CN101535128A - 带有扭矩分离差动机构的多驱动路径变速器 - Google Patents

带有扭矩分离差动机构的多驱动路径变速器 Download PDF

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Abstract

一种用于旋翼飞行器的变速器包括与输入轴相关联的差动扭矩分离机构。该差动机构包含与所述轴同轴并与所述轴整体旋转的驱动盘；与所述轴同轴并大体相邻于所述驱动盘的第一从动构件；与所述轴同轴并大体相邻于所述驱动盘的第二从动构件。至少有一个销接合所述驱动盘、所述第一从动构件和所述第二从动构件的每个。所述第一从动构件构造成驱动第一传递齿轮，所述第二从动构件构造成驱动第二传递齿轮从而向与旋翼主轴相关联的重载齿轮提供扭矩。

Description

带有扭矩分离差动机构的多驱动路径变速器
技术领域
本发明一般涉及旋翼飞行器领域，尤其涉及用于旋翼飞行器的动力变速器领域。
背景技术
旋翼飞行器的驱动轴或旋翼主轴一般地装配有用于承载旋翼叶片的装置，使得当旋翼主轴旋转时，旋翼叶片能够选择性地产生提升力。在将扭矩传至旋翼主轴的大量公知装置中，通常的结构是将旋翼主轴与单个的大型重载齿轮相关联(或者采用花键将重载齿轮连接至旋翼主轴或者将重载齿轮与旋翼主轴形成一体)以及采用传递齿轮驱动该重载齿轮。尽管这种结构是常用的，但是仍存留大量不尽如人意的设计局限。
更具体地说，虽然通常希望采用高扭矩驱动旋翼主轴，但是能够在足够长的时间段内传递高扭矩的重载齿轮的尺寸和/或重量也许会被证实是一个明显的限制因素。相比于采用其他齿轮的情况来说，设计重载齿轮时主要考虑的因素是齿轮齿部的弯折，这是重载齿轮中通常出现的故障类型。当传递齿轮驱动重载齿轮时，传递齿轮的齿部将力从传递齿轮的齿部表面传递至重载齿轮的齿部的表面。如果仅存在一个驱动该重载齿轮的传递齿轮，那么该重载齿轮的每个齿部都可以说是重载齿轮每转一次就经受一次弯折循环。由于由重载齿轮的每个单独齿部耐受的弯折力是判定重载齿轮的齿部何时将出现齿轮齿部故障的决定因素，所以希望将弯折力尽可能地保持在较低的值。对于齿轮齿部故障的预防是绝对有必要的，因为重载齿轮出现故障可能会导致灾难性的旋翼飞行器事故。
为降低向重载齿轮的齿部所施加的弯折力，在有些方案中已通过使扭矩分离并且采用多传递齿轮将扭矩传递给重载齿轮以驱动重载齿轮。例如，与只使用一个传递齿轮所传的力相比，通过采用两个完全相同的传递齿轮驱动重载齿轮，施加至重载齿轮齿部的名义弯折力一般会减半。这似乎是一个很好的解决方案，但在实践中，施行该解决方案会产生大量问题。首先，必须要指出的是，上述结构中的每条分离驱动路径都具有固有自然频率，因此必须防止变速器在该频率下产生震荡。同时，评价系统动力学的普通技术人员容易认识到，存在与两条独立驱动路径的相互作用相关的其他振动模式和复合自然频率。在变速器操作期间也必须避免在每个其它复合自然频率下产生振荡。
此外，先前已经尝试采用多个输入来驱动重载齿轮，这些尝试不利地导致多驱动路径之间无法产生最优的分布，并且当驱动路径之间产生相位差或者超前/滞后的情况时在两个驱动路径之间产生力的冲突。对于上述两种驱动路径构造，第一传递齿轮与重载齿轮相啮合中出现的任何不一致(无论由碎物还是不一致的齿部磨损等等导致)将会通过第一驱动路径使得力传递回扭矩分离装置并且最终通过第二驱动路径传递至第二传递齿轮。然后，第二传递齿轮将不规则的力传递至重载齿轮的齿部。由于传递至重载齿轮的齿部的不规则力可能很容易达到非常高的值(至少高于在单个传递齿轮结构中正常地传递至重载齿轮的齿部的力)，所以这一力的冲突不符合降低传递至重载齿轮的齿部的力这一目标。
虽然上述扭矩传递机构表明在将扭矩传递至重载齿轮这一领域中出现重大进展，但是仍然存在大量不足之处。
发明内容
存在下述需求，采用允许使用缩小尺寸和/或减轻重量的重载齿轮的方式将扭矩传递至重载齿轮的装置。
因此，本发明的目的是提供一种采用允许使用缩小尺寸和/或减轻重量的重载齿轮的方式来将扭矩传递至重载齿轮的装置。
这一目的通过提供具有将扭矩传递至重载齿轮的多条驱动路径的变速器和将扭矩分离并传递入多条驱动路径的差动装置来实现的。
一种用于旋翼飞行器的变速器包括与输入轴相关联的差动扭矩分离机构。该差动机构包含与所述轴同轴并与所述轴整体旋转的驱动盘；与所述轴同轴并大体相邻于所述驱动盘的第一从动构件；与所述轴同轴并大体相邻于所述驱动盘的第二从动构件。至少有一个销接合所述驱动盘、所述第一从动构件和所述第二从动构件的每个。所述第一从动构件构造成驱动第一传递齿轮，所述第二从动构件构造成驱动第二传递齿轮从而向与旋翼主轴相关联的重载齿轮提供扭矩。
