參數(shù)：1）弧齒錐齒輪副的軸交角∑和傳動(dòng)比i12，根據(jù)齒輪副的傳動(dòng)要求確定。2）根據(jù)齒輪副所要傳動(dòng)的功率或扭矩確定小輪外端的節(jié)圓直徑d1和小輪齒數(shù)z1，z1一般不得小于5?；↓X錐齒輪的外端模數(shù)m可直接按公式m＝d/z(2.1-1)確定，不一定要圓整?；↓X輪齒輪沒有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的概念。第一對(duì)齒輪m1==5第二對(duì)齒輪m2==9第三對(duì)齒輪m3==5第四對(duì)齒輪m4==53）大輪齒數(shù)可按公式Z2＝i12Z1(2.1-2）計(jì)算后圓整，大輪齒數(shù)與小輪齒數(shù)之和不得少于40。4）根據(jù)大輪和小輪的工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向確定齒輪的旋向。齒輪的旋向根據(jù)傳動(dòng)要求確定，它的選擇應(yīng)保證齒輪副在嚙合中具有相互推開的軸向力。這樣可以增大齒側(cè)間隙，避免因無間隙而使齒輪楔合在一起，造成齒輪損壞。齒輪旋向通常選擇的原則是小輪的凹面和大輪的凸面為工作面。5）為了保證齒輪副傳動(dòng)時(shí)有足夠的重合度，設(shè)計(jì)弧齒錐齒輪副應(yīng)選擇合適的螺旋角。螺旋角越大，重合度越大，齒輪副的運(yùn)轉(zhuǎn)將越平穩(wěn)，但螺旋角太大會(huì)增大齒輪的軸向推力，加劇軸向振動(dòng)，同時(shí)會(huì)使箱體壁厚增加，反倒引起一些不利因素。因此，通常將螺旋角選擇在30o~40o之間，保證軸面重合度不小于1.25。6）螺旋錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角有16o、20o、22.5o，通常選20o。壓力角太小會(huì)降低輪齒強(qiáng)度，并容易發(fā)生根切；壓力角太大容易使齒輪的齒頂變尖，降低重合度。7）錐齒輪的齒面寬b一般選擇大于或等于10m或0.3Re。將齒面設(shè)計(jì)得過寬并不能增加齒輪的強(qiáng)度和重合度。當(dāng)負(fù)荷集中于齒輪內(nèi)端時(shí)，反而會(huì)增加齒輪磨損和折斷的危險(xiǎn)。2.1螺旋錐齒輪幾何參數(shù)的計(jì)算：弧齒錐錐齒輪的計(jì)算，按其軸交角的不同，又分為軸交角∑=90°的弧齒錐齒輪和∑≠90°的弧齒錐齒輪兩種情況。此時(shí)弧齒錐齒輪的軸交角都為90°。軸交角∑=90°的弧齒錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算按表2-1進(jìn)行。齒數(shù)Z122Z280模數(shù)mmmt5齒寬mmB=0.3R60壓力角（°）α20軸交角（°）Σ90分度圓直徑mmd1=z1mt110d2=z2mt400分錐角（°）δ115.36δ274.64錐距mmR=207.42工作齒高mmh′=1.7mt8.5全齒高mmh=1.888mt9.44齒距mmP=πmt15.7齒頂高mmha16.05ha22.45齒根高mmhf13.39hf26.99螺旋角（°）β35基本參數(shù)確定之后可進(jìn)行輪坯幾何參數(shù)的計(jì)算，其過程和步驟如下：小輪、大輪的節(jié)圓直徑d1、d2d1＝mZ1d2＝mZ2(2.1-3）外錐距ReRe＝(2.1-4）為了避免弧齒錐齒輪副在傳動(dòng)時(shí)發(fā)生輪齒干涉，弧齒錐齒輪一般都采用短齒。格里森公司推薦當(dāng)小輪齒數(shù)z１≥12時(shí)，其工作齒高系數(shù)為1.70，全齒高系數(shù)為1.888。這時(shí)，弧齒錐齒輪的工作齒高h(yuǎn)k和全齒高h(yuǎn)t的計(jì)算公式為hk＝1.70m(2.1-5)ht＝1.888m(2.1-6)當(dāng)z1<12時(shí)齒輪的齒高必須有特殊的比例，否則將會(huì)發(fā)生根切。