CN100467909C - 同轴对转高速行星齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同轴对转高速行星齿轮传动装置，包括箱体和置于箱体内的输入轴、齿轮传动机构和输出轴。输入轴外端通过平键与动力源连接，箱体内的部分带有直齿，形成定轴轮系太阳轮，还带有差动轮系的输入花健。齿轮传动机构由定轴轮系和动轴轮系构成；定轴系行星轮通过轴承支承在定轴系行星轴上，定轴系行星轮与内齿圈啮合；差动轮系太阳轮通过花键与输入轴相连，差动轮系行星轮支承在差动轮系行星轴上，差动轮系行星轴与输出行星架连接，输出空心轴与内齿轮圈连接。本装置可在减小变速器外型尺寸和整体重量的情况下，实现能源单输入双输出的减速增扭功能，能够满足高速传动性能的要求，具有高传动效率、结构简单、重量轻、振动噪声低，同时保证传动机构与外界海水和电机之间具有可靠的密封等优点，具有较强的适应性和通用性。

Description

同轴对转高速行星齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及单输入双输出的同轴对转高速行星齿轮传动机构。

背景技术

在一些船舶等装备上需要同轴对转的双螺旋桨推进系统，要求两个螺旋桨具有转向相反、速率和转矩相等，以消除转矩对其平衡状态和控制精度带来影响。为了实现同轴对转功能，目前已有推进系统采用以下两种方法:一是采用双转子电机分别驱动两个螺旋桨，其中电机的定子和转子作相反方向旋转，通过控制器完成对电机定子和转子转速转矩的调节。该种方案采用转速在2000转/分左右的电机，因此电机的体积和重量大；二是采用动力源的单输出，通过锥齿轮分动机构实现同轴对转功能。但由于锥齿轮分动机构不具备减速增扭功能，同时其低制造精度和较大的振动噪声，不适用于高速动力传动系统中。

同时为了提高推进系统的功率密度，即在尽可能小的体积和重量的条件下传递尽可能大的功率，转速在10000转/分以上的高速单转子电机成为目前推进系统急需的方案。为了适应高速电机的需要，这就要求一种传动机构将高速电机的单输出通过分流增扭来驱动同轴对转的双螺旋桨，但现有技术还没有可行的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单输入双输出的对转高速行星齿轮减速装置，通过这种减速器的结构设计，实现对功率单输入、两个输出功率等值、两个输出转速大小相等方向相反，并避免功率循环，使该装置机构简单、重量轻、结构可靠，传动效率高、运转精度高。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案采用分流差动传动机构，通过一个定轴轮系的分流和一个差动轮系的差动合成，实现同轴对转功能。其具体技术方案如下：

同轴对转高速行星齿轮传动装置，包括箱体和置于箱体内的输入轴、齿轮传动机构和输出轴，其中：

输入轴通过轴承支承在箱体上，外端通过平键与动力源连接，箱体内的部分带有直齿，形成定轴轮系太阳轮，还带有差动轮系的输入花健，输入轴将高速电机的输出动力分别传递给定轴轮系和动轴轮系构，成动力输入单元。

齿轮传动机构由定轴轮系和动轴轮系构成，定轴轮系由定轴轮系太阳轮、定轴轮系行星轴、深沟球轴承、定轴系行星轮和内齿圈构成；定轴系行星轴支承在箱体上，定轴系行星轮通过深沟球轴承支承在定轴系行星轴上，定轴系行星轮与内齿圈啮合；

差动轮系由差动轮系太阳轮、差动轮系行星轴、差动轮系行星轮、深沟球轴承和内齿圈构成；差动轮系太阳轮通过花键与输入轴相连，差动轮系行星轮通过两个深沟球轴承支承在差动轮系行星轴上，差动轮系行星轴通过螺栓与输出行星架连接，输出空心轴通过螺栓与内齿轮圈连接，并通过轴承支撑在箱盖上。

本装置按照定轴系和行星轴系的传动比关系，通过定轴轮系太阳轮和差动轮系输入花键输入功率分流到定轴系行星轮和差动轮系太阳轮。通过定轴齿轮啮合关系，定轴系行星轮带动内齿轮圈转动，将定轴系行星轮的功率传递给内齿圈。通过行星齿轮啮合关系，差动轮系太阳轮带动差动轮系行星轮、输出行星架和内齿圈做相反方向的转动，将差动轮系的输入功率分别传递给输出行星架和内齿圈。输出行星架直接带动外负载转动，通过输出行星架的输出轴将功率传递给负载。来自于定轴轮系的功率和差动轮系的部分功率在内齿圈进行功率合成，通过输出空心轴传递给另一外负载。

由于采用上述方案，可在减小变速器外型尺寸和整体重量的情况下，实现能源单输入双输出的减速增扭功能，能够满足高速传动性能的要求，具有高传动效率、结构简单、重量轻、振动噪声低，同时保证传动机构与外界介质和电机之间具有可靠的密封等优点，具有较强的适应性和通用性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的原理图。

图1中：1—平键；2—箱体；3—带密封轴承；4—输入轴；5—定轴轮系行星轴；6—深沟球轴承；7—定轴系行星轮；8—差动轮系太阳轮；9—差动轮系行星轴；10—差动轮系行星轮；11—深沟球轴承；12—内齿轮圈；13—输出空心轴；14—输出行星架；15—V型顶；16—太阳轮定位块；17—密封圈；18—双列深沟球轴承；19—深沟球轴承；20—箱盖；21—透盖；22—密封圈；23—密封圈。

