直升機尾傳動系統彎曲振動問題淺析

張文豹 周銀鑌 賀啟盛

摘 要：本文對直升機尾傳動系統結構進行了簡介，對兩支承及多支承的彎曲振動問題進行了分析，并提出了彎曲振動模型建立方法，可為直升機尾傳動系統的研制提供理論基礎。

關鍵詞：尾傳動系統；彎曲振動

1 直升機尾傳動系統結構簡介

直升機傳動系統一般由“兩軸三器”即動力軸、尾傳動軸（包含水平傳動軸及尾斜軸）、主減速器、中間減速器、尾減速器或“兩軸兩器”即動力軸、尾傳動軸、主減速器、尾減速器組成，“兩軸三器”的基本結構如圖1所示。而尾傳動系統不包含主減速器及動力軸。

1.1 尾傳動軸

尾傳動軸是直升機傳動系統的重要動力傳輸部件之一，其主要功能是將主減（或者發動機）輸出的功率和轉速傳輸給尾減，進而驅動尾槳的運轉。

尾傳動軸組件一般由尾水平軸和尾斜軸兩部分組成。尾水平軸連接主減與中減，一般采用多段尾軸結構，每段軸采用薄壁管結構，通過鉚接與連接法蘭或花鍵接頭固定，采用一定數量的軸承座支撐在直升機尾梁上，跨距較長；尾斜軸連接中減與尾減，一般只有一個軸段。

1.2 中間減速器

中間減速器是直升機傳動系統的關鍵部件之一，其主要作用是將尾水平軸的功率和轉速按設計要求傳遞給尾斜軸，并且換向，同時將載荷傳遞給直升機機身。中間減速器的功能是將尾水平軸的扭矩和運動（包括轉速和轉向）按起直升機總體布置和性能要求經中間減速器內的齒輪傳動鏈減速、換向傳輸給尾斜軸。

1.3 尾減速器

尾減速器是直升機傳動系統的核心關鍵部件之一，其主要作用是將尾斜軸的功率和轉速按設計要求傳遞給尾槳，并且換向，同時將自身產生的載荷和尾槳產生的氣動載荷傳遞給直升機機身。尾減速器的功能是將尾斜軸的扭矩和運動（包括轉速和轉向）按直升機總體布置和性能要求經尾減速器內的齒輪傳動鏈減速、換向傳輸給尾槳，并承受和傳遞直升機尾槳系統各種狀態下的載荷。

2 彎曲振動問題分析

上文提到，直升機主要擁有傳動軸與水平軸兩種軸承結構，其中水平軸主要由多段空心軸與連軸器組成，并且還需要多個軸承支承，它的作用與傳動軸相同，都用于兩大減速器之間的動力傳遞。為了確保水平軸在實踐中能夠得到良好的運用，設計人員需要針對其運作狀態與轉動速率進行計算。但由于水平軸的力學結構較為復雜，單單依靠傳統的計算方法很難真正的了解其運行水平，因此設計人員還需要將其看做為一種具有一定支承剛度的彈簧系統。水平軸聯軸器的法蘭盤質量越大，對于直升機尾傳動系統的動力學影響就會越大，將水平傳動軸末端的減速器的單側錐齒輪作為集中質量點，可以使計算過程更能滿足實際需求。

3 彎曲振動模型建立

尾斜軸等效作為一種質量梁，水平軸段等效作為一種連續梁，可以將其簡化為具有一定剛度的彈簧，將其與尾減速器系統、中間減速器系統進行簡化，會轉變為彈簧組合件、具有轉動慣量的質量及支座等效的彈簧。在直升機尾傳動系統中，尾斜軸構成了整體的動力傳動系統，尾傳動系統尾斜軸包括尾斜傳動軸、膜片聯軸器及動螺旋錐齒輪、尾減速器等。在對水平軸進行分析時，需要對減速器系統簡化為具有一定支承剛度的彈簧系統，將聯軸器作為一個集中質量點單元，并將其與另外一個支承單元相組合。需要將水平傳動軸末端的減速器的單側錐齒輪作為一個集中質量點單元，進而構建出一個尾傳動系統尾斜軸彎曲震動動力學計算模型。

4 軟件功能分析

通過分析尾傳動系統的結構特點，構建系一比一的集合模型，并通過Matlab計算格式對模型進行簡化，在此次數學模型的構建中，為了達到更好的計算效果，筆者將傳動軸與尾斜軸都當成圓盤彈簧系統，該系統中主要包括空心軸段、聯軸器、中間減速器以及尾減速器等部件，筆者通過測量與分析這些部件的力學特性，以達到尾傳動系統的結構分析效果。由于直升機的聯軸器質量分布較為均勻，因此會對系統的扭轉振動特性產生較大的影響，因此除了上述因素外，設計人員還需要綜合考慮聯軸器的轉動慣性帶來的影響。

通過利用計算機中的Matlab6.5版本系統，在窗口中輸入正確的尺寸、類型等信息，實現對尾傳動系統扭轉振動特性的快速分析，達到更好的動力學特性分析效果。

5 結束語

本文對直升機尾傳動系統多支承彎曲振動特性進行了分析，并建立了彎曲振動模型，對直升機尾傳動系統的完全振動建模的建立方法進行了分析，并對分析軟件進行了介紹，可為直升機尾傳動系統的研制提供理論基礎。

參考文獻：

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