施瓦澤269直升機聯軸節磨損的分析

宋亞平（中國民航飛行學院新津分院機務工程部，四川成都　611430）

施瓦澤269直升機聯軸節磨損的分析

宋亞平
（中國民航飛行學院新津分院機務工程部，四川成都611430）

269系列直升機是休斯器械公司飛機分公司（現在的休斯直升機公司）于1955年研制，裝備了168馬力的萊康明活塞發動機，美國空軍在1964年將其選為標準的直升機初始訓練機，到2000年美國軍方共訂購了791架。本文通過對施瓦澤269直升機和貝爾206直升機的聯軸節的對比分析，發現施瓦澤聯軸節存在較為明顯的磨損情況，對其磨損情況進行分析，得出可能引起磨損的原因與潤滑、傳動關系、使用的發動機直接相關。

269直升機聯軸節齒輪潤滑磨損

1986年，施瓦澤飛機公司購得了269直升機的所有生產權利。施瓦澤269直升機于2002年進入中國市場，中國民航飛行學院新津分院作為其國內首家用戶引進了三架作為直升機駕駛員訓練的初教機，使用至今已近萬小時，發現聯軸節均存在不同程度的磨損。在單發輕型直升機上，聯軸節用于將發動機的扭矩傳遞到主減速器齒輪箱。聯軸節，其實就是兩個內套齒與一個兩端帶齒軸的組合。由于發動機和主減速器齒輪箱間不時會產生相對位移，從而可能產生軸向和/或徑向的位移。為了減小該位移對扭矩傳遞的影響，在施瓦澤直升機上采用了凸圓弧齒輪聯軸節設計。

從上圖1-2我們可以看出，凸圓弧齒輪可在軸向和徑向錯位的情況下，有效地傳遞扭矩。同樣這種設計也被應用在貝爾206直升機上。齒輪作為重要的機械零件廣泛應用在機械傳動系統中，齒輪工作時承受很大的扭矩和各種不同頻率的振動和周期變化力的作用，工作條件很惡劣，高速重載和周期變化的振動是造成齒輪損傷失效的直接原因，通過使用正確的潤滑材料和潤滑方式來保證齒輪得到良好潤滑，以減小齒輪工作中產生的摩擦，從而克服或減輕齒輪摩擦、磨損等失效的發生，達到保護齒輪、延長齒輪使用壽命的目的。齒輪存在有潤滑劑的情況下嚙合時，潤滑油膜就有發生分離兩輪齒面的趨勢，當負荷低時相嚙合的輪齒之間具有較厚的油膜；負荷增加時，嚙合區的壓力也增加從而引起油膜厚度的降低，當負荷足夠大時，齒面間油膜便不能阻擋相嚙合輪輪齒表面最高點的接觸，邊界潤滑油膜破裂，從而發生擦傷、磨損或膠合現象。當輪齒的齒面負荷過大時，為使其不致于產生干摩擦，可在潤滑油中加入極壓抗磨添加劑。這種添加劑能與齒面反應生成極壓潤滑油膜，起到保護齒面，防止干摩擦的作用。我們知道這兩種聯軸節均采用圓弧齒輪，圓弧齒輪一般都是斜齒，在嚙合的瞬間接觸寬度小，接觸點的滑動方向與接觸線的滑動方向是一致的，不利于形成動壓油膜。

圖1

圖2

貝爾206和施瓦澤聯軸節使用的潤滑劑均為Anderol 786，這是一種無機稠化潤滑劑，具有卓越高溫性能，良好的抗水性，極壓重負荷的潤滑脂。在正常工作狀態下，施瓦澤的發動機輸出功率為180馬力，輸出轉速為2700轉/分；而貝爾206的發動機輸出功率為317馬力，輸出轉速為6016轉/分。從數據來看，貝爾206的聯軸節承受的負載比施瓦澤要大的多，但實際的結果卻是截然相反。三架施瓦澤直升機在使用到2500小時左右均出現了較為明顯的磨損，而貝爾206直升機在使用了8000小時后均未出現磨損。兩者的潤滑周期差別明顯，按維護手冊的要求，施瓦澤直升機要求每50小時對其進行潤滑劑的補充，其時控壽命為6000小時（當然廠家也規定了在出現磨損后可提前更換該件），而貝爾206直升機則是每年或每600小時（以先到為準）拆檢，該件為視情更換件。從該件維護潤滑的間隔周期來看，施瓦澤直升機的周期比貝爾直升機的明顯頻繁。同樣的設計理念，同樣的潤滑劑，在實際的使用中卻出現了不同的結果。究其原因，筆者認為，出現的磨損與潤滑、傳動關系、使用的發動機直接相關。

1　與潤滑有關

根據測量，269C聯軸節的齒嚙合區域的平均直徑53.5毫米，而貝爾206聯軸節的齒嚙合區域的平均直徑為80.0毫米；而前者的工作轉速為2700轉/分，后者的工作轉速為6016轉/分。根據離心力公式F=MW2R，我們可以得出，貝爾206的潤滑脂受到的離心力大約為269C潤滑脂的7.45倍。在完成潤滑維護后，齒隙間充填了潤滑脂，隨著嚙合的開始這些潤滑脂被逐漸擠離嚙合區。隨著轉速逐漸增加到工作轉速，在施瓦澤直升機和貝爾直升機上發生著不同的現象。在施瓦澤直升機上，潤滑脂被擠離嚙合區，齒輪面上的潤滑脂油膜越來越薄，直至擠壓破碎形成干摩擦；在貝爾直升機上，潤滑脂被擠離嚙合區的同時，由于較大的離心力作用下，潤滑脂被甩到內套齒的內壁上且按徑向平均分布，同時分布在內壁上的潤滑脂間會在離心力的作用下相互擠壓，這種擠壓會使潤滑脂不斷地向齒輪的齒面填充，從而形成擠壓-填充-擠壓-填充的自潤滑的良性循環，不斷地在齒輪上形成潤滑油膜。

2　與傳動關系有關

貝爾206使用的是齒輪傳動，施瓦澤使用皮帶輪傳動及減速，為了保證皮帶的張力，用一雙向電機進行控制，使其張力保持在230± 5磅，而這個力在使用中是變化的，由于這種傳動和齒輪傳動，相對會增加齒輪的磨損，所以施瓦澤直升機的聯軸節磨損較快。

3　與使用的發動機有關

貝爾直升機使用的是渦輪發動機，振動頻率和振幅都比較小；而施瓦澤直升機使用的是活塞發動機，其振動頻率和振幅都比較大，這就加速了聯軸節的磨損，所以施瓦澤直升機的聯軸節都未使用到規定壽命而提前更換。施瓦澤公司在近期已意識到該處存在的潤滑缺陷，并對產品進行了一些改進：在聯軸節的前后端各增加一個注油嘴，要求在每次飛行后對其進行注油，以改善該處的潤滑狀況。但要達到其規定的設計壽命，還要有待實踐的檢驗。

［1］謝德高.齒輪的磨損與潤滑［J］.潤滑與密封，1995（1）:68-70.

［2］鄒先瑞.齒輪的磨損形式和潤滑油［J］.山西機械，2001:146-147.