第一章概述

第一節(jié)飛機(jī)電源系統(tǒng)的發(fā)展概況

飛機(jī)電源系統(tǒng)的作用：——產(chǎn)生和傳輸電能

以提供機(jī)上各系統(tǒng)的各種用電設(shè)備用電

（如飛行控制，飛行管理，雷達(dá)，通信導(dǎo)航，防冰加溫，生活服務(wù)和照明等）.

分類：1、機(jī)載電源主要以直流為主的

早期的中小型活塞式發(fā)動機(jī)飛機(jī)，如安一2、運-5、立-2、伊爾T2和C-46飛機(jī)等，其28

伏的低壓直流電源由（活塞式）發(fā)動機(jī)經(jīng)過減速器直接驅(qū)動直流發(fā)電機(jī)，

28V低壓直流電源系統(tǒng)，又配備有交流電源系統(tǒng)

安72、安-24、運-七、肖特一360和SAAB—340\ERJ—145等機(jī)型

另外，應(yīng)急電源由蓄電瓶提供，少量負(fù)載用的交流電源則由旋轉(zhuǎn)變流機(jī)（直流直流電動機(jī)

交流發(fā)電機(jī)交流）提供。

2、以交流電作為主電源，直流電源從交流電網(wǎng)中經(jīng)變壓整流，穩(wěn)壓而獲

置

渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)飛機(jī)的電源系統(tǒng).在這些飛機(jī)上，交流電源系統(tǒng)采用了無刷交

流發(fā)電機(jī)；

每臺交流發(fā)電機(jī)由相應(yīng)的發(fā)動機(jī)通過恒速傳動裝置（CSD）來驅(qū)動，飛機(jī)上，恒速傳動裝置與交

流發(fā)電機(jī)合為一體，成為所謂的整體傳動發(fā)電機(jī)（IDG）。

飛機(jī)上采用的晶體管調(diào)壓，從而既降低了飛機(jī)設(shè)備的重量，又提高了系統(tǒng)的工作可靠性?？刂齐?/p>

路在保留了某些繼電器、接觸器的基礎(chǔ)上，增加了晶體管元件，集成電路和電子計算機(jī)，使系統(tǒng)自

動化程度大大提高.

數(shù)字、文字信息顯示代替了過去的某些指示儀表；EICAS/ECAM

一些主要部件都具有自檢測功能。

波音777飛機(jī)的交流發(fā)電機(jī)最大120KVA;

在757飛機(jī)上，應(yīng)急系統(tǒng)還增設(shè)了RAT（沖壓空氣渦輪）驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)，其容量為7.5KVA,

（HMG:A—340--------2.5KVA）

它與原有的電瓶、靜變流機(jī)系統(tǒng)一同向飛機(jī)重要交、直流負(fù)載提供應(yīng)急電源，大大提高了系統(tǒng)

的工作可靠性。

現(xiàn)代飛機(jī)電源系統(tǒng)組成：

1、主電源：主電源系統(tǒng)是飛機(jī)上全部電器負(fù)載的能源；

2、二次電源：二次電源是用來變換主電源的電壓、電流和須率的電源設(shè)

備，如變壓整流器、變流機(jī)等;

3、應(yīng)急電源：應(yīng)急電源作為一個獨立的電源系統(tǒng)，當(dāng)主電源失效時，

由應(yīng)急電源向機(jī)上重要用電設(shè)備供電；

4、輔助電源：輔助電源系統(tǒng)只存在于大型飛機(jī)和某些中型飛機(jī)上，

功用是在航空發(fā)動機(jī)不運轉(zhuǎn)時，由輔助動力裝置（APU）驅(qū)動發(fā)電機(jī)而發(fā)電，常用于地面

檢查，在空中也可用于給機(jī)上用電設(shè)備供電。此外，現(xiàn)代大多數(shù)運揄機(jī)上都裝備有地面交、直流電源插

座，以供地面通電檢查和發(fā)動機(jī)的起動.

第二節(jié)電源系統(tǒng)主要設(shè)備在機(jī)上的分布

一、設(shè)備艙電氣設(shè)備

飛機(jī)上電源系統(tǒng)主要電氣設(shè)備在設(shè)備艙的分布及安裝，不同機(jī)型是有差別的.

三叉一2E:

主要的電源系統(tǒng)電氣設(shè)備安裝在前設(shè)備艙（如圖1—2—1）

這些設(shè)備有：主發(fā)電機(jī)控制組件（GCU）、

APU發(fā)電機(jī)控制組件（APUGCU）、

交流地面電源控制組件、

變壓整流器、

電瓶、

靜變流機(jī)等。

波音757：E/E

主要的電源系統(tǒng)電氣設(shè)備安裝在主設(shè)備中心和后設(shè)備中心。

主設(shè)備中心：IDG和APU發(fā)電機(jī)的控制組件（GCU）,=（電源控制盒）

匯流條電源控制組件（BPCU）,

電源配電板和兩臺主變壓整流器；

主設(shè)備中心前區(qū)：主電瓶及其充電機(jī)，靜變流機(jī)；

后設(shè)備中心：APU電瓶及其充電機(jī)，APU變壓整流器.（如圖1—2—2）

（主要的電源系統(tǒng)電氣設(shè)備功用）

1、主發(fā)電機(jī)（IDG）、APU發(fā)電機(jī)電源控制組件具有控制、調(diào)壓和保護(hù)功用；

2、交流地面電源控制組件或匯流條電源控制組件（BPCU）具有供電控制、過壓保護(hù)和逆相序保護(hù)。

3、變壓整流器是把作為主電源的交流電變換為低壓直流電的裝置.