工作齒高系數(shù)、全齒高系數(shù)的選取按表2-2進(jìn)行。表2-2z1＜12的輪坯參數(shù)（壓力角20o，螺旋角35o）小輪齒數(shù)67891011大輪最少齒數(shù)343332313029工作齒高系數(shù)fk1.5001.5601.6101.6501.6801.695全齒高系數(shù)ft1.6661.7731.7881.8321.8651.882大輪齒頂高系數(shù)fa0.2150.2700.3250.380.04350.490在弧齒錐齒輪的背錐上，外端齒頂圓到節(jié)圓之間的距離稱為齒頂高，節(jié)圓到根圓之間的距離稱為齒根高，由圖可以看到，全齒高是齒頂高和齒根高之和。為了保證弧齒錐齒輪副在工作時(shí)小輪和大輪具有相同的強(qiáng)度，除傳動(dòng)比i12＝1的弧齒錐齒輪副之外，所有弧齒錐齒輪副都采用高度變位和切向變位。根據(jù)美國格里森的標(biāo)準(zhǔn)，高度變位系數(shù)取為x1＝-x2=0.39(1－)(2.1-7)大輪的變位系數(shù)x2為負(fù)，小輪的變位系數(shù)x1為正，它們大小相等，符號(hào)相反。因此，小輪的齒頂高h(yuǎn)ae1和大輪的齒頂高h(yuǎn)ae2為hae1＝(2.1-8)hae2＝(2.1-9）用全齒高減去齒頂高，就得到弧齒錐齒輪的齒根高h(yuǎn)fe1＝ht－h(huán)ae1hfe２＝ht－h(huán)ae２(2.1-10)當(dāng)z1<12時(shí)，齒頂高、齒根高的計(jì)算，按表選取大輪齒頂高系數(shù)進(jìn)行?；↓X錐齒輪副在工作時(shí)，小輪（大輪）的齒頂和大輪（小輪）的齒根之間必須留有一定的頂隙，用以儲(chǔ)油潤滑油和避免干涉。頂隙c是全齒高和工作齒高之差c＝ht－h(huán)k(2.1-11）弧齒錐齒輪一般都采用收縮齒，即輪齒的高度從外端到內(nèi)端是逐漸減小的，其中最基本的形式如圖所示，齒輪的節(jié)錐頂點(diǎn)和根錐頂點(diǎn)是重合的。這時(shí)小輪的齒根角θf1和大輪的齒根角θf２可按下面的公式確定(2.1-12）這樣，小輪的根錐角δf1和大輪的根錐角δf２的計(jì)算公式是δf1＝δ1－θf1δf２＝δ2－θf２(2.1-13）為了保證弧齒錐齒輪副在工作時(shí)從外端到內(nèi)端都具有相同的頂隙，小輪（大輪）的面錐應(yīng)該和大輪（小輪）的根錐平行。小輪的齒頂角θa1與大輪的齒頂角θa2應(yīng)該由公式θa1＝θf２θa2＝θf1(2.1-14）選取。因此，小輪的面錐角δa1和大輪的面錐角δa2的計(jì)算公式是δa1＝δ1+θa1δa2＝δ2+θa2(2.1-15）齒輪在輪冠處的直徑de1、de2稱為小輪和大輪的外徑。由圖可以直接推得外徑的計(jì)算公式de1＝d1+2hae1cosδ1de2＝d2+2hae2cosδ2(2.1-16）輪冠沿齒輪軸線到齒輪節(jié)錐頂點(diǎn)的距離稱為冠頂距，由圖14-6可知小輪冠頂距Xe1和大輪冠頂距Xe2的計(jì)算公式為Xe1＝Recosδ1－h(huán)ae1sinδ1Xe2＝Recosδ2－h(huán)ae2sinδ2(2.1-17）弧齒錐齒輪理論弧齒厚的確定。如果齒厚不修正，小輪和大輪在輪齒中部應(yīng)該有相同的弧齒厚，都等于p。但除傳動(dòng)比i12＝1的弧齒錐齒輪副之外，所有弧齒錐齒輪副都采用高度變位和切向變位。使小輪的齒厚增加Δ=xt1m，大輪的齒厚減少Δ，這樣修正以后，可使大小輪的輪齒強(qiáng)度接近相等。xt1是切向變位系數(shù)，對(duì)于α=20o，β=35o的弧齒錐齒輪，切向變位系數(shù)選取如圖所示。z1＜12切向變位系數(shù)按表選取,格里森公司稱切向變位系數(shù)為齒厚修正系數(shù)。