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航空發動機機械系統設計 版權信息
- ISBN:9787030706942
- 條形碼:9787030706942 ; 978-7-03-070694-2
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
航空發動機機械系統設計 內容簡介
本書為“‘兩機’專項:航空發動機技術出版工程”叢書中“設計系列”的機械系統分冊。主要介紹航空發動機機械系統的組成、各種結構形式、分析和設計方法、設計要求、試驗方法等,以及相關研究的發展歷程、現狀、目前具有的特色設計和研發成果和未來的發展趨勢。本書共四篇,分別針對機械系統中附件傳動系統、滾動軸承、潤滑系統和密封四部分內容進行系統介紹。
航空發動機機械系統設計 目錄
渦輪機械與推進系統出版項目 序
“兩機”專項:航空發動機技術出版工程 序
前言
**篇 航空發動機附件傳動系統
第1章 附件傳動系統類型
1.1 航空燃氣渦輪發動機 003
1.1.1 附件傳動系統 003
1.1.2 傳動類型及特點 004
1.1.3 傳動系統布置 005
1.2 輔助動力裝置 009
1.2.1 附件傳動系統 009
1.2.2 傳動類型 010
1.2.3 傳動系統布置 010
第2章 傳動系統部件設計
2.1 傳動系統設計要求和準則 012
2.1.1 傳動系統設計要求 012
2.1.2 傳動系統設計準則 012
2.2 中央傳動裝置設計 013
2.2.1 直接連接 013
2.2.2 短軸連接 014
2.2.3 中介齒輪軸連接 014
2.3 附件傳動機匣設計 015
2.3.1 角傳動齒輪箱 015
2.3.2 平行軸式齒輪箱 016
第3章 齒輪及支承結構設計
3.1 齒輪類型 019
3.2 齒輪設計基本原則 020
3.2.1 齒輪設計基本原則 020
3.2.2 齒輪通用設計考慮 021
3.3 錐齒輪設計 022
3.3.1 齒形設計 022
3.3.2 輪體設計 028
3.3.3 公差要求和檢驗 030
3.3.4 輪齒接觸區控制 032
3.4 圓柱齒輪設計 035
3.4.1 齒形設計 035
3.4.2 輪體設計 037
3.4.3 公差要求及檢驗 038
3.4.4 圓柱齒輪修形 039
3.5 齒輪支承結構設計 040
3.5.1 齒輪承載計算 040
3.5.2 軸承承載計算 041
3.5.3 齒輪支承結構 043
3.6 齒輪材料及工藝 045
3.6.1 齒輪材料 045
3.6.2 齒輪工藝 046
第4章 齒輪強度和振動設計
4.1 齒形強度計算 048
4.1.1 圓柱齒輪齒形強度 048
4.1.2 錐齒輪齒形強度 051
4.2 齒輪輪體強度設計 053
4.2.1 輪體靜強度 053
4.2.2 輪體疲勞強度 053
4.3 齒輪振動設計 054
4.3.1 扭轉振動 054
4.3.2 彎曲振動 056
4.3.3 齒輪系統動態特性分析 060
4.4 齒輪振動控制方法 063
4.4.1 結構調頻優化 063
4.4.2 附加阻尼設計 064
4.4.3 修形減振設計 067
4.4.4 動平衡及支承剛性優化 068
第5章 傳動軸及花鍵連接
5.1 傳動軸 069
5.1.1 傳動軸類型 069
5.1.2 傳動軸結構設計基本要求 069
5.1.3 傳動軸強度設計 070
5.2 花鍵連接 077
5.2.1 花鍵連接類型、特點及應用 077
5.2.2 漸開線花鍵基本參數確定 080
5.2.3 花鍵強度計算 081
5.2.4 花鍵強度設計考慮 083
第6章 傳動機匣殼體
6.1 傳動機匣殼體設計要求 084
6.2 傳動機匣殼體材料 085
6.3 傳動機匣殼體結構 085
6.3.1 中央傳動機匣殼體 085
6.3.2 附件傳動機匣殼體 085
6.4 機匣強度及振動 087
6.5 傳動機匣安裝 088
第7章 聯軸器
7.1 聯軸器類型和特點 091
7.1.1 無彈性元件 091
7.1.2 金屬彈性元件 092
7.2 聯軸器設計要求 093
7.3 聯軸器設計 094