本发明具有下列明显优势，包括：(1)提供一种成本低重量轻的装置，以降低作用在重载齿轮的齿部上的齿轮齿部弯折力；(2)减小重载齿轮的重量和/或缩小其尺寸；及(3)向单个重载齿轮提供多重输入，同时避免多条力路径中的力冲突并允许在多输入齿轮之间存在相位差和/或超前/滞后。
其他的目标、特点和优势将在随后的书面说明书中清楚地说明。
附图说明
在随后所附的权利要求书中阐述了被认为是本发明的特性的新颖特征。然而，可以通过参照随后的详细说明并且结合附图最佳地理解本发明的优选使用方式以及其他目的和优势：
图1是具有本发明的变速器的斜旋翼飞行器的倾斜视图；
图2是根据本发明优选实施例的变速器的倾斜视图；
图3是图2的变速器的侧视图；
图4是图2的变速器的一部分的侧视图；
图5是图2的变速器的侧视图；
图6是图2的变速器的倾斜局部分解视图；
图7是图2的变速器的一部分的放大倾斜局部分解视图；
图8是根据本发明的变速器的备选实施例的倾斜视图；
图9是根据本发明的变速器的备选实施例的倾斜视图；
图10是根据本发明的变速器的备选实施例的倾斜视图；
图11是根据本发明的变速器的备选实施例的倾斜视图；及
图12是根据本发明的变速器的备选实施例的倾斜视图。
具体实施方式
本发明示出下述发现，即可有利地使用扭矩分离差动机构，从而通过多条驱动路径将扭矩传递至重载齿轮。虽然使用本发明的斜旋翼飞行器进行具体的参照，但是本发明的变速器也可替代性地在任何适当类型的应用中传递扭矩。
图1描述了使用本发明的变速器的斜旋翼飞行器。图1示出采用直升飞机的飞行操作模式的斜旋翼飞行器101。飞行器101包含带有所附接机翼105的机身103。吊舱107承载于机翼105的外侧端并且可在所示的直升飞机模式位置与面向前的飞机模式位置(未示出)之间旋转。吊舱107承载发动机和变速器109从而为旋翼系统111产生旋转提供动力。应当理解的是，发动机可以是内燃机、电力源和相关联的马达，或者任何其它能够向旋翼系统111提供动力的适当装置。每个旋翼系统111如图所示具有三个叶片113。旋转盖115和吊舱107基本上遮盖住变速器109，因而在图1中无法看到变速器109。
现在参照附图中的图2至图5，示出根据本发明的变速器。变速器109一般包含输入轴117、扭矩分离差动机构119(下文称为差动器119)、下驱动齿轮121、上驱动齿轮123、带有输入齿轮127和输出齿轮129的中间轴125、带有输入齿轮133和输出齿轮135的中间轴131以及可以附接至旋翼主轴139或与其形成整体的重载齿轮137。齿轮127、129、133和135也可形成为它们的关联轴125和131的组成部件，或者齿轮127、129、133和135可形成为分离的部件并且固定至轴125和131。轴117和齿轮121、123围绕轴线140旋转，轴125和齿轮127、129围绕轴线141旋转，轴131和齿轮133、135围绕轴线142旋转，重载齿轮137和所附接的旋翼主轴139围绕轴线143旋转。齿轮121、123、127、129、133、135和137如图所示采用直齿齿轮，但是也可以使用其它类型的齿轮，如斜齿齿轮。虽然轴140、141、142和143如图所示为平行的，但是使用其它类型的齿轮121、123、127、129、133、135和137也可允许轴140、141、142和143中的一个或多个彼此相对地呈一角度。每个齿轮121、123、127、129、133、135、137和轴117、125及131优选地采用金属制造，但是也可选择性地采用任何其它合适的材料或材料的组合制造。
在操作中，直接地通过发动机(未示出)或将发动机连接至变速器109的驱动系(未示出)来驱动轴117围绕轴线140旋转。变速器109构造成提供两条路径从而将扭矩从输入轴117传递至重载齿轮137。扭矩从轴117传递至差动器119(详述如下)，这样可将扭矩分离并且将扭矩分量传递至下驱动齿轮121和上驱动齿轮123。第一扭矩路径将扭矩从驱动齿轮121传递至轴125上的输入齿轮127，然后通过轴125进入输出齿轮129，该齿轮再将扭矩传递至重载齿轮137。第二扭矩路径将扭矩从驱动齿轮123传递至轴131上的输入齿轮133，然后通过轴131进入输出齿轮135，该齿轮再将扭矩传递至重载齿轮137。因此，变速器109具有“2合1”的结构，在此结构中，一个输入轴117驱动两个输出齿轮129和135。