表2-3z1＜12大輪弧齒厚系數(shù)xt1（壓力角20o，螺旋角35o）z1z267891011300.9110.9570.9750.9971.0231.053400.8030.8180.8370.8600.8880.94850—0.7570.7770.8280.8840.94660——0.7770.8280.8830.945可按式2.2-18計(jì)算大小齒輪的理論弧齒厚(2.1-18)(2.1-19）式中，S2、S1分別大齒輪及小齒輪的大端端面理論弧齒厚。βe為大端螺旋角，按公式計(jì)算?；↓X錐齒輪副的法向側(cè)隙與齒輪直徑、精度等有關(guān)。格里森公司推薦的法向側(cè)隙如表2-4所示。表2-4法向側(cè)隙推薦值模數(shù)側(cè)隙模數(shù)側(cè)隙0.64~1.270~0.057.26~8.470.20~0.281.27~2.540.05~0.108.47~10.160.25~0.332.54~3.180.08~0.1310.16~12.700.31~0.413.18~4.230.10~0.1512.70~14.510.36~0.464.23~5.080.13~0.1814.51~16.900.41~0.565.08~6.350.15~0.2016.90~20.320.46~0.666.35~7.260.18~0.2320.32~25.400.51~0.76雙重收縮和齒根傾斜上節(jié)討論的弧齒錐齒輪，節(jié)錐頂點(diǎn)與根錐頂點(diǎn)重合，齒根高與錐距成正比，齒根的這種收縮情況稱為標(biāo)準(zhǔn)收縮。標(biāo)準(zhǔn)收縮的齒厚與錐距成正比，齒線相互傾斜。但在實(shí)際加工中，為了提高生產(chǎn)效率，弧齒錐齒輪的大輪都用雙面法加工。即用安裝有內(nèi)切刀片和外切刀片的雙面刀盤在一次安裝中同時(shí)節(jié)出齒槽和兩側(cè)齒面。因?yàn)榈侗P軸線在加工時(shí)是與齒輪的根錐垂直的，外端要比內(nèi)端切得深一些，這樣就引起輪齒不正常的收縮。因?yàn)辇X輪的周節(jié)總是與錐距成正比的，齒厚與錐距不成比例地收縮不僅會(huì)給加工帶來困難，而且還會(huì)影響輪齒的強(qiáng)度和刀具的壽命。因此必須通過雙重收縮或齒根傾斜加以修正。2.2雙重收縮和齒根傾斜的計(jì)算當(dāng)大輪采用雙面法加工時(shí)，理想的大輪齒根角為θf2≈tgθf2＝（2.2-1）當(dāng)小輪也用雙面法加工時(shí)，以上公式對(duì)小輪也是適合的。將上式中的s1改為大輪中點(diǎn)弧齒厚s2就可以得到理想的小輪齒根角θf１＝(2.2-2）大輪和小輪的齒根角之和＝θf１＋θf2＝(2.2-3）其中s1+s2是齒輪中點(diǎn)的周節(jié)，應(yīng)滿足公式(s1+s2)＝2πR，代入之后就得到公式＝(2.2-4）為冠輪齒數(shù)z0=z2/sin2。由式算得的角度單位是弧度，欲得角度單位是度，上式應(yīng)改為＝(2.2-5）弧齒錐齒輪大輪和小輪都用雙面刀盤同時(shí)加工兩側(cè)齒面的方法稱為雙重雙面法，兩齒輪齒根角之和滿足式的齒高收縮方式稱為雙重收縮。令標(biāo)準(zhǔn)收縮的齒根角之和＝θf1+θf2(2.2-6）取＝理想刀盤半徑rD為rD＝(2.2-7）下式可以作為齒輪刀盤半徑rD選擇的理論基礎(chǔ)。實(shí)際的輪坯修正可以這樣來進(jìn)行：先算出刀盤的理論半徑rD，如果實(shí)際選用的刀盤半徑ro與rD相差不大，則輪坯可以按標(biāo)準(zhǔn)收縮設(shè)計(jì)；如果實(shí)際選用的刀盤半徑r0與rD相差太大，使得小輪兩端的槽寬相差太懸殊，那么輪坯就必須修正。修正時(shí)可將選定的刀盤ro代入＝θf1+θf2式求得雙重收縮的齒根角之和。弧齒錐齒輪除小模數(shù)齒輪用雙重雙面法加工之外，在一般情況下都是大輪用雙面法加工，小輪用單面法加工，有時(shí)用來作為齒根角之和就顯得過大。為此，格里森公司提出了最大齒根角之和的概念，規(guī)定弧齒錐齒輪副的齒根角之和不得大于＝(2.2-8）實(shí)際選用的齒根角之和取和中的最小值，即＝min(，)(2.2-9）圖2.23螺旋錐齒輪根錐傾斜按下式確定的齒根角之和可能比大，也可能比小，這就需要用改變齒輪根圖2.23螺旋錐齒輪根錐傾斜錐角的辦法來實(shí)現(xiàn)，也就是將齒輪的齒根線繞某一點(diǎn)傾斜，這種辦法稱為齒根傾斜。