4、機(jī)上電瓶：可用于起動APU

（波音757飛機(jī)的APU起動電源由獨立的APU電瓶提供），

5、上電瓶主要是作為應(yīng)急電源，當(dāng)上電源失效時，向機(jī)上重要用電設(shè)備供電.

6、靜變流機(jī)是應(yīng)急電源的重要設(shè)備，當(dāng)主電源失效時，由主電瓶通過靜變流機(jī)提供單相交流電（115V）.

圖1-2T三叉-2E飛機(jī)電源系統(tǒng)主要電氣設(shè)備

圖1—2—2波音757飛機(jī)電源系統(tǒng)主要電氣設(shè)備

二、飛機(jī)上的電源控制、配電和指示裝置

（一）三叉一2E飛機(jī)

1.電飛控制面板（BE/C）（如圖1—2—3）

（1）位置：駕駛艙右側(cè)的隨機(jī)控制板BE上，有一塊分板C,這塊面板稱電氣

控制面板（BE/C）,它是電源系統(tǒng)的主控面板。

（2）布局：控制電門、安培表、伏特表、頻率表，磁指示器和匯流條失效警

告燈。

（其特點是：面板上的指示和操縱裝置仿照系統(tǒng)的實際布局，給人產(chǎn)生形象、直觀的印象.）

2.配《電板-------------圖1-2—4三叉-2E飛機(jī)主配電板（BA）

（1）位置：在駕駛艙和隨機(jī)控制面板（BE）垂直相接處

（2）布局：A、安裝有由13塊輔助面板組成的面板，稱主配電板（BA）

左側(cè)6塊輔助面板裝配有交流電保險絲和跳開關(guān)；

右側(cè)7塊輔助面板裝配有直流電保險絲和跳開關(guān).

（面板旁標(biāo)有字母，為便于查找，保險絲和跳開關(guān)盡可能按系統(tǒng)分布，并標(biāo)有色標(biāo).面板

內(nèi)垂直安裝有銅棒杉的匯流條。）

B、駕駛艙右壁下部，裝配有飛行和滅火配電板，上面分布有飛

行系統(tǒng)的趺開關(guān)。

C、前設(shè)備艙中，還有主交流配電板，直流配電板，電瓶配電板。

這些板上裝有保險絲、跳開關(guān)和接觸羯。

（二）波音757飛機(jī)-------圖1-2-5波音757飛機(jī)電源系統(tǒng)面板

1o駕駛艙頂板上的電氣系統(tǒng)控制面板（P5）

P5是電源系統(tǒng)的主控面板。

面板上裝有電源系統(tǒng)的控制裝置和警告、指示裝置（如圖1—2-5）,包括各控制電門和信號指示燈。

特點：面板上的指示和操縱裝置仿照系統(tǒng)的組成和實際布局，給人產(chǎn)生形象、直觀的印象；

控制電門是按壓式開關(guān)，控制電門和信號指示燈組合在一起，形成燈組合開關(guān)。

2、隨機(jī)上的輔助電氣系統(tǒng)控制面板（P61）

P61電源系統(tǒng)的輔助控制面板.

主要安裝有主發(fā)電機(jī)和APU發(fā)電機(jī)的勵磁人工復(fù)位開關(guān)，三個開關(guān)也是按壓式的燈組合開

3、。EICAS指示裝置圖1—2—6波音757飛機(jī)電源系統(tǒng)面板EICAS電氣/液壓維護(hù)頁

EICAS電氣/液壓維護(hù)頁中，顯示當(dāng)前電源系統(tǒng)中：

（1）、主要參數(shù)：供電的交、直流電源的功率、電壓、頻率、電流和負(fù)載狀況等；

（2）、信息：以數(shù)字、文字形式顯示電源系統(tǒng)的故障、狀態(tài)和維護(hù)內(nèi)容。

4、配電板，圖1—2-7波音757飛機(jī)配電板

主電源配電板（P6）,

左發(fā)電機(jī)電源配電板（PG,

右發(fā)電機(jī)電源配電板（P32）,

APU發(fā)電機(jī)電源

外部電源配電板（P34）o（如圖1-2—7）

第二章飛機(jī)交流電源系統(tǒng)

第一節(jié)概述

一、交流電源系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點

(-)交流電源作為主電源的原因

1.電源容量的增加，要求提高電壓以減輕飛機(jī)重量

1)容量增大，低壓直流電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，受換向條件的限制

2)適當(dāng)提高電源電壓：減輕重量的最有效方法

A、提高了電源電壓，傳輸電流必然下降，就可以選擇較細(xì)的傳輸線

來減少導(dǎo)線的重量(P4J2/R)。

B、交流電源系統(tǒng)中普遍采用無刷交流發(fā)電機(jī)，不存在換向問題

2.飛機(jī)電源工作環(huán)境條件的變化，迫使采用交流電源

(1)隨著飛行高度的增加

直流電機(jī)炭刷和整流子的磨損會越來越厲害。

(2)發(fā)電機(jī)冷卻條件的要求.

直流發(fā)電機(jī)一般都采用沖壓空氣冷卻.隨著飛行速度的提高，沖壓空

氣溫度也在提高，使得采用沖壓空氣對發(fā)電機(jī)冷卻變得不可能；

對發(fā)電機(jī)采用油冷，需要把冷卻油通到轉(zhuǎn)子上，因電刷和換向器不允

許接觸油液，使存技術(shù)上解決密封等問題變得十分困難。

交流發(fā)電機(jī)的發(fā)熱損耗主要發(fā)生在轉(zhuǎn)子,冷卻問題比較容易解決。叵交

流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)采用油冷效率高|

3.電壓和功率變換的要求

飛機(jī)上使用交流電的用電設(shè)備約占90斬所以，只需把10$的交流功

率變換為直流電，使得變換能量的設(shè)備減少，功率損耗也減小.