7.3.1 膜盤型面參數設計 095
7.3.2 膜盤強度計算 096
7.3.3 膜盤剛度計算 098
7.3.4 聯軸器振動分析 099
7.4 聯軸器選材及工藝 100
7.4.1 聯軸器選材 100
7.4.2 聯軸器工藝 101
第8章 離合器
8.1 離合器類型及其特點 102
8.2 輔助動力裝置中的離合器 103
8.3 離合器組成和原理 103
8.3.1 離合器組成 103
8.3.2 離合器工作原理 104
8.4 離合器設計 104
8.4.1 離合器設計要求 104
8.4.2 離合器參數設計 104
8.4.3 離合器結構設計 111
8.4.4 離合器潤滑冷卻 112
8.4.5 離合器強度、振動和應力分析 113
第9章 附件傳動系統試驗驗證
9.1 基礎研究試驗 116
9.2 型號規定常規性試驗 117
9.3 國軍標規定試驗 118
第10章 傳動系統常見的故障及解決措施
10.1 齒輪故障 121
10.1.1 弧齒錐齒輪輪體掉塊故障 121
10.1.2 圓柱齒輪輻板裂紋故障 122
10.1.3 轉接齒輪箱圓柱齒輪膠合故障 123
10.2 花鍵故障 124
10.2.1 中央傳動桿花鍵磨損故障 124
10.2.2 附件傳動軸花鍵磨損故障 125
10.3 軸承故障 126
10.3.1 附件傳動軸承保持架斷裂故障 126
10.3.2 中央傳動桿中間軸承磨損故障 127
第11章 附件傳動系統未來發展趨勢
11.1 集成化設計 128
11.2 材料及工藝 128
11.3 設計分析及試驗驗證 129
11.4 電傳動 130
11.5 在線健康管理及故障診斷 130
參考文獻 131
第二篇 軸承應用設計
第12章 航空發動機滾動軸承類型與特點
12.1 滾動軸承組成與分類 137
12.2 滾動軸承特性 138
12.2.1 深溝球軸承 138
12.2.2 角接觸球軸承 138
12.2.3 圓柱滾子軸承 140
12.3 滾動軸承代號 141
第13章 航空發動機軸承類型選擇
13.1 主軸軸承 142
13.1.1 渦噴、渦扇發動機 142
13.1.2 渦軸、渦槳發動機 145
13.1.3 輔助動力裝置 150
13.2 附件傳動系統軸承 153
13.2.1 渦噴、渦扇發動機 153
13.2.2 渦軸、渦槳發動機 155
13.2.3 輔助動力裝置 158
13.3 減速器軸承 159
13.3.1 減速器支點布局方案 159
13.3.2 減速器軸承選型及配置 160
13.3.3 減速器軸承工況 160
13.3.4 減速器軸承潤滑 161
第14章 滾動軸承設計
14.1 滾動軸承計算基礎 162
14.1.1 軸承主要幾何關系 162
14.1.2 滾道接觸應力與變形 166
14.1.3 滾動軸承額定動、靜載荷 168
14.1.4 軸承壽命計算 169
14.1.5 軸承所需*小載荷 172
14.2 航空發動機軸承常用材料 172
14.3 軸承初步設計 174
14.3.1 輸入條件 174
14.3.2 內部參數設計 174
14.3.3 設計結果評價 176
第15章 滾動軸承的潤滑與冷卻
15.1 滾動軸承潤滑方式及其特點 177
15.2 軸承潤滑方式的選取 178
15.3 軸承潤滑結構設計 178
15.3.1 噴射潤滑 178
15.3.2 環下潤滑 179
15.3.3 其他 180
15.4 滾動軸承*小潤滑流量計算 180
第16章 滾動軸承的配合
16.1 軸承配合與游隙的關系 181
16.2 相配軸頸和軸承座孔設計要求 183
16.3 軸承配合量的選取 183
16.3.1 軸承配合量選取原則 183
16.3.2 公差等級和公差帶的選取 184
16.3.3 過盈套圈拔卸力計算 186
第17章 滾動軸承安裝結構及相關零部件設計
17.1 軸承的軸向定位與緊固 187
17.1.1 主軸軸承的軸向定位與緊固 187
17.1.2 附件傳動軸承的軸向定位與緊固 188
17.1.3 減速器軸承的軸向定位與緊固 189
17.2 軸承安裝與拆卸 189
17.3 軸肩和倒角設計 190
17.4 軸承預緊設計 190
17.4.1 軸承預緊的作用 190