齒根傾斜，通常有繞中點(diǎn)傾斜和繞大端傾斜兩種方式。齒根傾斜之后，輪坯的根錐頂點(diǎn)不再與節(jié)錐頂點(diǎn)重合。當(dāng)＞時(shí)，根錐頂點(diǎn)落在節(jié)錐頂點(diǎn)之外如圖所示；當(dāng)＜時(shí)，根錐頂點(diǎn)落在節(jié)錐頂點(diǎn)之內(nèi)。這時(shí)，面錐頂點(diǎn)、根錐頂點(diǎn)三者都不重合，通常把這種設(shè)計(jì)方式稱為“三點(diǎn)式”。(a)＞(a)＞(b)＜圖2.24齒根傾斜后的情況實(shí)際選用的齒根角之和確定之后，關(guān)鍵是如何分配大輪和小輪的齒根角并確定齒根Δ＝（）(2.3-1）然后將齒根角和修正為′f＝f+′f＝f+(2.3-2）齒根繞大端傾斜時(shí)，齒輪的齒頂高、齒根高、工作齒高、全齒高都不改變。但齒輪繞中點(diǎn)傾斜時(shí)，齒輪的齒頂高和齒根高都要改變?chǔ)ぃ?2.3-3）這時(shí)齒輪的齒頂高和齒根高都要修正為h′ae＝hae+Δh′ae＝hae+Δ(2.3-4）h′fe＝hfe+Δh′fe＝hfe+Δ(2.3-5）同時(shí)，齒輪的工作齒高和全齒高也要修正為h′k＝hk+2Δ(2.3-6a）h′t＝ht+2Δ(2.3-6b）上面這種計(jì)算方法比較簡(jiǎn)單，但有時(shí)大輪和小輪的齒根角修正后懸殊太大，不夠理想，因此，格里森公司于1971年又提出一種新的分配方法，按傾斜點(diǎn)的齒高比例進(jìn)行分配。齒根繞大端傾斜時(shí)齒根角的計(jì)算公式是′f＝′f＝(2.3-7）這時(shí)齒輪的齒頂高和齒根高不變，常用于理論刀盤半徑小于實(shí)際刀盤半徑的情形。齒根繞中點(diǎn)傾斜時(shí)先要算出中點(diǎn)齒頂高和齒根高的值：ha＝hae－a1ha＝hae－a2(2.3-8）hf＝hfe－f1hf＝hfe－f2(2.3-9）然后按下列公式確定齒根角′f1＝′f2＝(2.3-10）這樣修正后弧齒錐齒輪的齒頂高、齒根高都要跟著改變、常用于理論刀盤半徑比實(shí)際刀盤半徑大的情形。修正后的齒高參數(shù)為h′ae＝ha1+′a1h′ae＝ha2+′a2(2.3-11）h′fe＝hf1+′f1h′fe＝hf2+′f2(2.3-12）h′k＝h′ae+h′ae(2.3-13）h′t＝h′ae+h′fe(2.3-14）c′＝h′t－h(huán)′K(2.3-15)這幾種修正方法都能起到修正輪坯的作用。要注意的是根錐繞大端傾斜時(shí)，齒輪的外徑和冠頂距都不改變，但齒根繞中點(diǎn)傾斜時(shí)，由于齒頂高變了，所以外徑和冠頂距也會(huì)跟著改變。在式中將hae和hae的值應(yīng)改為h′ae、h′ae重新計(jì)算就得到了修正后的值。齒根繞大端傾斜，外端的幾何參數(shù)不變，內(nèi)端的幾何參數(shù)變化較大。齒根繞中點(diǎn)傾斜，外端和內(nèi)端的參數(shù)都有變化，比繞大端傾斜的變化要均勻一些。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選用。與標(biāo)準(zhǔn)收縮相比，齒根傾斜是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，國外應(yīng)用得很普遍，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用這種方法。最后，把上述輪坯計(jì)算公式加以總結(jié)，列于表2-5和2-6中。