直升机尾传动系统弯曲振动问题浅析

张文豹 周银镔 贺启盛

摘 要：本文对直升机尾传动系统结构进行了简介，对两支承及多支承的弯曲振动问题进行了分析，并提出了弯曲振动模型建立方法，可为直升机尾传动系统的研制提供理论基础。

关键词：尾传动系统；弯曲振动

1 直升机尾传动系统结构简介

直升机传动系统一般由“两轴三器”即动力轴、尾传动轴（包含水平传动轴及尾斜轴）、主减速器、中间减速器、尾减速器或“两轴两器”即动力轴、尾传动轴、主减速器、尾减速器组成，“两轴三器”的基本结构如图1所示。而尾传动系统不包含主减速器及动力轴。

1.1 尾传动轴

尾传动轴是直升机传动系统的重要动力传输部件之一，其主要功能是将主减（或者发动机）输出的功率和转速传输给尾减，進而驱动尾桨的运转。

尾传动轴组件一般由尾水平轴和尾斜轴两部分组成。尾水平轴连接主减与中减，一般采用多段尾轴结构，每段轴采用薄壁管结构，通过铆接与连接法兰或花键接头固定，采用一定数量的轴承座支撑在直升机尾梁上，跨距较长；尾斜轴连接中减与尾减，一般只有一个轴段。

1.2 中间减速器

中间减速器是直升机传动系统的关键部件之一，其主要作用是将尾水平轴的功率和转速按设计要求传递给尾斜轴，并且换向，同时将载荷传递给直升机机身。中间减速器的功能是将尾水平轴的扭矩和运动（包括转速和转向）按起直升机总体布置和性能要求经中间减速器内的齿轮传动链减速、换向传输给尾斜轴。

1.3 尾减速器

尾减速器是直升机传动系统的核心关键部件之一，其主要作用是将尾斜轴的功率和转速按设计要求传递给尾桨，并且换向，同时将自身产生的载荷和尾桨产生的气动载荷传递给直升机机身。尾减速器的功能是将尾斜轴的扭矩和运动（包括转速和转向）按直升机总体布置和性能要求经尾减速器内的齿轮传动链减速、换向传输给尾桨，并承受和传递直升机尾桨系统各种状态下的载荷。

2 弯曲振动问题分析

上文提到，直升机主要拥有传动轴与水平轴两种轴承结构，其中水平轴主要由多段空心轴与连轴器组成，并且还需要多个轴承支承，它的作用与传动轴相同，都用于两大减速器之间的动力传递。为了确保水平轴在实践中能够得到良好的运用，设计人员需要针对其运作状态与转动速率进行计算。但由于水平轴的力学结构较为复杂，单单依靠传统的计算方法很难真正的了解其运行水平，因此设计人员还需要将其看做为一种具有一定支承刚度的弹簧系统。水平轴联轴器的法兰盘质量越大，对于直升机尾传动系统的动力学影响就会越大，将水平传动轴末端的减速器的单侧锥齿轮作为集中质量点，可以使计算过程更能满足实际需求。

3 弯曲振动模型建立

尾斜轴等效作为一种质量梁，水平轴段等效作为一种连续梁，可以将其简化为具有一定刚度的弹簧，将其与尾减速器系统、中间减速器系统进行简化，会转变为弹簧组合件、具有转动惯量的质量及支座等效的弹簧。在直升机尾传动系统中，尾斜轴构成了整体的动力传动系统，尾传动系统尾斜轴包括尾斜传动轴、膜片联轴器及动螺旋锥齿轮、尾减速器等。在对水平轴进行分析时，需要对减速器系统简化为具有一定支承刚度的弹簧系统，将联轴器作为一个集中质量点单元，并将其与另外一个支承单元相组合。需要将水平传动轴末端的减速器的单侧锥齿轮作为一个集中质量点单元，进而构建出一个尾传动系统尾斜轴弯曲震动动力学计算模型。

4 软件功能分析

通过分析尾传动系统的结构特点，构建系一比一的集合模型，并通过Matlab计算格式对模型进行简化，在此次数学模型的构建中，为了达到更好的计算效果，笔者将传动轴与尾斜轴都当成圆盘弹簧系统，该系统中主要包括空心轴段、联轴器、中间减速器以及尾减速器等部件，笔者通过测量与分析这些部件的力学特性，以达到尾传动系统的结构分析效果。由于直升机的联轴器质量分布较为均匀，因此会对系统的扭转振动特性产生较大的影响，因此除了上述因素外，设计人员还需要综合考虑联轴器的转动惯性带来的影响。

通过利用计算机中的Matlab6.5版本系统，在窗口中输入正确的尺寸、类型等信息，实现对尾传动系统扭转振动特性的快速分析，达到更好的动力学特性分析效果。

5 结束语

本文对直升机尾传动系统多支承弯曲振动特性进行了分析，并建立了弯曲振动模型，对直升机尾传动系统的完全振动建模的建立方法进行了分析，并对分析软件进行了介绍，可为直升机尾传动系统的研制提供理论基础。

参考文献：

[1]唐岁迎，吴立言，杨小辉，陈策.直升机主减速器传动系统运动方案生成技术研究[J].机械传动，2017，41（04）：28-33+43.

[2]蒋玲莉，华登荣，李学军，王平.某型直升机传动系统动力学虚拟仿真研究[J].机械传动，2016，40（12）：12-16.