中国航发哈尔滨东安发动机有限公司
1 引言
直升机传动系统是直升机三大关键动部件之一，其作用是将发动机的功率和转速按一定比例传递到旋翼、尾桨和各部件，是发动机动力输出必不可少的动力传输部件。随着传动系统研究领域的不断深入，传统的分析技术和手段已不能满足发展的需要，新的分析技术和手段也应运而生，尤其是近年来虚拟样机技术的推广，极大的影响机械系统研究领域的发展，虚拟样机技术的引进将是直升机传动系统研究领域的一个重要里程碑。
2 直升机传动系统的特点
由于直升机对传动系统的特殊要求，使直升机传动系统显著不同于一般的地面减速器，主要体现在：
1）功重比大。在同等功率条件下，传动系统的重量越小，直升机就能携带更多物资或乘客。采用结构优化、润滑系统优化和选用高强度比的材料等方法减轻重量，可以有效提高功重比。
2）大减速比、高效率、高可靠性、良好维修性。由于旋翼与发动机输出轴转速相差十分悬殊，必须采取多级传动和复杂的齿轮传动，因此传动系统要具有高的传动效率。传动系统一旦发生故障将是灾难性的，这就要求其必须具有很高的可靠性。直升机受空间和结构限制，所以要求传动系统有良好的维修性。
3）载荷复杂、运动学和动力学问题突出。传动系统的各零部件在工作中承受高、低循环疲劳载荷，承受来自主旋翼、尾旋翼和飞机各操纵系统的载荷，受载情况复杂。在传动链中，各种不同转速的构件协同运转，发动机、旋翼系统与传动系统之间存在振动耦合，工作过程中，激振源多，激振频率丰富，系统的弯曲和抗振动响应复杂，运动学和动力学问题也十分突出。
3 基于ADAMS的虚拟样机仿真技术介绍
虚拟样机技术是计算机辅助工程的一个重要分支，它是人们开发新产品时，在概念设计阶段，通过学科理论和计算机语言，对设计阶段的产品进行虚拟性能测试，达到提高设计性能、降低设计成本、减少产品开发时间的目的。
ADAMS是以计算多体系统动力学为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件，利用它可以建立起复杂机械系统的运动学和动力学模型。如果在产品的概念设计阶段采用ADAMS进行辅助分析，就可以在建造真实的样机之前，对产品需进行各种性能测试，达到缩短开发周期，降低开发成本的目的。
4 行星减速机构运动学分析
直升机传动系统中，齿轮链是主要传动部分。在齿轮链中，行星减速机构是最为复杂的部分，因此研究行星减速机构的运动学和动力学尤为重要。对行星减速机构运动学研究，可以分析传动链中每个位置的加速度、速度、角速度、线位移和角位移；对行星减速部分动力学研究，可以分析每个位置的受力大小、方向，有助于传动系统的疲劳试验、TBO试验等载荷分析，提供理论分析数据。
4.1 理论计算
本文主要对传统的直升机传动系统行星减速机构进行运动学分析。行星减速机构的轮系简化见图1，齿轮参数见表1。
将输入转速代入上述公式（1），（2），计算得到 （行星架）=349.73r/min， （游星齿轮）=-632.5r/min。
4.2 仿真计算
通过ADAMS建立虚拟样机进行仿真，对不同的仿真分析特点与需求，采取不同的分析过程，按照机械系统建模、仿真分析、仿真结果分析、验证仿真分析结果进行。
1）机械系统建模
根据表1中参数，建立行星减速机构三维模型，借助ADAMS自带的建模工具实现三维模型的建立，模型见图2。
图2 仿真三维模型
2）仿真分析
利用ADAMS分析，关键在于明确各零部件之间的约束和运动关系，只有明确这些，才能保证分析结果的正确性。
ADAMS软件提供了丰富的约束类型。行星减速机构多采用铰接副和齿轮副类型，铰接副定义简单，齿轮副定义较为复杂，速度标记点的定义尤为关键，直接关系到齿轮运动关系定义的准确性，本文研究的行星减速机构齿轮副定义更为复杂。如果需分析齿轮受力，则需要定义接触约束。行星减速机构约束和运动关系定义见图3。
图3 定义约束及运动关系
定义完约束和运动关系后，需要定义运动输入，本文定义太阳齿轮输入转速1564.58r/min，ADAMS中输入的转速是按照每秒钟转过角度计算的，因此1564.58r/min转换为9387.48°/s。定义完成后开始进行分析计算，设定运动5S，载荷步50。
5 结论
本文利用ADAMS建立直升机传动系统行星减速机构运动学分析虚拟样机，通过与理论计算结果的对比，验证了虚拟样机的准确性，为后续对行星减速机构动力学分析奠定了基础，也为分析更为复杂的多级行星差动机构提供了方法。
论文作者:杨俊涛 王伟斌 马银玲
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/13
标签：行星论文; 运动学论文; 传动系统论文; 直升机论文; 样机论文; 齿轮论文; 机构论文; 《中国西部科技》2019年第1期论文;