姬廣勛 范銳 楊云鵬

摘 要：斜撐離合器是一種單向超越離合器，相比其它超越離合器，它具有承載能力大、結(jié)構(gòu)緊湊，制造工藝性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中和固定翼飛機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)中。作為關(guān)鍵部件，它的性能對(duì)直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和固定翼飛機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)具有重要影響。因此開(kāi)展斜撐離合器設(shè)計(jì)技術(shù)研究具有重要的工程意義。

關(guān)鍵詞：附件機(jī)匣;起動(dòng)機(jī);斜撐離合器;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、前言

超越離合器廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)，在直升機(jī)主傳動(dòng)鏈和附件傳動(dòng)鏈、固定翼飛機(jī)的起動(dòng)機(jī)和大發(fā)之間都要使用離合器。滾柱離合器、斜撐離合器和彈簧離合器在直升機(jī)主傳動(dòng)鏈上都有應(yīng)用，一般在轉(zhuǎn)速12000r/min以下使用滾柱離合器，在15000r/min以下使用斜撐離合器，在27000r/min以下使用彈簧離合器，目前還未見(jiàn)有超過(guò)27000r/min工況下使用的離合器，在直升機(jī)附件傳動(dòng)鏈上使用的主要是斜撐離合器，直升機(jī)上使用的離合器通常處于長(zhǎng)期楔緊工作狀態(tài)。固定翼飛機(jī)的起動(dòng)機(jī)和大發(fā)之間使用的離合器則主要是斜撐離合器，除大發(fā)起動(dòng)階段外，它長(zhǎng)期處于高速超越的工作狀態(tài)。不管是直升機(jī)，還是固定翼飛機(jī)，離合器均為傳動(dòng)鏈或功率鏈上的關(guān)鍵部件，如果離合器工作不正常，則整架飛機(jī)都無(wú)法正常工作。

二、超越離合器在航空機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的主要作用

離合器是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件，其主要作用是使主動(dòng)軸和從動(dòng)軸按要求接合和分離。隨著離合器結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，通過(guò)與其它機(jī)械裝置相配合，它還能實(shí)現(xiàn)更多的功能。一般來(lái)說(shuō)，離合器可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動(dòng)和停車、傳動(dòng)軸在運(yùn)動(dòng)中的同步和相互超越、機(jī)器啟動(dòng)和超載時(shí)的安全保護(hù)以及防止從動(dòng)軸的逆轉(zhuǎn)等。

超越離合器是離合器中的重要分支，在航空領(lǐng)域，它廣泛應(yīng)用于直升機(jī)主減速器以及固定翼飛機(jī)的起動(dòng)機(jī)。直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中使用的超越離合器是單向超越離合器，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)超越離合器可以帶動(dòng)旋翼和尾槳轉(zhuǎn)動(dòng)，而旋翼不能反過(guò)來(lái)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí)超越離合器可以保證旋翼與發(fā)動(dòng)機(jī)脫開(kāi)，旋翼可以進(jìn)行自轉(zhuǎn)。在直升機(jī)安裝多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí)，不會(huì)影響其它發(fā)動(dòng)機(jī)和旋翼系統(tǒng)的工作。

三、超越離合器的分類和工作原理

超越離合器按工作原理可分為嚙合式和摩擦式兩類。嚙合式超越離合器主要包括棘輪式、滑銷式和牙嵌式，雖然嚙合式離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于接合時(shí)的沖擊和噪聲較大，因此一般應(yīng)用于低速場(chǎng)合。摩擦式超越離合器接合相對(duì)比較平穩(wěn)，可以在任何轉(zhuǎn)速差下實(shí)現(xiàn)接合。摩擦式超越離合器主要分為滾柱離合器、彈簧離合器和斜撐離合器。

3.1 ?滾柱離合器

滾柱離合器是最早應(yīng)用于直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的超越離合器，它依靠滾柱的楔合作用來(lái)傳遞扭矩，適用轉(zhuǎn)速一般為12000r/min以下。滾柱離合器由凸輪軸、外環(huán)、保持架和彈簧-銷機(jī)構(gòu)等主要零部件組成。

