作者：刘振侠等
页数：466
出版社：科学出版社
出版日期：2022
ISBN：9787030706942
电子书格式：pdf/epub/txt
内容简介
本书为“‘两机’专项：航空发动机技术出版工程”丛书中“设计系列”的机械系统分册。主要介绍航空发动机机械系统的组成、各种结构形式、分析和设计方法、设计要求、试验方法等，以及相关研究的发展历程、现状、目前具有的特色设计和研发成果和未来的发展趋势。本书共四篇，分别针对机械系统中附件传动系统、滚动轴承、润滑系统和密封四部分内容进行系统介绍。
目录
涡轮机械与推进系统出版项目 序
“两机”专项：航空发动机技术出版工程 序
前言
第一篇 航空发动机附件传动系统
第1章 附件传动系统类型
1.1 航空燃气涡轮发动机 003
1.1.1 附件传动系统 003
1.1.2 传动类型及特点 004
1.1.3 传动系统布置 005
1.2 辅助动力装置 009
1.2.1 附件传动系统 009
1.2.2 传动类型 010
1.2.3 传动系统布置 010
第2章 传动系统部件设计
2.1 传动系统设计要求和准则 012
2.1.1 传动系统设计要求 012
2.1.2 传动系统设计准则 012
2.2 中央传动装置设计 013
2.2.1 直接连接 013
2.2.2 短轴连接 014
2.2.3 中介齿轮轴连接 014
2.3 附件传动机匣设计 015
2.3.1 角传动齿轮箱 015
2.3.2 平行轴式齿轮箱 016
第3章 齿轮及支承结构设计
3.1 齿轮类型 019
3.2 齿轮设计基本原则 020
3.2.1 齿轮设计基本原则 020
3.2.2 齿轮通用设计考虑 021
3.3 锥齿轮设计 022
3.3.1 齿形设计 022
3.3.2 轮体设计 028
3.3.3 公差要求和检验 030
3.3.4 轮齿接触区控制 032
3.4 圆柱齿轮设计 035
3.4.1 齿形设计 035
3.4.2 轮体设计 037
3.4.3 公差要求及检验 038
3.4.4 圆柱齿轮修形 039
3.5 齿轮支承结构设计 040
3.5.1 齿轮承载计算 040
3.5.2 轴承承载计算 041
3.5.3 齿轮支承结构 043
3.6 齿轮材料及工艺 045
3.6.1 齿轮材料 045
3.6.2 齿轮工艺 046
第4章 齿轮强度和振动设计
4.1 齿形强度计算 048
4.1.1 圆柱齿轮齿形强度 048
4.1.2 锥齿轮齿形强度 051
4.2 齿轮轮体强度设计 053
4.2.1 轮体静强度 053
4.2.2 轮体疲劳强度 053
4.3 齿轮振动设计 054
4.3.1 扭转振动 054
4.3.2 弯曲振动 056
4.3.3 齿轮系统动态特性分析 060
4.4 齿轮振动控制方法 063
4.4.1 结构调频优化 063
4.4.2 附加阻尼设计 064
4.4.3 修形减振设计 067
4.4.4 动平衡及支承刚性优化 068
第5章 传动轴及花键连接
5.1 传动轴 069
5.1.1 传动轴类型 069
5.1.2 传动轴结构设计基本要求 069
5.1.3 传动轴强度设计 070
5.2 花键连接 077
5.2.1 花键连接类型、特点及应用 077
5.2.2 渐开线花键基本参数确定 080
5.2.3 花键强度计算 081
5.2.4 花键强度设计考虑 083
第6章 传动机匣壳体
6.1 传动机匣壳体设计要求 084
6.2 传动机匣壳体材料 085
6.3 传动机匣壳体结构 085
6.3.1 中央传动机匣壳体 085
6.3.2 附件传动机匣壳体 085
6.4 机匣强度及振动 087
6.5 传动机匣安装 088
第7章 联轴器
7.1 联轴器类型和特点 091
7.1.1 无弹性元件 091
7.1.2 金属弹性元件 092
7.2 联轴器设计要求 093
7.3 联轴器设计 094
7.3.1 膜盘型面参数设计 095
7.3.2 膜盘强度计算 096
7.3.3 膜盘刚度计算 098
7.3.4 联轴器振动分析 099
7.4 联轴器选材及工艺 100