17.4.2 軸承預緊方法 191
第18章 滾動軸承集成結構設計
18.1 常見滾動軸承集成結構及特點 193
18.2 軸承套圈固定和/或防轉結構集成設計 194
18.3 外圈集成鼠籠彈支、油膜阻尼設計 195
18.4 滾子軸承無內圈/無外圈設計 196
18.5 拉拔結構集成設計 196
第19章 滾動軸承應用設計實例
19.1 渦噴、渦扇發動機 198
19.1.1 設計要求梳理 198
19.1.2 軸承配置形式及軸承類型選擇 199
19.1.3 軸承初步設計 199
19.1.4 軸承潤滑設計 200
19.1.5 軸承配合設計 200
19.1.6 軸承安裝與拆卸設計 201
19.1.7 軸承接口設計 201
19.1.8 相鄰件設計要求 201
19.2 渦軸、渦槳發動機 201
19.2.1 設計要求梳理 201
19.2.2 軸承配置形式及軸承類型選擇 202
19.2.3 軸承初步設計 202
19.2.4 軸承潤滑設計 203
19.2.5 軸承配合設計 204
19.2.6 軸承安裝與拆卸設計 204
19.2.7 軸承接口設計 204
19.2.8 相鄰件設計要求 205
19.3 輔助動力裝置 205
19.3.1 設計要求梳理 205
19.3.2 軸承配置形式及軸承類型選擇 206
19.3.3 軸承初步設計 206
19.3.4 軸承潤滑設計 207
19.3.5 軸承配合設計 207
19.3.6 軸承安裝與拆卸設計 208
19.3.7 軸承接口設計 208
19.3.8 相鄰件設計要求 208
第20章 軸承試驗與驗證
20.1 考核性試驗 209
20.1.1 軸承試驗器試驗 209
20.1.2 發動機地面臺架試驗 210
20.1.3 飛行試驗 210
20.2 研究性試驗 210
20.2.1 異常工況下的軸承性能摸底試驗 210
20.2.2 軸承打滑度測試試驗 210
20.2.3 軸承溫度場測量試驗 210
第21章 滾動軸承失效與預防
21.1 滾動軸承常見失效形式與預防 211
21.1.1 疲勞剝落 211
21.1.2 劃傷 213
21.1.3 磨損 214
21.1.4 輕載打滑 215
21.1.5 腐蝕 216
21.1.6 零件斷裂 217
21.1.7 裝配碰傷 219
21.1.8 過熱變色 219
21.2 失效分析的一般程序 220
21.2.1 初步調查 220
航空發動機機械系統設計 節選
**篇 航空發動機附件傳動系統 第1章 附件傳動系統類型 航空燃氣渦輪發動機(包括渦噴、渦扇、渦軸、渦槳發動機等)、航空燃氣渦輪輔助動力裝置(以下簡稱輔助動力裝置)一般包含電氣、控制、燃油、滑油等系統附件,以保證其自身正常工作,航空燃氣渦輪發動機同時也對飛行器(飛機)的液壓、氣壓、電氣等系統附件提供動力,輔助動力裝置也可為這些系統提供輔助動力能源。飛機和發動機附件的傳動方式主要有三種: 機械傳動、電驅動、高壓氣體驅動,機械傳動是目前航空燃氣渦輪發動機中廣泛采用的傳動方式,本篇主要介紹機械傳動(齒輪傳動)的動力傳輸方式,篇中所述的傳動系統即為附件傳動系統。 1.1 航空燃氣渦輪發動機 1.1.1 附件傳動系統 航空燃氣渦輪發動機(以下簡稱航空發動機)附件傳動系統主要有以下幾個功能: (1) 發動機起動時將安裝在附件傳動機匣上的起動機功率傳輸給發動機轉子; (2) 發動機正常工作時,提取發動機轉子功率,傳遞給安裝在附件傳動機匣上的其他傳動附件(滑油系統、燃油系統、電氣系統、控制系統和空氣系統等),如表1.1所示; (3) 為發動機和飛機附件提供安裝平臺。 表1.1 航空發動機常用傳動附件 1.1.2 傳動類型及特點 航空發動機附件傳動系統當前主要采用經典的齒輪傳動方式進行功率傳遞,傳動系統零組件主要包括齒輪、軸承、機匣、傳動軸、聯軸器、離合器等。機械式齒輪傳動方式歷史悠久,其加工、使用和維護經驗都非常成熟,傳動功率和速度的適用范圍廣,具有恒定的傳動比,傳動效率高,傳動可靠,使用壽命長,結構也比較緊湊。但這種傳動方式對加工和安裝精度要求較高,成本相對較高,使用過程中容易因齒輪嚙合時產生的激勵而誘發振動問題,噪聲也比較大,影響使用的舒適性。 