3.2 ?彈簧離合器

彈簧離合器主要由輸入軸、輸出軸、矩形彈簧和導(dǎo)向心軸等零件組成。離合器的矩形橫截面螺旋彈簧安裝在輸入軸與輸出軸之間，彈簧的兩端徑向尺寸較大，與輸入、輸出軸內(nèi)表面形成過(guò)盈配合，而彈簧的中間部分徑向尺寸較小，與輸入、輸出軸內(nèi)表面形成間隙配合。

3.3 ?斜撐離合器

斜撐離合器一般應(yīng)用于轉(zhuǎn)速低于15000r/min以下的場(chǎng)合，是目前應(yīng)用最廣泛的直升機(jī)超越離合器。斜撐離合器主要由楔塊、內(nèi)環(huán)、外環(huán)、內(nèi)保持架、外保持架、彈簧波帶以及阻尼元件組成。異型楔塊為主要的承載零件，內(nèi)、外保持架通過(guò)法蘭盤分別與內(nèi)、外滾道保持一定間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向作用，保持楔塊在承載時(shí)相位一致，從而使得承載均勻。彈性波帶的主要作用是使楔塊與內(nèi)外環(huán)時(shí)刻保持接觸，保證離合器隨時(shí)從超越狀態(tài)過(guò)渡到楔合狀態(tài)。

四、某型斜撐超越離合器的設(shè)計(jì)方案和強(qiáng)度計(jì)算

4.1 ?斜撐超越離合器的型式

現(xiàn)在用的斜撐離合器分為2種型式：全相位型和完全連續(xù)嚙合（PCE）型。全相位型的離合器通常用一對(duì)保持架，一個(gè)帶狀彈簧，與保持架接觸的摩擦元件以確保斜撐塊總是處在相同的角向位置。在加速和減速的過(guò)程中，這些摩擦元件克服保持架與斜撐塊之間的內(nèi)力。PCE型離合器只有一個(gè)保持架和使每個(gè)斜撐塊獨(dú)立于其相鄰斜撐塊運(yùn)動(dòng)的箍緊彈簧。這種型式的離合器具有另外的特點(diǎn)，在過(guò)載條件下，斜撐塊一個(gè)緊挨著一個(gè)，因此形成一個(gè)整體，斜撐塊不能夠滾動(dòng)。對(duì)于全相位型離合器，如果超載，斜撐塊的滾動(dòng)是一種可能的失效模式。PCE型離合器過(guò)載時(shí)發(fā)生滑動(dòng)，由于接觸點(diǎn)處的壓力較高，可能發(fā)生滾道剝落這種失效模式。

斜撐塊及滾道的潤(rùn)滑和表面處理，對(duì)于斜撐離合器的正常工作非常重要。

4.2 ?設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)介紹

斜撐離合器主要由外環(huán)、內(nèi)環(huán)、保持架、輸出軸、斜撐塊、彈簧、深溝球軸承等組成。離合器在附件機(jī)匣上的安裝采用止口定位，使用螺釘固定。

4.4 ?斜撐離合器的強(qiáng)度計(jì)算

4.4.1 ?計(jì)算載荷

傳遞瞬時(shí)最大扭矩：1100N.m。

脫開(kāi)轉(zhuǎn)速：8200±100rpm

4.4.2 ?計(jì)算公式

4.4.3 ?結(jié)果分析

離合器斜撐塊與內(nèi)軸，外套圈的接觸應(yīng)力均小于設(shè)計(jì)許用接觸應(yīng)力3450MPa。

五、結(jié)論

斜撐離合器主要由楔塊、內(nèi)環(huán)、外環(huán)、保持架和軸承等一系列零部件組成，根據(jù)斜撐離合器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求對(duì)其零部件進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，校核零部件應(yīng)力和變形，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)過(guò)程能為斜撐超越離合器的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

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