(二)交流電源系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點

1o主要優(yōu)點

(1)交流發(fā)電機(jī)沒有換向器，特別是無刷交流發(fā)電機(jī)沒有電刷和滑環(huán)，同時采用噴油冷卻，

工作可靠性大大提高。最新的噴油冷卻整體傳動發(fā)電機(jī)(組合電源裝置)，把恒速傳動裝置和交

流發(fā)電機(jī)組合為一個整體，使發(fā)電系統(tǒng)更先進(jìn)更完善.

(2)電源電壓的提高，使交流發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)設(shè)備重量大大減輕.

(3)交流電能易于變換，即易r變壓和整流。

2O主要缺點

(1)恒速傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，維護(hù)困難。

(2)交流電源系統(tǒng)的控制和保護(hù)設(shè)備比較復(fù)雜，特別是并聯(lián)運行時的控制更為復(fù)雜。

二、飛機(jī)交流電源系統(tǒng)的基本形式和主要參數(shù)

飛凱交流電源系統(tǒng)四個環(huán)節(jié)/發(fā)電

'供電系統(tǒng)

輸廿

<

配電

,電網(wǎng)

I用電

(一)飛機(jī)交流電源系統(tǒng)發(fā)電的基本形式

取決于發(fā)動機(jī)到發(fā)電機(jī)的傳動方式，分變頻和恒頻交流電源系統(tǒng)兩大類.

A、交、直流并存的螺旋槳飛機(jī)上，一般采用變速變頻交流電源系統(tǒng)；

B、現(xiàn)代大型渦扇發(fā)動機(jī)飛機(jī)上則廣泛采用恒速恒頻交流電源系統(tǒng)IDG;

C、最新的變速恒頻交流電源系統(tǒng)只在少數(shù)的波音737-300/500型飛機(jī)上試用，波音777后備

發(fā)電機(jī)。

1o變速變頻交流電源系統(tǒng)

在變速變頻交流電源系統(tǒng)中，交流發(fā)電機(jī)是由發(fā)動機(jī)通過減速器直接驅(qū)動的；其輸出交流電

的頻率是隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化的。以這種發(fā)電機(jī)發(fā)電作為主電源即構(gòu)成變速變頻交流電

源系統(tǒng).圖2—1-1a

發(fā)動機(jī)f轉(zhuǎn)速一減速/―>轉(zhuǎn)速交流發(fā)里機(jī)f變頻交流電

變速變頻交流電源系統(tǒng)不需要恒速傳動裝置，因而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，可靠性高，維護(hù)

方便，效率高.這種電源系統(tǒng)的主要缺點是發(fā)電機(jī)之間不能并聯(lián)供電。

變速變頻交流電源系統(tǒng)適用于裝有渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的飛機(jī)或直升機(jī)，因為渦輪螺旋槳發(fā)動

機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍很小，所以發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率變化范圍也很小.

2O恒速恒頻交流電源系統(tǒng)--------廣泛的應(yīng)用

在恒速恒頻交流電源系統(tǒng)中，交流發(fā)電機(jī)是由發(fā)動機(jī)通過恒速傳動裝置(CSD)驅(qū)動的，其轉(zhuǎn)

速是恒定的，它向匯流條輸出恒頻交流電。如圖2—1—1b

發(fā)動機(jī)—轉(zhuǎn)也^CSD恒速—交流發(fā)隹由卜恒頻交流電

恒速恒頻交流電源系統(tǒng)主要優(yōu)點是：

（1）恒頻交流電對飛機(jī)上的各類負(fù)載都適用，而且由于電源頻率恒定，使用電設(shè)備和配電系

統(tǒng)的重量比變頻系統(tǒng)輕，配電也比較簡單.

（2）恒頻交流發(fā)電機(jī)可單臺運行也可以并聯(lián)運司,其電氣性能好，供電質(zhì)量高。

由于恒頻交流電所具有以上的優(yōu)點，及恒速傳動裝置在設(shè)計制造上取得了較大的進(jìn)展，整體

傳動發(fā)電機(jī)（IDG）的出現(xiàn)，使得恒速恒頻交流電源系統(tǒng)在現(xiàn)代飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。

恒速恒頻交流電源系統(tǒng)適用于渦噴、渦扇發(fā)動機(jī)飛機(jī)。

因為渦噴、渦扇發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速與最高轉(zhuǎn)速之比高達(dá)13,如果不采用恒速傳動裝置來穩(wěn)定

轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)輸出的交流電壓是不能滿足要求的。

3o變速恒頻交流電源系統(tǒng)

隨著電子電氣技術(shù)的高度發(fā)展，不采用恒速傳動裝置的變速恒頻系統(tǒng)已由試驗研究進(jìn)入了裝機(jī)投入航線

的使用。

現(xiàn)在采用的變速恒頻系統(tǒng)是I交L直一子可系統(tǒng)，即由發(fā)動機(jī)帶動交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生

變頻交流電，經(jīng)過整流為直流，再逆變?yōu)樗桀l率和電壓的交流電，作為飛機(jī)的主

電源。

（二）飛機(jī)交流電源系統(tǒng)的供電方式

交流電源系統(tǒng)的供電方式一般可分為兩類：單獨供電

并聯(lián)供電。

1o并聯(lián)供電

將多臺頻率相同的交流發(fā)電機(jī)并聯(lián)起來，同時向機(jī)上所有匯流條供電，稱為并聯(lián)供電.

