施瓦澤269直升機(jī)聯(lián)軸節(jié)磨損的分析

宋亞平（中國民航飛行學(xué)院新津分院機(jī)務(wù)工程部，四川成都　611430）

施瓦澤269直升機(jī)聯(lián)軸節(jié)磨損的分析

宋亞平
（中國民航飛行學(xué)院新津分院機(jī)務(wù)工程部，四川成都611430）

269系列直升機(jī)是休斯器械公司飛機(jī)分公司（現(xiàn)在的休斯直升機(jī)公司）于1955年研制，裝備了168馬力的萊康明活塞發(fā)動機(jī)，美國空軍在1964年將其選為標(biāo)準(zhǔn)的直升機(jī)初始訓(xùn)練機(jī)，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(jī)和貝爾206直升機(jī)的聯(lián)軸節(jié)的對比分析，發(fā)現(xiàn)施瓦澤聯(lián)軸節(jié)存在較為明顯的磨損情況，對其磨損情況進(jìn)行分析，得出可能引起磨損的原因與潤滑、傳動關(guān)系、使用的發(fā)動機(jī)直接相關(guān)。

269直升機(jī)聯(lián)軸節(jié)齒輪潤滑磨損

1986年，施瓦澤飛機(jī)公司購得了269直升機(jī)的所有生產(chǎn)權(quán)利。施瓦澤269直升機(jī)于2002年進(jìn)入中國市場，中國民航飛行學(xué)院新津分院作為其國內(nèi)首家用戶引進(jìn)了三架作為直升機(jī)駕駛員訓(xùn)練的初教機(jī)，使用至今已近萬小時，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸節(jié)均存在不同程度的磨損。在單發(fā)輕型直升機(jī)上，聯(lián)軸節(jié)用于將發(fā)動機(jī)的扭矩傳遞到主減速器齒輪箱。聯(lián)軸節(jié)，其實(shí)就是兩個內(nèi)套齒與一個兩端帶齒軸的組合。由于發(fā)動機(jī)和主減速器齒輪箱間不時會產(chǎn)生相對位移，從而可能產(chǎn)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(jī)上采用了凸圓弧齒輪聯(lián)軸節(jié)設(shè)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(shè)計也被應(yīng)用在貝爾206直升機(jī)上。齒輪作為重要的機(jī)械零件廣泛應(yīng)用在機(jī)械傳動系統(tǒng)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(chǎn)生的摩擦，從而克服或減輕齒輪摩擦、磨損等失效的發(fā)生，達(dá)到保護(hù)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(fā)生分離兩輪齒面的趨勢，當(dāng)負(fù)荷低時相嚙合的輪齒之間具有較厚的油膜；負(fù)荷增加時，嚙合區(qū)的壓力也增加從而引起油膜厚度的降低，當(dāng)負(fù)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(diǎn)的接觸，邊界潤滑油膜破裂，從而發(fā)生擦傷、磨損或膠合現(xiàn)象。當(dāng)輪齒的齒面負(fù)荷過大時，為使其不致于產(chǎn)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(yīng)生成極壓潤滑油膜，起到保護(hù)齒面，防止干摩擦的作用。我們知道這兩種聯(lián)軸節(jié)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(diǎn)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(lián)軸節(jié)使用的潤滑劑均為Anderol 786，這是一種無機(jī)稠化潤滑劑，具有卓越高溫性能，良好的抗水性，極壓重負(fù)荷的潤滑脂。在正常工作狀態(tài)下，施瓦澤的發(fā)動機(jī)輸出功率為180馬力，輸出轉(zhuǎn)速為2700轉(zhuǎn)/分；而貝爾206的發(fā)動機(jī)輸出功率為317馬力，輸出轉(zhuǎn)速為6016轉(zhuǎn)/分。從數(shù)據(jù)來看，貝爾206的聯(lián)軸節(jié)承受的負(fù)載比施瓦澤要大的多，但實(shí)際的結(jié)果卻是截然相反。三架施瓦澤直升機(jī)在使用到2500小時左右均出現(xiàn)了較為明顯的磨損，而貝爾206直升機(jī)在使用了8000小時后均未出現(xiàn)磨損。兩者的潤滑周期差別明顯，按維護(hù)手冊的要求，施瓦澤直升機(jī)要求每50小時對其進(jìn)行潤滑劑的補(bǔ)充，其時控壽命為6000小時（當(dāng)然廠家也規(guī)定了在出現(xiàn)磨損后可提前更換該件），而貝爾206直升機(jī)則是每年或每600小時（以先到為準(zhǔn)）拆檢，該件為視情更換件。從該件維護(hù)潤滑的間隔周期來看，施瓦澤直升機(jī)的周期比貝爾直升機(jī)的明顯頻繁。同樣的設(shè)計理念，同樣的潤滑劑，在實(shí)際的使用中卻出現(xiàn)了不同的結(jié)果。究其原因，筆者認(rèn)為，出現(xiàn)的磨損與潤滑、傳動關(guān)系、使用的發(fā)動機(jī)直接相關(guān)。

1　與潤滑有關(guān)

根據(jù)測量，269C聯(lián)軸節(jié)的齒嚙合區(qū)域的平均直徑53.5毫米，而貝爾206聯(lián)軸節(jié)的齒嚙合區(qū)域的平均直徑為80.0毫米；而前者的工作轉(zhuǎn)速為2700轉(zhuǎn)/分，后者的工作轉(zhuǎn)速為6016轉(zhuǎn)/分。根據(jù)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(hù)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(qū)。隨著轉(zhuǎn)速逐漸增加到工作轉(zhuǎn)速，在施瓦澤直升機(jī)和貝爾直升機(jī)上發(fā)生著不同的現(xiàn)象。在施瓦澤直升機(jī)上，潤滑脂被擠離嚙合區(qū)，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(jī)上，潤滑脂被擠離嚙合區(qū)的同時，由于較大的離心力作用下，潤滑脂被甩到內(nèi)套齒的內(nèi)壁上且按徑向平均分布，同時分布在內(nèi)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?jié)櫥粩嗟叵螨X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(huán)，不斷地在齒輪上形成潤滑油膜。

2　與傳動關(guān)系有關(guān)

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(jī)進(jìn)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(jī)的聯(lián)軸節(jié)磨損較快。

3　與使用的發(fā)動機(jī)有關(guān)

貝爾直升機(jī)使用的是渦輪發(fā)動機(jī)，振動頻率和振幅都比較小；而施瓦澤直升機(jī)使用的是活塞發(fā)動機(jī)，其振動頻率和振幅都比較大，這就加速了聯(lián)軸節(jié)的磨損，所以施瓦澤直升機(jī)的聯(lián)軸節(jié)都未使用到規(guī)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(chǎn)品進(jìn)行了一些改進(jìn)：在聯(lián)軸節(jié)的前后端各增加一個注油嘴，要求在每次飛行后對其進(jìn)行注油，以改善該處的潤滑狀況。但要達(dá)到其規(guī)定的設(shè)計壽命，還要有待實(shí)踐的檢驗(yàn)。

［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(jī)械，2001:146-147.