图2中：Z₁—定轴轮系太阳轮齿数；Z₂—定轴轮系行星轮齿数；Z₃—内齿圈齿数；Z₅—差动轮系太阳轮齿数；Z₄—差动轮系行星轮齿数；ω₁—本齿轮机构的输入转速；ω₂—本齿轮机构的输出转速1；ω₃—本齿轮机构的输出转速2；T₁—本齿轮机构的输入转矩；T₂—本齿轮机构的输出转矩1；T₃—本齿轮机构的输出转矩2。

具体实施方式

同轴对转高速行星齿轮传动装置的结构如图1所示，输入轴4通过带密封轴承3支承在箱体2上，外端通过平键1与动力源连接，箱体内的部分带有直齿，形成定轴轮系太阳轮，还带有差动轮系的输入花健。箱体内的齿轮传动机构由定轴轮系和动轴轮系构成，定轴轮系由定轴轮系太阳轮(在输入轴4上)、定轴轮系行星轴5、深沟球轴承6、定轴系行星轮7和内齿圈12构成。定轴轮系行星轴5左端与箱体2通过过盈配合，右端通过压板及螺钉相连，实现了深沟球轴承的轴向定位。定轴系行星轮7通过深沟球轴承6支承在定轴系行星轴5上，定轴系行星轮7与内齿圈12啮合。差动轮系由差动轮系太阳轮8、差动轮系行星轴9、差动轮系行星轮10、深沟球轴承11和内齿圈12构成。差动轮系太阳轮8通过输入渐开线花键与输入轴4相连，同时通过V型顶15和太阳轮定位块16的锥面接触关系，实现了差动轮系太阳轮8的径向浮动和轴向定位，降低了差动轮系行星轮9的载荷不均匀性和差动轮系的振动噪声。差动轮系行星轮10通过两个深沟球轴承11支承在差动轮系行星轴9上，差动轮系行星轴9与深沟球轴承11相连，右端通过螺钉固定在输出行星架14上，输出空心轴13通过螺栓与内齿轮圈12连接，并通过深沟球轴承19支撑在箱盖20上。双列深沟球轴承18和深沟球轴承19实现了输出行星架14和输出空心轴14的径向和轴向定位。输出行星架14上的双列深沟球轴承18使差动轮系行星轮10具有一定摆动幅度，实现差动轮系的均载。

本装置通过平键1将动力源的运动和转矩传递给输入轴4，其中一部分功率经定轴轮系行星轮7传递给内齿圈12，另一部分功率经输入花键传递给差动轮系太阳轮8。差动轮系太阳轮8带动差动轮系行星轮9作行星运动，差动轮系行星轮9驱动输出行星架14和内齿圈12作旋向相反的周转运动。差动轮系的部分功率通过输出行星架14驱动负载，差动轮系的部分功率流和来自定轴轮系的功率流在内齿圈合成，通过输出空心轴13驱动另一负载。

本装置中，太阳轮定位块16与差动轮系太阳轮8通过螺栓连接，与输出行星架14通过密封圈17相连。安装在透盖21上的密封圈23、输出空心轴13内孔上的密封圈22起密封作用，将本齿轮传动机构与外负载分隔开，同时输入轴上带密封轴承将本齿轮传动机构与动力源分隔开，实现了将齿轮机构的润滑油密封在本设计机构内，外面介质也不能进入本设计机构。

通过对原理图2上的定轴轮系太阳轮齿数Z₁、行星轮齿数Z₂、内齿圈齿数Z₃和差动轮系太阳轮齿数Z₅、行星轮齿数Z₄的匹配设计，就可实现输出转速ω₂和ω₃数值上相等、旋相反，输出转速ω₂与输入转速ω₁的方向相同，输出转速ω₃与输入转速ω₁的方向相反，同时输出转矩T₂和T₃相等。

根据确定的齿轮机构的齿数分配关系和分流转矩关系，定轴轮系采用两个行星轮，差动轮系采用三个行星轮。定轴轮系和差动轮系的齿轮为直齿轮，并采用相同的模数，降低了制造成本。

Claims (4)

1、同轴对转高速行星齿轮传动装置，包括箱体和置于箱体内的输入轴、齿轮传动机构和输出轴，其特征在于：

输入轴通过轴承支承在箱体上，输入轴外端通过平键与动力源连接，箱体内的部分带有直齿，形成定轴轮系太阳轮，输入轴还带有差动轮系的输入花健；

齿轮传动机构由定轴轮系和动轴轮系构成，定轴轮系由定轴轮系太阳轮、定轴轮系行星轴、深沟球轴承、定轴系行星轮和内齿圈构成；定轴系行星轴支承在箱体上，定轴系行星轮通过深沟球轴承支承在定轴系行星轴上，定轴系行星轮与内齿圈啮合；

差动轮系由差动轮系太阳轮、差动轮系行星轴、差动轮系行星轮、深沟球轴承和所述内齿圈构成；差动轮系太阳轮通过花键与输入轴相联，差动轮系行星轮通过两个深沟球轴承支承在差动轮系行星轴上，差动轮系行星轴通过螺栓与输出行星架连接，输出空心轴通过螺栓与所述内齿轮圈连接，并通过轴承支撑在箱盖上。

2、根据权利要求1所述的同轴对转高速行星齿轮传动装置，其特征在于：输出行星架外圈上安装有密封圈，支承输入轴的轴承是带密封的球轴承。

3、根据权利要求1所述的同轴对转高速行星齿轮传动装置，其特征在于：输出空心轴通过双列深沟球轴承和深沟球轴承支承，深沟球轴承装在箱盖孔上。

4、根据权利要求1所述的同轴对转高速行星齿轮传动装置，其特征在于：定轴系行星轴通过过盈配合支承在箱体上，定轴系行星轮通过深沟球轴承支承在定轴系行星轴上。

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