其優(yōu)點是發(fā)電機(jī)的利用率高，系統(tǒng)可靠性好；

但是，并聯(lián)系統(tǒng)的控制和保護(hù)設(shè)備復(fù)雜。

2.單獨供電

在正常狀態(tài)下，每臺發(fā)電機(jī)單獨向各自的匯流條供電，只在故障時才實行轉(zhuǎn)換，這種供

電方式稱為單獨供電。其優(yōu)點是控制和保護(hù)設(shè)備比較簡單；

但是，它在一臺發(fā)電機(jī)故障需要轉(zhuǎn)換為另一臺發(fā)電機(jī)供電時，匯流條會瞬間中斷電源。

（三）交流電網(wǎng)供電饋線的連接方式

電網(wǎng)供電饋線是指把電能從發(fā)電機(jī)輸送到匯流條的供電線路。

發(fā)電機(jī)和供電饋線連接方式：1）、可構(gòu)成單相交流電源系統(tǒng)

2）、三相交流電源系統(tǒng)。

1、單相交流電源系統(tǒng)它以一根饋線將電源連接到匯流條，另一根則利用飛機(jī)殼體

形成回路.

2、三相交流電源系統(tǒng)主要有以下幾種連接形式.

1）、中線接機(jī)體的三相三線制---如圖2—1-2

中線接機(jī)體的三相三線制交流供電系統(tǒng)。

它實際上相當(dāng)于三相四線制，只是利用機(jī)體作中線而省去一根導(dǎo)線.這種供

電系統(tǒng)重量比較輕，單相負(fù)載的通、斷及保護(hù)裝置也比較簡單，對飛機(jī)殼體的最

大電壓只是相電壓，所以對機(jī)上人員比較安全。這種形式是

現(xiàn)代飛機(jī)上普遍采用的供電形式.

圖2—1—2以機(jī)體為中線的三相三線制供電系統(tǒng)示意醫(yī)

2o沒有中線，中點不接地的三相三線制

中點不接地的三相三線制交流供電系統(tǒng)如圖2-1-3。在這種系統(tǒng)中，單相負(fù)載的電壓只有單一的線電壓,

沒有相電壓，這是該系統(tǒng)的缺點.

圖2-1-3中點不接地的三相三線制

3o以單相為主而兼有三相的供電系統(tǒng)

這是一種特例，應(yīng)用于安一24飛機(jī)交流電源系統(tǒng)中，系統(tǒng)供電線路如圖27-4所示。

交流電源由一臺三角形連?接的三相交流同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，主用其中的Cz—6相提供單枸交流電源，求電

壓調(diào)節(jié)就是以這一相為基準(zhǔn)的，所以它是一個單相交流電源系統(tǒng)。但是，它除接有C2相的設(shè)備匯流條以外,

還輸出G相到自動駕駛儀匯流條，因而允許G-C,相接入700VA負(fù)載。

該系統(tǒng)的缺點是：按單相進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)時，其他兩相因為負(fù)載很小，其電壓一定偏高.

圖2—1—4以單相為主而兼有三相的供電系統(tǒng)

（四）交流電源系統(tǒng)的主要參數(shù)

交流電源系統(tǒng)的主要參數(shù)是電壓、頻率和相數(shù)。

目前飛機(jī)主電源廣泛采用的是:115/200V,400Hz,三相交流電源系統(tǒng)。

第二節(jié)恒速傳動裝置

在現(xiàn)代的大型噴氣運輸機(jī)上，廣泛采用恒速恒頻交流電源系統(tǒng)，系統(tǒng)由恒速傳動裝置（簡稱恒裝）把變

化的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)楹愣ǖ霓D(zhuǎn)速來驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)，從而產(chǎn)生恒定頻率的交流電源。

恒速傳動裝置的形式很多，有液壓式、機(jī)械式、液壓機(jī)械式、電磁式、電磁機(jī)械式等多種。目前，在波

音系列和其他飛機(jī)上，普遍采用的是液壓機(jī)械式的恒速傳動裝置，最新技術(shù)誕生出來的恒裝與噴油冷卻發(fā)電

機(jī)組合為一體的整體傳動發(fā)電機(jī)，其保持發(fā)電機(jī)恒速的原理也與軸向齒輪差動液壓機(jī)械共恒裝相同，只不過

其結(jié)構(gòu)更緊湊，重量功率比更小而已.因此，本節(jié)以軸向齒輪差動液壓機(jī)械式恒裝為基礎(chǔ)簡要介紹恒裝的工作

原理。

一、概述

（一）恒速傳動裝置的安裝位置

恒速傳動裝置在渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)上的安裝位置如圖2—27.發(fā)動機(jī)的電轉(zhuǎn)速經(jīng)過塔軸、附件齒輪箱、恒

速傳動裝置，然后帶動交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動。

圖2-2—1恒速傳動裝置在發(fā)動機(jī)上的安裝位置

（二）軸向齒輪差動液壓機(jī)械式恒速傳動裝置的基本組成

液壓機(jī)械式恒速傳動裝置的主要基本組成如圖2-2-2。包括傳動系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)。

圖2-2-2液壓機(jī)械式恒速傳動裝置組成關(guān)系圖

傳動系統(tǒng)由液壓泵-液壓馬達(dá)和差動齒輪系兩大部分組成.恒速傳動裝置輸出軸的轉(zhuǎn)速是由兩部分合成

的：一是發(fā)動機(jī)輸入軸的轉(zhuǎn)速經(jīng)過差動游星齒輪系直接傳輸?shù)霓D(zhuǎn)速，它隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化；二是液

壓馬達(dá)輸出齒輪經(jīng)過差動游星齒輪系

傳輸?shù)霓D(zhuǎn)速，用來補(bǔ)償發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。兩者合成使恒速傳動裝置輸出軸轉(zhuǎn)速保持恒定.在差動齒輪式液

