航空燃氣渦輪發(fā)動機的雙速傳動裝置及主要構(gòu)件設(shè)計與加工路線制定(編輯修改稿)
2025-07-27 09:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 。滾棒離合器是用來保證在轉(zhuǎn)速達到自持轉(zhuǎn)速后，發(fā)動機轉(zhuǎn)子與起動發(fā)電機之間的傳動，使起動發(fā)電機由發(fā)動機帶動進入發(fā)電狀態(tài)。摩擦離合器起保險作用。(1) 目的：起動過程中，使電機電流與起動扭矩減少；發(fā)電過程中，保證電機強度與改善電力品質(zhì)。 (2) 功用：使電機的轉(zhuǎn)速在發(fā)動機不同狀態(tài)(起動與工作)下基本保持不變，并又能滿足兩者間的轉(zhuǎn)速匹配要求。 ┌──────┐ 起動時減速 ┌────┐ │ 起動發(fā)電機 ├─────────┤ 發(fā)動機 │ │ ├─────────┤ │ └──────┘ 工作時減速 └────┘ (3) 功率傳遞路線： 起動過程：電機(電動機)─摩擦離合器─棘輪離合器─發(fā)動機。 發(fā)電過程：發(fā)動機─滾棒離合器─摩擦離合器─電機(發(fā)電機)。 正向盤動轉(zhuǎn)子時：傳遞路線類同于起動過程，但伴有棘輪離合器的答、答聲； 反向盤動轉(zhuǎn)子時：棘輪離合器、滾棒離合器都起作用，使傳遞路線自鎖。 航空燃氣渦輪發(fā)動機中雙速傳動裝置工作原理如下圖所示，發(fā)動機起動時，起動發(fā)電機通過摩擦離合器一方面帶動滾棒離合器外環(huán)轉(zhuǎn)動，另一方面經(jīng)棘輪離合器兩次減速后，帶動滾棒離合器的星形輪。由于外環(huán)轉(zhuǎn)速大于星形輪轉(zhuǎn)速，所以滾棒離合器不工作。因而在起動開始階段，起動發(fā)電機是借摩擦離合器和棘輪離合器帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過自持轉(zhuǎn)速、起動發(fā)電機斷電后，滾棒離合器星形輪轉(zhuǎn)速大于外環(huán)轉(zhuǎn)速，滾棒離第Ⅱ頁 共Ⅱ頁合器進入工作，星形輪帶動外環(huán)轉(zhuǎn)動。這時滾棒離合器的外環(huán)減速帶動棘輪離合器的棘輪轉(zhuǎn)動，而滾棒離合器的星形輪增速帶動棘輪離合器的離合子座轉(zhuǎn)動，所以離合子座的轉(zhuǎn)速大于棘輪的轉(zhuǎn)速。此時，離合子的離心力已經(jīng)大于彈簧力，離合子前端內(nèi)收，棘輪離合器自動退出工作。這時，發(fā)動機借助于滾棒離合器和摩擦離合器帶動起動發(fā)電機進入發(fā)電狀態(tài) [2]。圖 22 雙速傳動裝置工作原理簡圖 燃氣渦輪發(fā)動機起動過程 使發(fā)動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由零增加到慢車轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程。根據(jù)帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)子加速的驅(qū)動力的來源，可將加速過程分為三個階段。(1)第一個階段。帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)子加速的驅(qū)動力來自起動機動機轉(zhuǎn)子加速。發(fā)動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由零加速到轉(zhuǎn)速 n1,在這個階段的末尾 n1 轉(zhuǎn)速下，起動系統(tǒng)向燃燒室供油起動點火，燃燒室開始工作。一般： n1=(～)n max(2)第二個階段。帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)子加速的驅(qū)動力來自起動機和渦輪轉(zhuǎn)子．也就是起動機和渦輪轉(zhuǎn)子共同帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)子加速。發(fā)動機轉(zhuǎn)于的轉(zhuǎn)速變化為由 n1 到起動機脫離發(fā)動機發(fā)動機時發(fā)動機轉(zhuǎn)速 n2,此時 n2=(～) n max第Ⅱ頁 共Ⅱ頁(3)第三個階段。帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)于加速的驅(qū)動力來自渦輪轉(zhuǎn)子，也就是由渦輪轉(zhuǎn)子單獨帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)子加速到慢車轉(zhuǎn)速 nidle.[4] 棘輪式齒輪棘輪式齒輪是棘輪離合器的一部分，外有直齒，內(nèi)有鋸形齒。直齒同其它的齒輪嚙合起到傳動轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的作用，鋸形齒同離合子相作用起到離合的作用。第Ⅱ頁 共Ⅱ頁棘輪式齒輪轉(zhuǎn)速高，工作環(huán)境苛3 航空齒輪 航空齒輪在航空飛行器中被廣泛應(yīng)用, 其可靠性如何直接影響飛行安全, 故設(shè)計問題非常重。齒面接觸應(yīng)力和強度、齒根彎曲應(yīng)力和強度均為隨機變量, 必對齒輪參數(shù)設(shè)計產(chǎn)生影響。此外, 由于轉(zhuǎn)速高、齒面壓力大、溫度高、潤滑效果差, 齒面膠合失效已成為不能忽視的失效形式. 為此, 須考慮諸多因素, 合理地選擇設(shè)計參數(shù), 以獲得較好的設(shè)方案。 航空齒輪加工現(xiàn)狀與發(fā)展我國齒輪加工相對于國外在齒輪加工精度、齒輪的熱處理、表面滲碳方面還存在一定的差距，各種高速重載的齒輪傳動機械的應(yīng)用越來越多，如航空發(fā)動機、高層建筑起重機減速器、礦用高速鉆傳動、內(nèi)燃機車、汽車等傳動機構(gòu)都廣泛采用滲碳淬火的硬齒面齒輪。所以，研究硬齒面齒輪精加工工藝，滿足要求很有必要。我們今后應(yīng)在硬齒面齒輪加工上深入探討研究，不斷提高硬齒面齒輪加工水平，如激光表面處理技術(shù)等，使我們齒輪制造業(yè)向高、精、尖發(fā)展，向世界先進水平看齊 [5]. 航空傳動齒輪構(gòu)件對材料技術(shù)的要求傳動齒輪工作的可靠性,對于發(fā)動機和飛機都極其重要。附件傳動裝置在整個飛行包線內(nèi),必須為發(fā)動機和飛機所有附件提供設(shè)計所要求的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和功率。由于飛機和發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求,附件傳動裝置外廓尺寸必須盡可能小,結(jié)構(gòu)重量盡可能輕,并且易更換、易維護、易調(diào)整。在設(shè)計齒輪傳動系統(tǒng)時,除了要合理選擇運動參數(shù)、幾何參數(shù)和潤滑方式外,還要分析齒輪和傳動軸在各種工作狀態(tài)的傳動載荷、振動、強度和疲勞壽命。因此,要求傳動齒輪材料應(yīng)具有:(1) 足夠的強度,很高的韌性和優(yōu)良的疲勞性能；(2) 優(yōu)良的工藝性能(含滲碳、氰化、淬透性等)；(3) 鍛件的金屬流線沿零件輪廓分布；(4) 滲碳(或氰化) 后,表面有很高的硬度,而心部的強度和韌性配合良好；(5) 工作面抗磨損、抗粘(膠) 結(jié),抗疲勞。特別是中央錐形齒輪副和傳動軸,在分析計算發(fā)動機各種狀態(tài)下的傳動載荷、振動、扭矩、應(yīng)力和疲勞壽命的基礎(chǔ)上,還要進行試驗驗證。因此對齒輪制造工藝的要求很嚴(yán),如機械加工后齒輪表第Ⅱ頁 共Ⅱ頁面粗糙度、齒輪副嚙合均勻度?；瘜W(xué)熱處理后,滲碳層的組織、碳化物形態(tài)、分布及滲碳層—擴散層—心部由表及里的硬度變化等都有要求,并需進行必要的檢驗。 國內(nèi)外航空發(fā)動機齒輪材料國內(nèi)外幾種航空發(fā)動機承受主要負荷的齒輪材料如表1 。我國某系列現(xiàn)役發(fā)動機的重要齒輪均采用12Cr2Ni4A 低合金結(jié)構(gòu)鋼,冶煉方法基本上以電弧熔煉為主,最近幾年才開始逐漸采用電弧爐熔煉+ 電渣重熔或真空自耗重熔等先進冶煉技術(shù)。雖然提高了合金純潔度,降低了非金屬夾雜物的含量,但仍不能滿足某先進發(fā)動機中央傳動錐形齒輪副的設(shè)計要求,不得不從國外進口綜合性能較好的類似于16Cr3NiWVMoNb 的齒輪鋼。俄羅斯在20 世紀(jì)60 年代初期設(shè)計P29 300發(fā)動機時,就已試用12 Х2 НВMФА 新齒輪鋼。70年代初期設(shè)計РД 33 、АЛ 31 Ф發(fā)動機時,又大量采用16 Х3 НВMФб齒輪鋼。由此可以推斷,在60～70 年代俄羅斯就研制成功至少兩種性能較好的新型齒輪鋼。其研究和發(fā)展速度之快,我們望塵莫及。從許多材料標(biāo)準(zhǔn)中還反映出,俄羅斯
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