附件傳動系統根據附件安裝方式可分為齒輪箱式(或整體式)、混合式。齒輪箱式附件傳動系統特點為,發動機及飛機附件集中安裝于一個或多個齒輪箱式機匣上,根據在發動機的位置分布,可包括內部的中央傳動裝置(簡稱中央傳動),以及外部的附件傳動裝置(簡稱附件機匣)。混合式附件傳動系統特點為,發動機及飛機附件中并不是所有的附件都集中安裝于齒輪箱式機匣上,而是部分附件集成于發動機內部或其他機匣上,可通過包含齒輪傳動的多種方式聯合驅動,如由發動機內部主軸直接驅動,由引氣、液壓、電機等一種或多種方式驅動,且在發動機內、外多個部位分散獨立布置。 1.1.3傳動系統布置 1. 渦軸、渦槳發動機 渦軸、渦槳發動機附件傳動系統通常位于發動機的冷端部分,是渦軸、渦槳發動機的重要組成部分,一般約占整個發動機重量的10%。附件傳動系統包括中央傳動裝置和附件傳動裝置,大多采用單元體集成化設計,所有附件都安裝在一個機匣上,沒有專門的飛機附件機匣(也稱飛附機匣)。 由于附件傳動系統中有大量的盤狀齒輪,布置時除了盡可能減少發動機的迎風面積,方便發動機維護,還必須避開齒輪對進氣流道的干擾,因此發動機的進氣方式對渦軸、渦槳發動機附件傳動系統的布置有重大的影響。采用渦軸、渦槳發動機作為動力的飛機/直升機,飛行馬赫數都不超過1,發動機可以選用軸向進氣也可選用徑向進氣,附件傳動系統應根據不同的進氣方式進行相應布置。 對于軸向進氣的渦軸、渦槳發動機(圖1.1),中央傳動裝置從發動機轉子上提取功率后,通過一根細長的中央傳動軸(也稱徑向傳動軸、傳動桿),穿過進氣機匣進氣流道中的支板,傳遞到位于發動機上方或下方的附件傳動裝置,發動機/飛機附件可布置在附件機匣的前、后端,附件傳動裝置一般安裝固定在進氣機匣上。 圖1.1 典型軸向進氣的飛機發動機附件傳動布局 1. 中央傳動裝置;2. 中央傳動軸;3. 發動機/飛機附件;4. 附件傳動裝置;5. 發動機/飛機附件;6. 發動機轉子;7. 進氣機匣 對于徑向進氣的渦軸、渦槳發動機(圖1.2),中央傳動裝置從發動機轉子上提取功率后,直接傳遞給附件傳動裝置,由于附件傳動系統與進氣流道沒有重疊,通常可以將附件傳動裝置布置在發動機的正前方(一般位于進氣道之前),與進氣機匣軸向連接固定,發動機/飛機附件可布置在附件機匣的前方。 兩種進氣方式的發動機附件傳動系統布置方式各有特點: 圖1.2 典型徑向進氣的飛機發動機附件傳動布局 1. 中央傳動裝置;2. 附件傳動裝置;3. 發動機/飛機附件;4. 進氣機匣;5. 發動機轉子 (1) 徑向進氣發動機附件傳動系統的周向輪廓基本位于發動機三大部件的周向輪廓范圍內,更有利于減少發動機的迎風面積,降低飛行阻力。 (2) 徑向進氣發動機附件傳動系統結構更簡單,整個中央傳動裝置只需要一對圓柱齒輪,省略了中央傳動機匣、支撐軸承和中央傳動軸,也避免了采用錐齒輪換向傳動。由于錐齒輪的加工成本更高,且需要選配調整墊保證嚙合側隙及印痕,裝配難度也更大,同時錐齒輪副嚙合時產生的軸向力還是誘發齒輪振動的主要激勵之一。此外,高速、細長且通過花鍵浮動連接的中央傳動軸是整個附件傳動系統中*薄弱的一個零件,長期使用統計數據表明,該軸的故障率相對較高,詳見本篇第10.2節“花鍵故障”。因此,使用徑向進氣發動機的附件傳動系統,能夠減少傳動零件數量和傳動鏈長度,降低加工、裝配難度和成本,提高發動機工作可靠性。 (3) 徑向進氣發動機的附件傳動系統布置在發動機正前方時,各類附件也只能布置在附件傳動機匣的前端,留給附件的布置空間相對軸向進氣發動機的附件傳動系統要少。 總的說來,在兩種進氣方式都滿足發動機總體要求的前提下,徑向進氣的發動機更有利于附件傳動系統布局和設計,建議優先采用。 2. 渦噴、渦扇發動機 現代先進軍用戰斗機、民用航空飛機的動力裝置普遍采用渦輪噴氣(渦噴)發動機、渦輪風扇(渦扇)發動機。此外,在通用航空飛機、民用支線飛機、靶機、無人機和巡航導彈等領域也廣泛使用渦噴、渦扇發動機。 大中型軍、民用飛機的發動機及飛機附件傳動裝置通常以齒輪箱式附件傳動系統為主,并普遍采用齒輪箱式單元體設計,便于維護。 軍用戰斗機發動機附件傳動系統包括中央傳動裝置(內部齒輪箱)、中央傳動
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