7.4.1 联轴器选材 100
7.4.2 联轴器工艺 101
第8章 离合器
8.1 离合器类型及其特点 102
8.2 辅助动力装置中的离合器 103
8.3 离合器组成和原理 103
8.3.1 离合器组成 103
8.3.2 离合器工作原理 104
8.4 离合器设计 104
8.4.1 离合器设计要求 104
8.4.2 离合器参数设计 104
8.4.3 离合器结构设计 111
8.4.4 离合器润滑冷却 112
8.4.5 离合器强度、振动和应力分析 113
第9章 附件传动系统试验验证
9.1 基础研究试验 116
9.2 型号规定常规性试验 117
9.3 国军标规定试验 118
第10章 传动系统常见的故障及解决措施
10.1 齿轮故障 121
10.1.1 弧齿锥齿轮轮体掉块故障 121
10.1.2 圆柱齿轮辐板裂纹故障 122
10.1.3 转接齿轮箱圆柱齿轮胶合故障 123
10.2 花键故障 124
10.2.1 中央传动杆花键磨损故障 124
10.2.2 附件传动轴花键磨损故障 125
10.3 轴承故障 126
10.3.1 附件传动轴承保持架断裂故障 126
10.3.2 中央传动杆中间轴承磨损故障 127
第11章 附件传动系统未来发展趋势
11.1 集成化设计 128
11.2 材料及工艺 128
11.3 设计分析及试验验证 129
11.4 电传动 130
11.5 在线健康管理及故障诊断 130
参考文献 131
第二篇 轴承应用设计
第12章 航空发动机滚动轴承类型与特点
12.1 滚动轴承组成与分类 137
12.2 滚动轴承特性 138
12.2.1 深沟球轴承 138
12.2.2 角接触球轴承 138
12.2.3 圆柱滚子轴承 140
12.3 滚动轴承代号 141
第13章 航空发动机轴承类型选择
13.1 主轴轴承 142
13.1.1 涡喷、涡扇发动机 142
13.1.2 涡轴、涡桨发动机 145
13.1.3 辅助动力装置 150
13.2 附件传动系统轴承 153
13.2.1 涡喷、涡扇发动机 153
13.2.2 涡轴、涡桨发动机 155
13.2.3 辅助动力装置 158
13.3 减速器轴承 159
13.3.1 减速器支点布局方案 159
13.3.2 减速器轴承选型及配置 160
13.3.3 减速器轴承工况 160
13.3.4 减速器轴承润滑 161
第14章 滚动轴承设计
14.1 滚动轴承计算基础 162
14.1.1 轴承主要几何关系 162
14.1.2 滚道接触应力与变形 166
14.1.3 滚动轴承额定动、静载荷 168
14.1.4 轴承寿命计算 169
14.1.5 轴承所需最小载荷 172
14.2 航空发动机轴承常用材料 172
14.3 轴承初步设计 174
14.3.1 输入条件 174
14.3.2 内部参数设计 174
14.3.3 设计结果评价 176
第15章 滚动轴承的润滑与冷却
15.1 滚动轴承润滑方式及其特点 177
15.2 轴承润滑方式的选取 178
15.3 轴承润滑结构设计 178
15.3.1 喷射润滑 178
15.3.2 环下润滑 179
15.3.3 其他 180
15.4 滚动轴承最小润滑流量计算 180
第16章 滚动轴承的配合
16.1 轴承配合与游隙的关系 181
16.2 相配轴颈和轴承座孔设计要求 183
16.3 轴承配合量的选取 183
16.3.1 轴承配合量选取原则 183
16.3.2 公差等级和公差带的选取 184
16.3.3 过盈套圈拔卸力计算 186
第17章 滚动轴承安装结构及相关零部件设计
17.1 轴承的轴向定位与紧固 187
17.1.1 主轴轴承的轴向定位与紧固 187
17.1.2 附件传动轴承的轴向定位与紧固 188
17.1.3 减速器轴承的轴向定位与紧固 189
17.2 轴承安装与拆卸 189
17.3 轴肩和倒角设计 190
17.4 轴承预紧设计 190
17.4.1 轴承预紧的作用 190
17.4.2 轴承预紧方法 191
第18章 滚动轴承集成结构设计
