某型直升机主减速器分扭传动轴系热分析研究

摘要

直升机主减速器通常处于高速重载工况下，由于体积小、结构紧凑、散热条件差，会使传动系统产生较大的温升。高温会导致齿轮和轴承胶合失效，同时过高的温升会引起齿轮和轴承过大的热变形，消除传动间隙，严重影响传动系统的传动性能和工作可靠性。因此，研究主减速器中齿轮、轴承以及传动轴系的温度分布具有十分重要的意义。
　　本文首先在考虑载荷分配、热量分配和摩擦系数沿啮合位置变化的基础上，对直齿轮的摩擦生热分析方法进行了研究，并选择相应经验公式计算了齿轮轮齿不同面的对流换热系数;运用ANSYS软件的APDL语言对齿轮轮齿进行参数化建模，对轮齿不同面进行加载分析，获得了齿轮轮齿的稳态温度场;为了验证直齿轮稳态温度场仿真方法的可行性，利用红外热像仪对不同扭矩、转速、润滑油输入温度工况下的齿轮表面温度进行测量，将试验结果与有限元仿真分析结果进行对比，验证了本文有限元仿真分析方法的可行性。
　　其次，考虑分扭传动的载荷及润滑特点，对某型直升机主减速器的分扭主动直齿轮进行稳态热分析，获得了齿轮轮齿的稳态温度场，分析了扭矩、转速、润滑油输入温度对轮齿稳态温度场的影响;以稳态热分析的结果作为初始条件，对轮齿的瞬态温度场进行分析，并将有限元仿真结果与Blok闪温公式进行了对比。
　　最后，在考虑均载系数的基础上，计算了无内圈圆柱滚子轴承以及分扭传动轴系的热载荷，对其进行稳态热分析，获得了无内圈圆柱滚子轴承以及分扭传动轴系的稳态温度场，并比较了不同均载系数对无内圈圆柱滚子轴承以及分扭传动轴系稳态温度场的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 课题来源

1．3 传动系统热分析研究现状

1．3．1 齿轮热分析研究

1．3．2 滚动轴承热分析研究

1．3．3 传动系统热分析研究

1．4 本文的主要工作

1．5 本章小结

2 传动系统热分析的基本理论与方法

2．1 传热学的基本概念

2．2 传热的基本方式

2．3 单值性条件分析

2．3．1 齿轮单值性条件

2．3．2 轴承单值性条件

2．3．3 传动轴单值性条件

2．4 ANSYS有限元热分析

2．5 本章小结

3 直齿轮稳态温度场仿真计算方法研究

3．1 摩擦生热的分析计算方法

3．1．1 齿面接触压力的分析

3．1．2 轮齿相对滑动速度的计算

3．1．3 齿面摩擦系数的选取

3．1．4 轮齿摩擦生热的计算

3．2 对流换热的分析与计算

3．2．1 啮合面对流换热系数

3．2．2 端面对流换热系数

3．2．3 其他面对流换热系数

3．3 齿轮参数化建模分析

3．4 稳态温度场有限元分析

3．4．1 直齿轮相关参数

3．4．2 边界条件

3．4．3 有限元计算结果及分析

3．5 本章小结

4 直齿轮稳态温度场仿真方法的试验方案及验证

4．1 试验系统的总体方案

4．1．1 齿轮试验台

4．1．2 润滑系统

4．1．3 测控系统

4．2 齿轮热平衡测温试验

4．2．1 试验台的加载过程

4．2．2 试验台的测温过程

4．3 仿真与试验的结果对比分析

4．4 本章小结

5 直升机分扭主动直齿轮的温度场分析

5．1 直升机主减速器分扭传动的特点及问题

5．1．1 直升机主减速器分扭传动的特点

5．1．2 直升机主减速器分扭传动的问题

5．2 分扭主动直齿轮的相关参数

5．3 摩擦热流量的计算

5．3．1 齿面接触压力的计算

5．3．2 轮齿相对滑动速度的计算

5．3．3 齿面摩擦系数的选取

5．3．4 轮齿摩擦热流量的计算

5．4 对流换热系数的选取

5．4．1 啮合面对流换热系数的选取

5．4．2 端面对流换热系数的选取

5．4．3 其他面对流换热系数的选取

5．5 齿轮参数化建模分析

5．6 稳态温度场有限元分析

5．7 稳态温度场影响因素分析

5．8 瞬态温度场有限元分析

5．9 本章小结

6 直升机分扭传动轴系的温度场分析

6．1 直升机分扭传动轴系的构成

6．2 无内圈圆柱滚子轴承的温度场分析

6．2．1 无内圈圆柱滚子轴承的相关参数

6．2．2 摩擦热流量的计算

6．2．3 对流换热系数的选取

6．2．4 稳态温度场有限元分析

6．2．5 均载系数对稳态温度场的影响

6．3 分扭传动轴系的温度场分析

6．3．1 传热模型

6．3．2 摩擦热流量的计算

6．3．3 对流换热系数的选取

6．3．4 稳态温度场有限元分析

6．3．5 均载系数对稳态温度场的影响

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