施瓦泽269直升机联轴节磨损的分析

宋亚平

【摘 要】269系列直升机是休斯器械公司飞机分公司（现在的休斯直升机公司）于1955年研制，装备了168马力的莱康明活塞发动机，美国空军在1964年将其选为标准的直升机初始训练机，到2000年美国军方共订购了791架。本文通过对施瓦泽269直升机和贝尔206直升机的联轴节的对比分析，发现施瓦泽联轴节存在较为明显的磨损情况，对其磨损情况进行分析，得出可能引起磨损的原因与润滑、传动关系、使用的发动机直接相关。

【关键词】269直升机 联轴节 齿轮 润滑 磨损

1986年，施瓦泽飞机公司购得了269直升机的所有生产权利。施瓦泽269直升机于2002年进入中国市场，中国民航飞行学院新津分院作为其国内首家用户引进了三架作为直升机驾驶员训练的初教机，使用至今已近万小时，发现联轴节均存在不同程度的磨损。在单发轻型直升机上，联轴节用于将发动机的扭矩传递到主减速器齿轮箱。联轴节，其实就是两个内套齿与一个两端带齿轴的组合。由于发动机和主减速器齿轮箱间不时会产生相对位移，从而可能产生轴向和/或径向的位移。为了减小该位移对扭矩传递的影响，在施瓦泽直升机上采用了凸圆弧齿轮联轴节设计。

图1 图2

从上图1-2我们可以看出，凸圆弧齿轮可在轴向和径向错位的情况下，有效地传递扭矩。同样这种设计也被应用在贝尔206直升机上。齿轮作为重要的机械零件广泛应用在机械传动系统中，齿轮工作时承受很大的扭矩和各种不同频率的振动和周期变化力的作用，工作条件很恶劣，高速重载和周期变化的振动是造成齿轮损伤失效的直接原因，通过使用正确的润滑材料和润滑方式来保证齿轮得到良好润滑，以减小齿轮工作中产生的摩擦，从而克服或减轻齿轮摩擦、磨损等失效的发生，达到保护齿轮、延长齿轮使用寿命的目的。齿轮存在有润滑剂的情况下啮合时，润滑油膜就有发生分离两轮齿面的趋势，当负荷低时相啮合的轮齿之间具有较厚的油膜；负荷增加时，啮合区的压力也增加从而引起油膜厚度的降低，当负荷足够大时，齿面间油膜便不能阻挡相啮合轮轮齿表面最高点的接触，边界润滑油膜破裂，从而发生擦伤、磨损或胶合现象。当轮齿的齿面负荷过大时，为使其不致于产生干摩擦，可在润滑油中加入极压抗磨添加剂。这种添加剂能与齿面反应生成极压润滑油膜，起到保护齿面，防止干摩擦的作用。我们知道这两种联轴节均采用圆弧齿轮，圆弧齿轮一般都是斜齿，在啮合的瞬间接触宽度小，接触点的滑动方向与接触线的滑动方向是一致的，不利于形成动压油膜。

贝尔206和施瓦泽联轴节使用的润滑剂均为Anderol 786，这是一种无机稠化润滑剂，具有卓越高温性能，良好的抗水性，极压重负荷的润滑脂。在正常工作状态下，施瓦泽的发动机输出功率为180马力，输出转速为2700转/分；而贝尔206的发动机输出功率为317马力，输出转速为6016转/分。从数据来看，贝尔206的联轴节承受的负载比施瓦泽要大的多，但实际的结果却是截然相反。三架施瓦泽直升机在使用到2500小时左右均出现了较为明显的磨损，而贝尔206直升机在使用了8000小时后均未出现磨损。两者的润滑周期差别明显，按维护手册的要求，施瓦泽直升机要求每50小时对其进行润滑剂的补充，其时控寿命为6000小时（当然厂家也规定了在出现磨损后可提前更换该件），而贝尔206直升机则是每年或每600小时（以先到为准）拆检，该件为视情更换件。从该件维护润滑的间隔周期来看，施瓦泽直升机的周期比贝尔直升机的明显频繁。同样的设计理念，同样的润滑剂，在实际的使用中却出现了不同的结果。究其原因，笔者认为，出现的磨损与润滑、传动关系、使用的发动机直接相关。

1 与润滑有关

根据测量，269C联轴节的齿啮合区域的平均直径53.5毫米，而贝尔206联轴节的齿啮合区域的平均直径为80.0毫米；而前者的工作转速为2700转/分，后者的工作转速为6016转/分。根据离心力公式F=MW2R，我们可以得出，贝尔206的润滑脂受到的离心力大约为269C润滑脂的7.45倍。在完成润滑维护后，齿隙间充填了润滑脂，随着啮合的开始这些润滑脂被逐渐挤离啮合区。随着转速逐渐增加到工作转速，在施瓦泽直升机和贝尔直升机上发生着不同的现象。在施瓦泽直升机上，润滑脂被挤离啮合区，齿轮面上的润滑脂油膜越来越薄，直至挤压破碎形成干摩擦；在贝尔直升机上，润滑脂被挤离啮合区的同时，由于较大的离心力作用下，润滑脂被甩到内套齿的内壁上且按径向平均分布，同时分布在内壁上的润滑脂间会在离心力的作用下相互挤压，这种挤压会使润滑脂不断地向齿轮的齿面填充，从而形成挤压-填充-挤压-填充的自润滑的良性循环，不断地在齿轮上形成润滑油膜。

2 与传动关系有关

贝尔206使用的是齿轮传动，施瓦泽使用皮带轮传动及减速，为了保证皮带的张力，用一双向电机进行控制，使其张力保持在230±5磅，而这个力在使用中是变化的，由于这种传动和齿轮传动，相对会增加齿轮的磨损，所以施瓦泽直升机的联轴节磨损较快。

3 与使用的发动机有关

贝尔直升机使用的是涡轮发动机，振动频率和振幅都比较小；而施瓦泽直升机使用的是活塞发动机，其振动频率和振幅都比较大，这就加速了联轴节的磨损，所以施瓦泽直升机的联轴节都未使用到规定寿命而提前更换。施瓦泽公司在近期已意识到该处存在的润滑缺陷，并对产品进行了一些改进：在联轴节的前后端各增加一个注油嘴，要求在每次飞行后对其进行注油，以改善该处的润滑状况。但要达到其规定的设计寿命，还要有待实践的检验。

参考文献：

[1] 谢德高.齿轮的磨损与润滑[J].润滑与密封，1995（1）：68-70.

[2] 邹先瑞.齿轮的磨损形式和润滑油[J].山西机械，2001：146-147.