18.1 常见滚动轴承集成结构及特点 193
18.2 轴承套圈固定和/或防转结构集成设计 194
18.3 外圈集成鼠笼弹支、油膜阻尼设计 195
18.4 滚子轴承无内圈/无外圈设计 196
18.5 拉拔结构集成设计 196
第19章 滚动轴承应用设计实例
19.1 涡喷、涡扇发动机 198
19.1.1 设计要求梳理 198
19.1.2 轴承配置形式及轴承类型选择 199
19.1.3 轴承初步设计 199
19.1.4 轴承润滑设计 200
19.1.5 轴承配合设计 200
19.1.6 轴承安装与拆卸设计 201
19.1.7 轴承接口设计 201
19.1.8 相邻件设计要求 201
19.2 涡轴、涡桨发动机 201
19.2.1 设计要求梳理 201
19.2.2 轴承配置形式及轴承类型选择 202
19.2.3 轴承初步设计 202
19.2.4 轴承润滑设计 203
19.2.5 轴承配合设计 204
19.2.6 轴承安装与拆卸设计 204
19.2.7 轴承接口设计 204
19.2.8 相邻件设计要求 205
19.3 辅助动力装置 205
19.3.1 设计要求梳理 205
19.3.2 轴承配置形式及轴承类型选择 206
19.3.3 轴承初步设计 206
19.3.4 轴承润滑设计 207
19.3.5 轴承配合设计 207
19.3.6 轴承安装与拆卸设计 208
19.3.7 轴承接口设计 208
19.3.8 相邻件设计要求 208
第20章 轴承试验与验证
20.1 考核性试验 209
20.1.1 轴承试验器试验 209
20.1.2 发动机地面台架试验 210
20.1.3 飞行试验 210
20.2 研究性试验 210
20.2.1 异常工况下的轴承性能摸底试验 210
20.2.2 轴承打滑度测试试验 210
20.2.3 轴承温度场测量试验 210
第21章 滚动轴承失效与预防
21.1 滚动轴承常见失效形式与预防 211
21.1.1 疲劳剥落 211
21.1.2 划伤 213
21.1.3 磨损 214
21.1.4 轻载打滑 215
21.1.5 腐蚀 216
21.1.6 零件断裂 217
21.1.7 装配碰伤 219
21.1.8 过热变色 219
21.2 失效分析的一般程序 220
21.2.1 初步调查 220
节选
第一篇 航空发动机附件传动系统 第1章 附件传动系统类型 航空燃气涡轮发动机（包括涡喷、涡扇、涡轴、涡桨发动机等）、航空燃气涡轮辅助动力装置（以下简称辅助动力装置）一般包含电气、控制、燃油、滑油等系统附件，以保证其自身正常工作，航空燃气涡轮发动机同时也对飞行器（飞机）的液压、气压、电气等系统附件提供动力，辅助动力装置也可为这些系统提供辅助动力能源。飞机和发动机附件的传动方式主要有三种： 机械传动、电驱动、高压气体驱动，机械传动是目前航空燃气涡轮发动机中广泛采用的传动方式，本篇主要介绍机械传动（齿轮传动）的动力传输方式，篇中所述的传动系统即为附件传动系统。 1.1 航空燃气涡轮发动机 1.1.1 附件传动系统 航空燃气涡轮发动机（以下简称航空发动机）附件传动系统主要有以下几个功能： （1） 发动机起动时将安装在附件传动机匣上的起动机功率传输给发动机转子； （2） 发动机正常工作时，提取发动机转子功率，传递给安装在附件传动机匣上的其他传动附件（滑油系统、燃油系统、电气系统、控制系统和空气系统等），如表1.1所示； （3） 为发动机和飞机附件提供安装平台。 表1.1 航空发动机常用传动附件 1.1.2 传动类型及特点 航空发动机附件传动系统当前主要采用经典的齿轮传动方式进行功率传递，传动系统零组件主要包括齿轮、轴承、机匣、传动轴、联轴器、离合器等。机械式齿轮传动方式历史悠久，其加工、使用和维护经验都非常成熟，传动功率和速度的适用范围广，具有恒定的传动比，传动效率高，传动可靠，使用寿命长，结构也比较紧凑。但这种传动方式对加工和安装精度要求较高，成本相对较高，使用过程中容易因齿轮啮合时产生的激励而诱发振动问题，噪声也比较大，影响使用的舒适性。 