壓恒速傳動裝置中，發(fā)電機(jī)所需功率大部分由差動齒輪機(jī)構(gòu)直接傳遞，液壓泵和液壓馬達(dá)只傳遞一小部分的

功率，所以泵和馬達(dá)的體積、重量都比較小，使得整個恒速傳動裝置的體積和重量也比較小，工作可靠性比較

高。

滑油系統(tǒng)具有對齒輪系統(tǒng)潤滑和散熱作用，同時還作為液壓泵和液壓馬達(dá)組件傳遞功率的介質(zhì)。

調(diào)速系統(tǒng)由離心調(diào)速器和伺服油缸兩部分組成.離心調(diào)速器反映恒裝輸出轉(zhuǎn)速的變化，控制伺服油缸的

工作，通過搖臂改變液壓滎可變斜盤傾斜角P（參見圖2—2—3）,從而改變液壓泵和液壓馬達(dá)之間的捫油

量，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)輸出齒輪的轉(zhuǎn)速，補(bǔ)償轉(zhuǎn)速的偏離，達(dá)到恒速輸出的目的.

保護(hù)系統(tǒng)設(shè)有輸入脫開裝置，在恒速傳動裝置出現(xiàn)故障時，可以將發(fā)電機(jī)與恒速傳動裝置脫開，以保護(hù)

整套機(jī)構(gòu)不被破壞。

下面分別敘述各部分的工作原理.

二、差動游星齒輪系的工作原理

圖2—2—3為單差動游星齒輪系傳動關(guān)系的結(jié)構(gòu)。

圖2-2-3單差動齒■輪系的傳動關(guān)系

恒裝輸出齒輪的轉(zhuǎn)速是由恒裝輸入齒輪的轉(zhuǎn)速（取決于發(fā)動機(jī)）和輸入環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速（取決于液壓馬達(dá)

輸出齒輪的轉(zhuǎn)速）共同決定的。其中液壓馬達(dá)輸出齒輪的轉(zhuǎn)速是自動調(diào)節(jié)的，當(dāng)恒裝輸入轉(zhuǎn)速隨發(fā)動機(jī)變化

時，只要相應(yīng)地改變液壓馬達(dá)揄出齒輪的轉(zhuǎn)速，就可以保持恒裝輸出轉(zhuǎn)速的恒定，這就是帶單差動游星齒輪

系液壓機(jī)械式恒速傳動裝置的基本工作原理。下面分析其具體的工作情況。

（一）傳動關(guān)系和傳動比

1o傳動關(guān)系

我們知道，任何兩個齒輪的傳動連接可以分為外接和內(nèi)接兩種形式。外接時，兩個齒輪轉(zhuǎn)動方向總是相

反的，而內(nèi)接的兩個齒輪轉(zhuǎn)動方向總是相同的；兩個齒輪之間的轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。

從圖2-2—3可知，輸入齒輪由發(fā)動機(jī)達(dá)到帶動反時針方向旋轉(zhuǎn)，它帶動游星齒輪架順時針方向旋轉(zhuǎn)。

游星齒輪架在帶動液壓泵齒輪旋轉(zhuǎn)的同時也帶動裝在齒輪架上的兩組游星齒輪順時針方向旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)）。第

一組游星齒輪與輸入環(huán)形齒輪內(nèi)嚙合，由于輸入環(huán)形齒輪是與液壓馬達(dá)的輸出齒輪嚙合的，當(dāng)液壓馬達(dá)不轉(zhuǎn)

動時，則迫使第一組游星齒輪反時針方向旋轉(zhuǎn)，它又帶動第二組游星齒輪順時針方向旋轉(zhuǎn)；第二組游星齒輪

與輸出環(huán)形齒輪內(nèi)嚙合，因而帶動輸出環(huán)形齒輪順時針方向旋轉(zhuǎn)，最后由輸出環(huán)形齒輪帶動揄出齒輪反時針

方向旋轉(zhuǎn).可見，輸入環(huán)形齒輪與輸出齒輪的旋轉(zhuǎn)方向是一致的。各齒輪的旋轉(zhuǎn)方向如圖2—2-3箭頭所示.

液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時，會影響輸出齒輪的轉(zhuǎn)速。如果液壓馬達(dá)輸出齒輪順時針方向旋轉(zhuǎn)，則帶動輸入環(huán)形齒

輪反時針旋轉(zhuǎn)，輸入環(huán)形齒輪又使與它嚙合的第一組游星齒輪反時針旋轉(zhuǎn)，這樣，與上述情況相同，結(jié)果也

使輸出忐輪反時針旋轉(zhuǎn)。此時液壓馬達(dá)的作用是使輸出齒輪轉(zhuǎn)動得更快，此時各齒輪的旋轉(zhuǎn)方向仍為圖

2-2-3箭頭所示方向。相反，當(dāng)液壓馬達(dá)輸出齒輪反時針方向旋轉(zhuǎn)時，其作用是力圖使輸出齒輪順時針旋轉(zhuǎn)，

或者說是使輸出齒輪反時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速降低。

綜上分析，在差動游星齒輪系的傳動中，只有液壓馬達(dá)輸出齒輪和輸入環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)動方向是變化的，

其余各齒輪的轉(zhuǎn)動方向不變。當(dāng)液壓馬達(dá)順時針方向旋轉(zhuǎn)時，其輸出齒輪也順時針方向旋轉(zhuǎn)，使輸入環(huán)形齒