表2-5弧齒錐齒輪標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算表格序號(hào)齒輪參數(shù)和計(jì)算公式備注1軸夾角2i12傳動(dòng)比3d1節(jié)圓直徑4z小輪齒數(shù)5z2=i12z1大輪齒數(shù)（圓整后）6m=d1/z1模數(shù)7d2=mz2大輪節(jié)圓直徑8螺旋角（左旋/右旋）9壓力角10,節(jié)錐角11x1＝-x2=0.39(1－)徑向變位系數(shù)12xt1=-xt2切向變位系數(shù)按表1-2和圖1-7選取13Re=0.5d2/sin2外錐距14b齒寬15r0刀盤半徑16hk＝1.70mhk＝z1<12z1<12工作齒高系數(shù)fk按表1-1選取17ht＝1.888mht＝z1<12z1<12全齒高系數(shù)fk按表1-1選取18hae1,2＝hae1,2＝z1<12z1<12齒頂高系數(shù)fa按表1-1選取19hfe1,2＝齒根高20c＝ht－h(huán)k頂隙21齒根角22δf1,2＝δ1,2-θf1,2根錐角23θa1,2＝θf2,1齒頂角24δa1,2＝δ1,2+θa1,2面錐角25de1,2＝d1,2+2hae1,2cosδ1,2外徑26Xe1,2＝Recosδ1,2－h(huán)ae1,2sinδ1,2冠頂距27端面壓力角28修正弧齒厚表2-6弧齒錐齒輪齒根傾斜參數(shù)計(jì)算表格序號(hào)齒輪參數(shù)和計(jì)算公式備注1θdf１,2＝2＝θdf1+θdf2雙重收縮齒根角3＝θf1+θf2雙重收縮齒根之和4z0=z2/sin2標(biāo)準(zhǔn)收縮齒根角之和5rD＝6=與表1-4第(12)項(xiàng)rc相差不大時(shí)，選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，否則按以下進(jìn)行。7＝min(，)8′f＝取兩者較小值齒根繞大端傾斜齒根繞大端傾斜后的齒根角9ha＝hae－a1,210hf＝hfe－f1,211′f1,2＝12θ′a1,2＝θ′f2,1齒根繞中點(diǎn)傾斜后的齒根角13h′ae＝ha1,2+′a1,2齒頂角14h′fe＝hf1,2+′f1,2大端齒頂高15h′k＝h′ae+h′ae大端齒根高16h′t＝h′ae+h′fe工作齒高17c′＝h′t－h(huán)′k全齒高表2-7螺旋錐齒輪參數(shù)第一對(duì)主減一級(jí)減速第齒數(shù)Z122Z2801模數(shù)mmmt5對(duì)齒寬mmB=0.3R60壓力角（*）α20軸交角（*）Σ90分度圓直徑mmd1=z1mt110d2=z2mt400分錐角（*）δ115.36δ274.64錐距mmR=207.42刀名義半徑100螺旋角35第二對(duì)主減二級(jí)減速第齒數(shù)Z117Z2812模數(shù)mmmt9對(duì)齒寬mmB=0.3R110壓力角（*）α20軸交角（*）Σ90分度圓直徑mmd1=z1mt153d2=z2mt729分錐角（*）δ111.85δ278.15錐距mmR=372.44刀名義半徑180螺旋角35第三章直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主減速器的建模整個(gè)直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)建?；旧鲜怯升X輪組成，其中最主要的就是螺旋錐齒輪，現(xiàn)在以其中一個(gè)螺旋錐齒輪為例，用CATIA建模。所謂螺旋錐齒輪其實(shí)和錐齒輪的畫法是一樣的，只是最后改變錐齒輪的螺旋角就完成了螺旋錐齒輪的建模。錐齒輪建模首先是建模分析：輸入關(guān)系式，繪制闖將錐齒輪所需的基本曲線。創(chuàng)建漸開線，并且構(gòu)造齒廓間曲線。創(chuàng)建齒廓間曲面。創(chuàng)建齒頂圓錐。陣列齒廓間曲面。割出最終的錐齒輪。3.1螺旋錐齒輪的建模過程3.1.1輸入基本參數(shù)和關(guān)系式（1）新建一個(gè)文件名為“conic_gear”的零部件。（2）單擊“公式”圖標(biāo)，彈出下圖所示的對(duì)話框，然后輸入下表所示的參數(shù)和公式。參數(shù)的輸入：先選擇參數(shù)類型，然后單擊【新建類型參數(shù)】，然后輸入?yún)?shù)的名稱及其值。