附件传动系统根据附件安装方式可分为齿轮箱式（或整体式）、混合式。齿轮箱式附件传动系统特点为，发动机及飞机附件集中安装于一个或多个齿轮箱式机匣上，根据在发动机的位置分布，可包括内部的中央传动装置（简称中央传动），以及外部的附件传动装置（简称附件机匣）。混合式附件传动系统特点为，发动机及飞机附件中并不是所有的附件都集中安装于齿轮箱式机匣上，而是部分附件集成于发动机内部或其他机匣上，可通过包含齿轮传动的多种方式联合驱动，如由发动机内部主轴直接驱动，由引气、液压、电机等一种或多种方式驱动，且在发动机内、外多个部位分散独立布置。 1.1.3传动系统布置 1. 涡轴、涡桨发动机 涡轴、涡桨发动机附件传动系统通常位于发动机的冷端部分，是涡轴、涡桨发动机的重要组成部分，一般约占整个发动机重量的10％。附件传动系统包括中央传动装置和附件传动装置，大多采用单元体集成化设计，所有附件都安装在一个机匣上，没有专门的飞机附件机匣（也称飞附机匣）。 由于附件传动系统中有大量的盘状齿轮，布置时除了尽可能减少发动机的迎风面积，方便发动机维护，还必须避开齿轮对进气流道的干扰，因此发动机的进气方式对涡轴、涡桨发动机附件传动系统的布置有重大的影响。采用涡轴、涡桨发动机作为动力的飞机/直升机，飞行马赫数都不超过1，发动机可以选用轴向进气也可选用径向进气，附件传动系统应根据不同的进气方式进行相应布置。 对于轴向进气的涡轴、涡桨发动机（图1.1），中央传动装置从发动机转子上提取功率后，通过一根细长的中央传动轴（也称径向传动轴、传动杆），穿过进气机匣进气流道中的支板，传递到位于发动机上方或下方的附件传动装置，发动机/飞机附件可布置在附件机匣的前、后端，附件传动装置一般安装固定在进气机匣上。 图1.1 典型轴向进气的飞机发动机附件传动布局 1. 中央传动装置；2. 中央传动轴；3. 发动机/飞机附件；4. 附件传动装置；5. 发动机/飞机附件；6. 发动机转子；7. 进气机匣 对于径向进气的涡轴、涡桨发动机（图1.2），中央传动装置从发动机转子上提取功率后，直接传递给附件传动装置，由于附件传动系统与进气流道没有重叠，通常可以将附件传动装置布置在发动机的正前方（一般位于进气道之前），与进气机匣轴向连接固定，发动机/飞机附件可布置在附件机匣的前方。 两种进气方式的发动机附件传动系统布置方式各有特点： 图1.2 典型径向进气的飞机发动机附件传动布局 1. 中央传动装置；2. 附件传动装置；3. 发动机/飞机附件；4. 进气机匣；5. 发动机转子 （1） 径向进气发动机附件传动系统的周向轮廓基本位于发动机三大部件的周向轮廓范围内，更有利于减少发动机的迎风面积，降低飞行阻力。 （2） 径向进气发动机附件传动系统结构更简单，整个中央传动装置只需要一对圆柱齿轮，省略了中央传动机匣、支撑轴承和中央传动轴，也避免了采用锥齿轮换向传动。由于锥齿轮的加工成本更高，且需要选配调整垫保证啮合侧隙及印痕，装配难度也更大，同时锥齿轮副啮合时产生的轴向力还是诱发齿轮振动的主要激励之一。此外，高速、细长且通过花键浮动连接的中央传动轴是整个附件传动系统中最薄弱的一个零件，长期使用统计数据表明，该轴的故障率相对较高，详见本篇第10.2节“花键故障”。因此，使用径向进气发动机的附件传动系统，能够减少传动零件数量和传动链长度，降低加工、装配难度和成本，提高发动机工作可靠性。 （3） 径向进气发动机的附件传动系统布置在发动机正前方时，各类附件也只能布置在附件传动机匣的前端，留给附件的布置空间相对轴向进气发动机的附件传动系统要少。 总的说来，在两种进气方式都满足发动机总体要求的前提下，径向进气的发动机更有利于附件传动系统布局和设计，建议优先采用。 2. 涡喷、涡扇发动机 现代先进军用战斗机、民用航空飞机的动力装置普遍采用涡轮喷气（涡喷）发动机、涡轮风扇（涡扇）发动机。此外，在通用航空飞机、民用支线飞机、靶机、无人机和巡航导弹等领域也广泛使用涡喷、涡扇发动机。 大中型军、民用飞机的发动机及飞机附件传动装置通常以齿轮箱式附件传动系统为主，并普遍采用齿轮箱式单元体设计，便于维护。 军用战斗机发动机附件传动系统包括中央传动装置（内部齿轮箱）、中央传动