輪反時針方向旋轉(zhuǎn)，加快了第一組游星齒輪反時針旋轉(zhuǎn)；相反，當(dāng)液壓馬達(dá)反時針方向旋轉(zhuǎn)時，則減慢了第

一組游星齒輪反時針旋轉(zhuǎn).最后通過第二組游星齒輪和揄出環(huán)形齒輪的作用，使輸出齒輪在轉(zhuǎn)動方向不變的

前提下，保持轉(zhuǎn)速恒定。

2O傳動比

按相對運動的原理可以求出差動齒輪系的傳動比，其齒輪序號如圖2—2—4。它是與圖2-2—3各齒輪的

關(guān)系相對應(yīng)的，假定游星齒輪架Zz的轉(zhuǎn)速為輸入環(huán)形齒

輪Z3（或Z”）的轉(zhuǎn)速為小（或山），輸出環(huán)形齒輪Z8（或Z,）的轉(zhuǎn)速為，（或m）,并規(guī)定順時針旋轉(zhuǎn)方向為

正方向.由相對運動的原理可知，當(dāng)差動齒輪系的各個構(gòu)件加上一個公共的旋轉(zhuǎn)后，它們之間的相對運動不

變。如果給齒輪系加上一個轉(zhuǎn)速為一n?的附加轉(zhuǎn)速，即轉(zhuǎn)速為m的反時針方向旋轉(zhuǎn)，則觀察者看到的游星齒

輪架的轉(zhuǎn)速為零，輸入環(huán)形茵輪的轉(zhuǎn)速為（足一m）,輸出環(huán)形前輪的轉(zhuǎn)速為（rv

n2）

m2—2—4恒速傳動裝置:傳動系統(tǒng)原理圖

這樣，輸入環(huán)形齒輪與輸出環(huán)形齒輪之間的傳動比為:

：_：一〃4-〃2__Z?__Zs門n,-Z7

I47-I38---------------------------------------?-----?------即_J____1二—__L（式2—1）

%一〃2Z6Z5Z4

%-n2Z4

負(fù)號表示輸入環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)向與輸出環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)向相反，如果輸入環(huán)形齒輪反時針旋轉(zhuǎn)，則輸出環(huán)形

齒輪順時針旋轉(zhuǎn).

由式2—1可以求得輸出環(huán)形齒掄轉(zhuǎn)速m與輸入環(huán)形齒輪m和游星齒輪架轉(zhuǎn)速皿之間的關(guān)系為：n7

=-―^-?n4+—,r>2（式2—2）

Z7Z]

由式2—2可見，輸出環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速m是由游星齒輪架轉(zhuǎn)速n2和輸入環(huán)形齒輪g共同決定的，即輸出齒

輪的轉(zhuǎn)速決定于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓馬達(dá)輸出齒輪的轉(zhuǎn)速。

L

恒裝輸入軸轉(zhuǎn)速m與游星齒輪架轉(zhuǎn)速rh之間的關(guān)系為：n2=——ni

Z2

7

輸入環(huán)形齒輪”與液壓馬達(dá)輸出齒輪轉(zhuǎn)速m2之間的關(guān)系為：n?=——n12

Z3

輸出環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)速rv與恒裝輸出軸轉(zhuǎn)速m之間的關(guān)系為：n?=——n?

Z9

把上述各式代入式2—2,即可得到恒裝輸出軸轉(zhuǎn)速（n9）與輸入軸轉(zhuǎn)速（m）和液壓馬達(dá)輸出齒輪轉(zhuǎn)

速（nA之間的關(guān)系為：

4.z+z.z,

n?——-4---7-m?2?互m2

z9z7z2ZiZ3

考慮到Z4=Z7,所以輸出轉(zhuǎn)速n9=2?—?—ni——?ni2（式2—3）

Z9Z2Z9Z3

（二）恒速傳動的三種情況

根據(jù)f=Pn/60,如果交流發(fā)也機(jī)的磁極對數(shù)P為4,為得到f=400Hz的恒頻交流電，則其轉(zhuǎn)速n應(yīng)

為6000rpm。當(dāng)恒裝輸出軸轉(zhuǎn)速等于、低于或高于此轉(zhuǎn)速時，可有下列三種情況。

1.恒裝輸入軸轉(zhuǎn)速為制動點轉(zhuǎn)速時

當(dāng)液壓馬達(dá)不轉(zhuǎn)動時（。2=0）,發(fā)動機(jī)通過差動齒輪系驅(qū)動發(fā)電機(jī)，這是一種單一的機(jī)械傳動。這種正好

保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定值所需要的輸入軸轉(zhuǎn)速m稱為制動點轉(zhuǎn)速，在波音資料中又稱為“直通轉(zhuǎn)速”。制動

點轉(zhuǎn)速可由式2—3中令ni2—0而求得：ni=—,——=n<?（式2—4）

2Z&Z）

恒裝這種輸入轉(zhuǎn)速等于制動點轉(zhuǎn)速下的工作方式稱為零差動工作方式.

2.恒裝輸入軸轉(zhuǎn)速低于制動點轉(zhuǎn)速時

此酎，如果單靠機(jī)械傳動，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將低于額定轉(zhuǎn)速6000rpm。為了保持發(fā)電機(jī)恒速，必須由液壓馬

達(dá)的轉(zhuǎn)動來補(bǔ)償.由式2—3可知，液壓馬達(dá)輸出齒輪此時的轉(zhuǎn)動方向應(yīng)與恒裝輸入軸的轉(zhuǎn)動方向相反，即應(yīng)

順時針方向轉(zhuǎn)動才行。

這和恒裝輸入軸轉(zhuǎn)速低于制動點轉(zhuǎn)速的工作方式稱為正差動工作方式。（參見圖2—2—8）

3.恒裝輸入軸轉(zhuǎn)速高于制動點轉(zhuǎn)速時

此時，如果單靠機(jī)械傳動，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將高于額定轉(zhuǎn)速.為了保持發(fā)電機(jī)恒速，與上述情況相反，液

壓馬達(dá)輸出齒輪應(yīng)反時針方向轉(zhuǎn)動.