公式的輸入：先選擇參數(shù)類型，然后單擊【新建類型參數(shù)】，然后出入?yún)?shù)的名稱，之后單擊【添加公式】，輸入完公式后，單擊【確定】即可。圖3.1“公式”對(duì)話框表3-1創(chuàng)建錐齒輪的參數(shù)和公式名稱值（或者公式）類型說明m2.5長(zhǎng)度模數(shù)z24整數(shù)齒數(shù)z_d45整數(shù)大齒輪齒數(shù)alpha20角度壓力角b20長(zhǎng)度齒寬hax1實(shí)數(shù)齒頂高系數(shù)cx0.25實(shí)數(shù)頂隙系數(shù)x0實(shí)數(shù)變位系數(shù)ha（hax+x）*m長(zhǎng)度齒頂高h(yuǎn)f（hax+cx-x）*m長(zhǎng)度齒根高h(yuǎn)（2*hax+cx）*m長(zhǎng)度全齒高deltaAtan（z/z_d)角度分錐角dm*z長(zhǎng)度分度圓直徑dbd*cos（alpha）長(zhǎng)度基圓直徑dad+2*ha*cos(delta)長(zhǎng)度齒頂圓直徑dfd-2*hf*cos(delta)長(zhǎng)度齒根圓直徑hb（d-db)/(2*cos(delta))長(zhǎng)度齒基高rxd/(2*sin(delta))長(zhǎng)度錐距theta_aatan(ha/rx)角度齒頂角theta_batan(hb/rx)角度齒基角theta_fatan(hf/rx)角度齒根角delta_adelta+theta_a角度頂錐角delta_bdelta-theta_b角度基錐角delta_fdelta-theta_f角度根錐角bab/cos(theta_a)長(zhǎng)度齒頂寬bbb/cos(theta_b)長(zhǎng)度齒基寬bfb/cos(theta_f)長(zhǎng)度齒根寬3.1.2創(chuàng)建基本曲線（1）在主菜單中單擊“開始”→“形狀”→“創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)”，此時(shí)進(jìn)入到創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊中。單擊“相交”圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中定義：“第一元素”選取“yz平面”；“第二元素”選取“zx平面”。最終的相交元素為z軸，這里是為以后的作圖做參考準(zhǔn)備的。如圖3.2：圖3.2“相交”對(duì)話框（2)單擊“草繪圖標(biāo)，然后單擊選擇“yz平面”作為草繪平面，繪制草圖。最下面一條基準(zhǔn)線為Z軸。先繪制草圖，然后標(biāo)注尺寸，然后再將其進(jìn)行參數(shù)化。參數(shù)化的具體過程是：先標(biāo)注其數(shù)值尺寸，然后雙擊其數(shù)值，在彈出的約束定義對(duì)話框中，選中其書之后，右擊，選擇編輯公式，在編輯區(qū)輸入相應(yīng)的公式，如圖3.3。圖3.3編輯公式對(duì)話框3.1.3創(chuàng)建大端齒輪基本圓（1）單擊平面圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出對(duì)話框：“平面類型”選擇“平面的角度/法線”；“旋轉(zhuǎn)軸”選擇草圖最左邊的一條線；“角度”為“90deg”。單擊【確定】按鈕。圖3.4平面定義對(duì)話框3.1.4創(chuàng)建小端齒輪基本圓單擊“提取”圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中的“拓展類型”選擇“無類型”，單擊邊線。這里提取的曲線是為以后平面的創(chuàng)建和基本圓曲線的繪制所準(zhǔn)備的。單擊“平面”圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出對(duì)話框：“平面類型’選擇”平面的角度/法線”；“旋轉(zhuǎn)軸”選擇步驟（1）中提取的曲線；“角度”為“90deg”。