齿轮传动在航空发动机中的应用

航空发动机的齿轮传动系统是实现功率分流与转速匹配的关键，需在高温（300-600℃）、高转速（10000-30000r/min）和高载荷下稳定运行，其设计与材料选择极具挑战性。在大型涡扇发动机中，行星齿轮传动用于低压涡轮与风扇的减速机构，通过太阳轮、行星轮和内齿圈的啮合，将涡轮的高转速（15000r/min）降至风扇的 3000r/min，同时传递上万马力的功率，齿轮模数通常为 3-5mm，齿面硬度需达 HRC 60-62。

材料方面，航空齿轮采用高强度合金渗碳钢（如 12Cr2Ni4A），经渗碳淬火处理后表面硬度提升至 HRC 58-62，心部保持 HRC 30-35 的韧性，兼顾耐磨性与抗冲击性。对于高温区域的齿轮（如涡轮附近），则选用镍基高温合金（如 GH4169），在 600℃下仍能保持 80% 的室温强度，避免齿面胶合失效。

齿轮精度控制在 ISO 3-4 级，齿距累积误差＜5μm，齿向误差＜3μm，通过精密磨削（表面粗糙度 Ra 0.4μm）降低啮合噪音与振动。润滑系统采用高压喷油润滑（压力 1.5-2MPa），在齿面形成油膜厚度 5-10μm，同时带走啮合产生的热量（每对齿轮摩擦功耗可达 50kW）。此外，齿轮箱采用一体化铸造（钛合金或镁合金），通过有限元分析优化箱体结构，使齿轮啮合时的轴线平行度误差＜0.01mm/m，确保传动效率＞98%。