复合材料在混合动力齿轮

用碳纤维复合材料代替钢产生可喜的成果。

不用说，任何飞机上最重的组件很容易减轻重量的目标。它也不用说，在飞机上，以减轻重量的任何努力不能损害可靠性或安全性。在旋翼机上，最重的模块之一是转动的转子的驱动系统，工艺的总重量计的10％左右，和驱动系统，当然是齿轮机床，这是典型的从钢铁制造的主要消费国。

NASA格伦研究中心（美国俄亥俄州克里夫兰市）已经开始努力更仔细地在材料使用中的齿轮，并于2012年报道的混杂复合材料/钢齿轮的设计，表现出的可能性，以减少齿轮的重量尽可能的评价20 ％ ，而不牺牲齿轮性能。

NASA格伦的带领下罗伯特博士Handschuh在努力，加里·罗伯茨，瑞安褐土，大卫·斯特林格和Brian Dykus的协助。他们集中他们的努力替代钢材的碳纤维复合材料在web的齿轮之间的齿轮齿的金属轮毂连接的转矩施加轴。我们的目标是制造复合材料的混合齿轮和对所有钢的竞争对手，然后对其进行测试检查，特别是对振动，噪音和长期耐久性。

最终，该结果证明了积极的。测试表明，混合动力齿轮可以工作在相当长的一段时间，减少的重量，并给予正确的制造工艺，减少噪音和振动。

制造
的混合动力车齿轮NASA格伦设计，制作全部由钢材航空航天齿轮轮毂与齿轮齿之间的钢是电火花加工在六边形形状（图1） 。这个缺口，被称为网页，代表着全球最大规模的齿轮，从而更换用复合材料是最好的人选。

测试的齿轮有42个齿，测量直径为3.5英寸（89毫米）和0.196英寸
（ 5毫米）厚。诀窍是制造复合纤维网，重新连接的轮毂，网页和牙齿在这样一种方式，以维持尺寸精度的齿。这是通过将集线器到工装夹具的中心有一个圆形开孔直径相同的齿轮的网页（请参阅第23页上的图像） ，特色平钢板。

一系列的宇航级碳纤维织物帘布层放置绕轮毂与环氧树脂预浸渍。碳纤维层，由日本东丽（日本东京） ，提供品牌T700SC 。的碳纤维的织法是在图2中可见，被放置在0 - ± 60度的方向，以便为优化材料强度。一共有三个圆形“预浸料”网制作，每一个由12层碳纤维。一个Web围绕轮毂上。其他两个夹着第一。

的齿环（减去从它的中心切下的材料）放置在中间的夹心，工装夹具内的定位环，以帮助保持尺寸精度。的粘合带的形式的粘结连接的齿环的外面的复合纤维网，以统一的整体结构。当完成后，混合齿轮重达0.7081磅， （0.32公斤） ，轻20％，比其AISI 9310钢对口（0.4公斤）称重0.8847磅， 。

动态测试
NASA格伦的下一步是要进行一系列的测试，以评估对所有钢标准混合齿轮的能力。进行两种类型的动态测试，以确定是否混合齿轮可能被视为可能候选人旋翼机驱动系统。第一项测试评估使用四个速度和四个级别的扭矩的振动和噪声，第二次是耐力试验设计来运行大量的啮合周期。

噪声和振动的动态测试使用的测试，其中两个齿轮啮合的齿轮箱对对方旋转。试验台的左侧上的齿轮的驱动齿轮，而在右侧的齿轮与从动齿轮（图3） 。所有的振动测量进行了上的从动齿轮。试验台采用以下配置：

两侧的所有齿轮钢
混合齿轮左侧，全钢齿轮右侧
所有齿轮钢左侧，混合齿轮右侧
混合齿轮两侧。
雇用的四个配置分别为2,500 ，5,000 ， 7,500和10,000 rpm的50，100 ，200和300 psi的负载压力。振动测量使用的从动齿轮上的一个加速度计，以G表示。的噪声电平记录，可使用手持声级计测试变速箱盖从上面的距离为1英寸（25.4毫米） 。

测试数据表明，在四个配置进行测试，振动是最大（ 15.933 GS ） ，中钢对钢的组合在10,000 rpm和300 psi负载。在其他三个配置在10,000 rpm/300磅的最大振动：复合（驱动程序） = 13.016 GS钢（驱动程序）复合钢组合= 7.025 GS;复合复合= 12.766 GS 。

在声音测试，钢对钢的组合产生了“最响亮”的103分贝测量以10,000 rpm ，但复合复合组合也不甘落后，在100分贝，也以10,000 rpm 。在一般情况下，数据混合一贯的复合材料可能会对能够以衰减振动和噪声。该论文的作者认为这可能被校正的一个更强大的的制造工艺在复合材料的制造缺陷。例如，没有进行磨削的齿轮齿后附着的复合。此外，该复合材料固化实际上减少由于外侧边缘伸展的金属组件的齿隙，侧隙周围的齿轮也并不一致。

NASA格伦进行长期测试的混合齿轮在一段较长的时间以评估表现。的混合动力车齿轮运行超过300 ×106在10,000 rpm转速和250 psi的转矩负载，与进油口温度为120 ° F/49 ℃。混合动力齿轮，作者报告，经营没有任何问题，在此长时间。

NASA格伦最终得出结论，混合齿轮答应给他们的经营能力，在很长一段时间。此外，一艘旋翼机的功率 - 重量比有可能出现与复合钢腹板更换。最后，减少了噪音和振动，将有望使用混合齿轮制造工艺提炼成航天品质的齿轮。

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