這和恒裝輸入軸轉(zhuǎn)速高于制動點轉(zhuǎn)速的工作方式稱為負(fù)差動工作方式。

三、液壓泵與液壓馬達(dá)的工作原理

齒輪差動式液壓恒速傳動裝置常用軸向柱塞式液壓泵和液壓馬達(dá)，兩者構(gòu)成一個組件，如圖2-2-5所示。

（一）構(gòu)造

圖2—2—5的右部為液壓泵，左部為液壓馬達(dá).

液壓泵的構(gòu)造：在沿液壓泵圓柱形泵體10的圓周上均勻分布有若干個圓柱形的孔，每個孔內(nèi)裝有一個

柱塞8,泵體和轉(zhuǎn)軸相連，并由軸承1和11支撐.齒輪2由游星吉輪架帶動，齒輪2再帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并使泵體

旋轉(zhuǎn)，便柱塞8跟隨轉(zhuǎn)動。柱塞8的球頭套在端部滑塊6內(nèi)，彈簧9使滑塊6的端面緊靠在可動斜盤3的滑

道上.可動斜盤是不隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的，只是它的傾斜角可由調(diào)速系統(tǒng)自動改變。液壓泵轉(zhuǎn)子的左邊和分油盤12

相銜接，分油盤上有兩個弧形槽，并有進(jìn)、出油口與滑油系統(tǒng)及柱塞孔相通。

液壓馬達(dá)的構(gòu)造與液壓泵基本和同，唯一不同點是液壓泵的斜盤3的傾斜角可變的，稱為可動斜盤：而

液壓馬達(dá)的斜盤13的傾斜角度不能改變，稱為固定斜盤。

圖2—2—5液壓泵和液壓馬達(dá)

（二）工作原理

1。液壓泵工作原理

參照圖2—2-5,只要液壓泵的可動斜盤和轉(zhuǎn)軸不垂直，則當(dāng)發(fā)動機(jī)帶動液壓泵轉(zhuǎn)子反時針方向（從分油盤

往右看）旋轉(zhuǎn)時，柱塞隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的同時還要沿軸向運動。當(dāng)可動斜盤如圖左傾時，對轉(zhuǎn)子左側(cè)的任一柱塞，

當(dāng)它從最上面的位置沿左半圓弧往下旋轉(zhuǎn)時，柱塞還要沿軸向右移，柱塞孔的容積增大，將液壓油從低壓腔

通過分油盤的其一弧形槽吸入柱塞孔內(nèi)。對轉(zhuǎn)子右側(cè)的任一柱塞，當(dāng)它從最下位置沿右半圓弧往上旋轉(zhuǎn)時，

斜盤又將柱塞向左壓入柱塞孔中，使柱塞孔的容積減小，這樣將油增壓并通過分油盤的另一弧形槽壓入高壓

油路，從而把輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤汗β?，然后由高壓油去推動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn).

液壓泵每轉(zhuǎn)動一周，每個柱塞吸一次油打一次油，完成一個循環(huán)。在一個循環(huán)中，每個柱塞的行程為：

LP-Dtgp（式2—5）

式中D為柱塞在缸體上的分布圓的克徑（cm）;P為液壓泵可動斜盤的傾斜角.

因此，在每一個循環(huán)中，每個柱塞的打油量的理論值為：

2

q=—dDtgP（式2—6）式中d為柱塞直徑（cm）

4

如果液壓泵每分鐘轉(zhuǎn)動n周，柱塞數(shù)為ZP,則液壓泵每分鐘的打油量為：

Q=CP?ntgP（L/min）（式2—7）

2

式中CP=1/1000X/4XdDZP稱為液壓泵的結(jié)構(gòu)常數(shù)，

從式2—7可知，液壓泵的打油量主要由兩個因素決定：一是泵的轉(zhuǎn)速n,轉(zhuǎn)速越高則打油量越大；二是泵

的可動斜盤傾斜角P,如傾斜角P為零，無論轉(zhuǎn)速多高也不打油，因為這時泵的柱塞不作軸向往復(fù)運動，

而傾斜角P越大，柱塞的行程越大，則泵每分鐘的打油量也越多。由圖2—2-3和圖2—2-4可看出，恒裝液

壓泵的轉(zhuǎn)速與航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，它是一個自變量，因此只能借助改變液壓泵可動斜盤傾斜角P來調(diào)

節(jié)泵的打油量。

這和泵是靠柱塞孔容積的變化來實現(xiàn)吸油和打油的，故稱為容積式油泵。由于圓孔與柱塞的配合總存在

間隙，所以總會有油的泄漏，泄漏損失的大小與打出的高壓油和原來的低壓油之間的壓力差成正比，壓力差

越大，漏油越多。泄漏損失的存在，使實際打油量比上述的理論值小。

2。液壓馬達(dá)的工作原理

參照圖2—2-5,從以上液壓泵的工作原理分析可知，液壓泵將輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤汗β?，而液?/p>

馬達(dá)的作用是將液壓功率重新轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率揄出。液壓馬達(dá)的油腔與液壓泵的高、低壓油腔分別相通，柱

塞受油壓的作用而產(chǎn)生軸向運動，又因柱塞的軸向運動受到馬達(dá)固定斜盤的限制，從而產(chǎn)生一個使馬達(dá)缸體

旋轉(zhuǎn)的力，缸體轉(zhuǎn)動使馬達(dá)榆出軸轉(zhuǎn)動，最后馬達(dá)輸出齒輪帶動恒裝差動游星齒輪系的輸入環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)。

（1）液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩.液壓馬達(dá)中一個柱塞的受力情況如圖2—2-6所示。圖（a）中F表示液壓油對柱

塞的壓力，F(xiàn)N是固定斜盤對柱塞的反作用力，因固定斜盤滑道與滑塊間的摩擦力很小，故力FN與固定斜盤表

面垂直.若馬達(dá)固定斜盤的傾斜角用M表示，則反作用力FN與柱塞軸線間的夾角也為NO力F與屋的合力FM

如圖（b）,FM的作用是要柱塞向下運動，并通過柱塞的作用馬達(dá)轉(zhuǎn)子上.