單擊【確定】。（3）單擊“相交”圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中定義：“第一元素”選擇2.1.2步驟（1）中的相交元素，即Z軸；“第二元素”選取（1）中的提取的曲線。相交結(jié)果為點(diǎn)將作為小端基本圓曲線的圓心。單價(jià)“草繪”圖標(biāo)，然后單擊選擇步驟（2）中建立的平面作為草繪平面，首先繪制一個(gè)任意大小的圓，然后按住Ctrl鍵選取剛繪制的圓和（3）中創(chuàng)建的點(diǎn)，然后單擊，將他們兩者的關(guān)系約束為同心。然后標(biāo)注其直徑尺寸；然后雙擊其直徑尺寸，在彈出的對(duì)話框：首先在“維”選項(xiàng)中選擇半徑選項(xiàng)，然后選中“半徑”中的數(shù)值，右擊，選擇“編輯公式”選項(xiàng)，輸入“（df-2*bf*sin(delta_f))/cos(delta)/2”，單擊【確定】按鈕退出。按照以上步驟繪制其他三個(gè)同心圓，其半徑分別為“(db-2*bb*sin(delta_b))/cos(delta)/2”，“(d-2*b*sin(delta))/cos(delta)/2”，“(da-2*ba*sin(delta_a))/cos(delta)/2”，最終生成的基本圓如圖3.5所示圖3.5基本圓的生成3.1.5創(chuàng)建漸開線（1）單擊“公式”圖標(biāo)，輸入公式“rl=db/cos(delta)/2”。（2）單擊“規(guī)則”圖標(biāo)，在系統(tǒng)彈出的對(duì)話框中定義：在“規(guī)則名稱”輸入“法則曲線.x1”，單擊【確定】按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入“規(guī)則編輯器”編輯區(qū)，先建立兩個(gè)參數(shù)：長(zhǎng)度xx,實(shí)數(shù)t。在編輯區(qū)輸入漸開線的x1方程：xx=r1*cos(PI/2*t)+rl*PI/2*tsin(PI/2*t)；定義好后如圖3.6所示。圖3.6規(guī)則編輯器（3）重復(fù)利用步驟（2）的過程，建立“規(guī)則曲線.y1”，然后在公式編輯區(qū)輸入漸開線的y1的方程：y=r1*sin(PI/2*t)-r1*PI/2*t*cos(PI/2*t)。（4）單擊“點(diǎn)”圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出對(duì)話框：在“點(diǎn)類型”中選擇“平面上”；“平面”選擇“平面.1:”（即齒輪大端的基本平面）；然后選中坐標(biāo)H的數(shù)值，右擊選擇“編輯公式”，然后輸入：關(guān)系\法則曲線.y1->Evaluate（0）；然后選中坐標(biāo)V的數(shù)值，右擊選擇“編輯公式”，然后輸入：關(guān)系\法則曲線x1->Evaluate(0)；注意：輸入公式時(shí)，先選中“字典”中的“參數(shù)”，然后雙擊填入“‘關(guān)系\法則曲線x1’”；然后選中“字典”中的“規(guī)則”，雙擊“規(guī)則成員數(shù)”中的“Law->Evaluate(實(shí)數(shù)）：實(shí)數(shù)”。在（）中輸入0。單擊【預(yù)覽】按鈕，結(jié)果如圖3.7，3.8：圖3.7創(chuàng)建點(diǎn)圖3.8點(diǎn)定義（5）重復(fù)利用步驟（4）的過程，建立第二點(diǎn)，其坐標(biāo)分別為：H=‘關(guān)系\法則曲線.y1’->Evaluate(0.1)；V=‘關(guān)系\法則曲線.x1’->Evaluate(0.1)；其他三點(diǎn)的變量為：0.2,0.3,0.4。建立好五個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)后如圖3.9：圖3.9創(chuàng)建點(diǎn)（6）單擊“樣條線”圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出對(duì)話框：一次選擇上面建立的五個(gè)點(diǎn)，并選擇“平面.1”平面作為其支持面。