液壓方向

（從馬達(dá)輸出齒輪往里看）

圖2-2—6液壓馬達(dá)單個柱塞受力圖圖2-2-7液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生

因為分油盤右半側(cè)為高壓油，左半側(cè)為低壓油（在圖2-2-5中從馬達(dá)固定斜盤往右看），兩側(cè)壓力不同，

所以合力FM的大小不同，高江區(qū)FM大，低壓區(qū)小小。合力FM在圓周的不同位置口才，對馬達(dá)轉(zhuǎn)軸將產(chǎn)生不同

的轉(zhuǎn)矩，如圖2—2—7所示.

因為力臂L的長度是隨柱塞在圓周上的不同位置而變化的，應(yīng)用高等數(shù)學(xué)中的積分關(guān)系可以求得一個柱

塞轉(zhuǎn)動一周時的平均轉(zhuǎn)知為：

2

M=ldMDM(Pg-Pd)tgM

8

式中D*為馬達(dá)柱塞分布圓直徑(cm)為馬達(dá)柱塞直徑(cm)：陣、P.為高、低壓油的

壓力(kg/cm')；M為馬達(dá)固定斜盤傾斜角.

液壓馬達(dá)共有乙個柱塞，馬達(dá)的平均轉(zhuǎn)矩則為：

?

M=-dMD?ZM(匕-Pd)tgM=—CN(Pc-Pd)tgN

82乃

式中CM=/4-d/DZ為馬達(dá)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。

該式說明馬達(dá)的結(jié)構(gòu)一定時，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩與油壓差成正比c

液壓馬達(dá)的輸出齒輪是與差動游星齒輪系的揄入環(huán)形齒輪嚙合的，發(fā)電機(jī)的負(fù)載力矩就是通過差動游

星齒輪系加在液壓馬達(dá)上，穩(wěn)定狀態(tài)時，馬達(dá)力矩M與負(fù)載力矩MF相平衡

M=Mr=—CM(Pg-Pd)tgN所以：P=Pg—Pd=卜

24CMtgyM

可見，液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)一定時，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩與油壓差P成正比。當(dāng)馬達(dá)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩加大時，馬達(dá)轉(zhuǎn)

矩必須相應(yīng)增大才能保持恒速輸出，即油壓差必須增大。通常低壓腔的滑油壓力Pd不變，所以必須增大高壓

腔的壓力%;又由于液壓馬達(dá)的油來自液壓泵，因此必須增大液壓泵高壓腔的滑油壓力.

(2)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速及其轉(zhuǎn)向.由于液壓馬達(dá)的構(gòu)造與液壓泵相同，根據(jù)式2—7可得到液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動一

周所消耗的高壓油量為C?tg馬達(dá)固定斜盤傾斜角“是固定的，因而馬達(dá)轉(zhuǎn)動一周所消耗的高壓油量也

是一定的，所以稱之為定量馬達(dá)。反之，油量不同，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速也就不同，馬達(dá)轉(zhuǎn)速為m時，消耗的高壓

油量QM為：

(式所以：―處一

QM=①nMtgN2—8)nM=

cMtgrM

由上式可見，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是隨液壓泵輸送的高壓油流量的增大而增大的。由

Q=CP?ntgP可知，液壓泵的打油量與tgP成正比，即與液壓泵的可變斜盤傾斜角P有關(guān)，所以改變液壓

泵可變斜盤傾斜角便可以調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速.

液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)向可從圖2-2—7中分析得到，即當(dāng)發(fā)動機(jī)帶動液壓泵轉(zhuǎn)子反時針方向(從左往右看)旋轉(zhuǎn)，

且液壓泵可變斜盤傾斜角如因2—2-5左傾(P0)時，作用在液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩為順時針方向，因此

液壓馬達(dá)順時針方向旋轉(zhuǎn)，帶動其輸出齒輪順時針方向旋轉(zhuǎn)。這種工作方式就是正差動工作方式。

3。液壓泵和液壓馬達(dá)系統(tǒng)的工作情況

液壓泵和液壓馬達(dá)工作時都有漏油，漏油量大致與高低油壓之差成正比。因此，由式2—7確定的液壓

泵理論打油量Q與由式2—8確定的液壓馬達(dá)所需油量QM之間存在一差值，此差值就是漏油量，即

Q-Q?=K?P

式中K為泵和馬達(dá)系統(tǒng)的漏油系數(shù)。

根據(jù)公式：r)M=QM/CMtgM

QM=Q-K?P

Q=CP?n?tgP

P=PK—Pd=2MF/CwtgM

可程到馬達(dá)轉(zhuǎn)速rh與泵轉(zhuǎn)速n、可變斜盤傾斜角P及馬達(dá)負(fù)載力矩的之間的關(guān)系式為:

2冰

m二n(式2-9)

CMig/M

從式2—9可對液壓泵和液壓馬達(dá)系統(tǒng)的工作情況作如下的說明：

(1)漏油的存在，即使可變斜盤傾斜角P等于零，只要馬達(dá)負(fù)載力矩MF不為零