單擊【預(yù)覽】按鈕，結(jié)果如圖3.11：圖3.10“樣條定義”對(duì)話框圖3.11漸開線預(yù)覽圖（7）現(xiàn)在開始創(chuàng)建小端面的漸開線。單擊“公式”圖標(biāo)，輸入公式“r2=(db-2*bb*sin(delta_b))/cos(delta)/2”。單擊“規(guī)則”圖標(biāo)，在系統(tǒng)彈出的對(duì)話框中定義:在“規(guī)則名稱”輸入“法則曲線.x2”，單擊【確定】按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入“規(guī)則編輯器”編輯區(qū)，先建立兩個(gè)參數(shù)；長(zhǎng)度xx，實(shí)數(shù)t。在編輯區(qū)輸入漸開線的x2方程：xx=r2*sin(PI/2*t)+r2*PI/2*t*sin(PI/2*t)。重復(fù)利用步驟（8）的過程，建立“規(guī)則曲線.y2”，然后再公式編輯區(qū)輸入漸開線的y2的方程：y=r2*sin(PI/2*t)-r2*PI/2*t*cos(PI/2*t)。（10）點(diǎn)擊“點(diǎn)”圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出對(duì)話框：在“點(diǎn)類型”中選擇“平面上”；“平面”選擇“平面.2”（即齒輪小端的基本平面）；然后選中坐標(biāo)H的數(shù)值，右擊選擇“編輯公式”，然后輸入：‘關(guān)系\法則曲線.y2’->Evaluate(0)；然后選中坐標(biāo)V的數(shù)值，右擊選擇“編輯公式”，然后輸入：’關(guān)系\法則曲線.x2’->Evaluate(0)；“參考點(diǎn)”選擇“交叉2”（即小端面基本圓曲線的圓心）。單擊【確定】按鈕即可生成點(diǎn)。圖3.12點(diǎn)定義對(duì)話框（11）類似步驟（5）、（6）創(chuàng)建小斷面的漸開線。3.1.6鏡像漸開線單擊“提取”圖標(biāo)，在彈出對(duì)話框中的“拓展類型”選擇“無拓展”，單擊選取齒輪大端面的分度圓曲線。圖3.13提取定義對(duì)話框（2）單擊“相交”圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中定義：“第一元素”選取步驟（1）中的提取元素（即大端面的分度圓曲線）；“第二元素”選取大端面的漸開線曲線。相交結(jié)果為點(diǎn)。（3）單擊“草繪”圖標(biāo)，然后單擊選擇“平面.1”（即吃困大端的基本平面）作為草繪平面：首先利用投影將“漸開線.1”投影到草圖上，再創(chuàng)建通過坐標(biāo)原點(diǎn)和步驟（2）中的相交點(diǎn)的軸線，然后創(chuàng)建用于鏡像的軸線，注意其方向，兩軸線之間的角度“360deg*cos(delta)/(4*z)”。然后利用鏡像命令鏡像漸開線。最后將投影的漸開線變成構(gòu)造線。（4）類似步驟（1）、（2）、（3）鏡像小端面的漸開線。3.1.7創(chuàng)建齒形間輪廓曲面單擊“提取”圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中的“拓展類型”選擇“無拓展”，單擊選取齒輪大端面的齒根圓曲線。單擊“外插延伸”圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出對(duì)話框：“邊界”選擇“漸開線.1”的頂點(diǎn)；“外插延伸的”選擇“漸開線.1”；選擇提取的齒根圓作為限制元素；“連續(xù)”的方式選擇曲率連續(xù)；單擊【預(yù)覽】，如圖3.14：圖3.14外插延伸對(duì)話框重復(fù)利用步驟（2）的過程，對(duì)鏡像的漸開線進(jìn)行延伸。單擊