现在请参阅附图中的图6和图7，根据本发明的变速器以差动器119的局部分解图示出。差动器119包含中心驱动盘144，适于与轴117整体地围绕轴线140旋转。驱动盘144优选地与轴117形成整体，然而，盘144也可选择性地采用花键连接或附接至轴117。差动器119还包括两个从动盘145和146，其通过使用三插头销147而与中心驱动盘144相配合。三插头销147允许在从动盘145和146之间围绕轴线140进行相对旋转。从动盘145和146构造成围绕轴线140分别地使驱动齿轮121和123旋转。
每个三插头销147都具有三个插头：中心圆柱体插头149和两个球形插头151(清楚起见，其中的一些没有标出)。每个中心圆柱体插头149与中心驱动盘144相关联，每个球形插头151与从动盘145和146其中的一个相关联。圆柱体插头149布置成与轴线152同轴，基本上垂直于轴线140。三插头销147优选地定向成使得每个轴线152从轴线140起大体沿径向地延伸。这一结构有利于使得三插头销147沿轴线152移动并且围绕轴线152旋转。中心驱动盘144和从动盘145、146的每个包括适当尺寸和形状的插孔153，以容纳使三插头销147的插头149和151，如上所述。其它必要的轴承、轴向预载荷装置、轴衬和/或接口部件按照需要被结合入差动器119，这种组合对于本领域技术人员来说是公知的，在本发明的教导下，这些额外的部件可应用于当前的实施例。
尽管三插头销147被描述为包含有一个中心圆柱体销149和两个端部球形插头151，但是应当理解的是，在本发明的备选实施例中，即使采用球形插头151替换中心圆柱体插头149，仍然能够保持销147的三插头的操作。在本发明的范围中还可以包括具有三插头销的实施例，所述三插头销具有三个圆柱体插头149，而不包含球形插头151。
在本发明的另一备选实施例(未示出)中，可调整扭矩分离差动机构119而将不相等的扭矩输出提供至从动盘145和146。可通过在从动盘145、146与中心驱动盘144的每个之间设置不相等的距离来实现不相等的扭矩分离。例如，如果中心驱动盘144和从动盘145之间的距离等于中心驱动盘144和从动盘146之间的距离的二倍，差动器119将向从动盘145传递更多的扭矩。因此，与输出齿轮135相比，输出齿轮129最终将向重载齿轮137传递更多的扭矩。在每个驱动路径中连接的差动器的数量可以是偶数或奇数，不等数量的扭矩在驱动路径中分离，导致穿过驱动路径的不等扭矩的应用。
除了所示实施例采用只有一个的扭矩分离差动器，可使用多于一个的扭矩分离差动器来形成额外的扭矩路径，从一个或多个的扭矩输入输送至一个或多个重载齿轮。图8至图12示出许多输入和输出的各种不同组合的实例。
图8示出根据本发明的变速器154，如上所述，变速器采用类似于变速器109的方式构造。变速器154具有“2合4”的结构，其特征是具有两个扭矩输入轴117和两对输出齿轮129和135，输入轴117其中的一个驱动每对输出齿轮129和135。齿轮129和135啮合重载齿轮137，从而使得旋翼主轴139产生旋转。
图9示出根据本发明的变速器155，其中，扭矩从输入轴157传递至旋翼主轴159。这一结构提供“1合2”的扭矩路径，其特征是啮合旋翼主轴159的两个输出齿轮和单独一个的输入齿轮。旋翼主轴159具有两个组合重载齿轮161和163，围绕轴线165旋转。输入轴157围绕轴线167旋转并驱动差动器169，如上所述，该差动器的构造类似于差动器119。差动器169的每侧都与输出齿轮171和173连接，其又啮合重载齿轮161和163其中的一个，将扭矩传递至重载齿轮161和163以使旋翼主轴159旋转。
如图10所示的变速器175使用与变速器155相同的部件和扭矩路径，以实现“2合4”的结构。变速器175包含一对输入轴157，每个输入轴157采用差动器169驱动一对输出齿轮171和173。两个输出齿轮171啮合重载齿轮161，两个输出齿轮173啮合重载齿轮163。
图11示出变速器177，作为根据本发明的另一备选实施例。变速器177具有“1合4”的结构，将扭矩从输入轴179传递至旋翼主轴181。旋翼主轴181具有整体重载齿轮183，围绕轴线185旋转。输入轴179围绕轴线187旋转并驱动差动器189，其分离来自输入轴179的扭矩。差动器189的两侧的每侧都连接至同轴的差动器191和193(差动器193由虚线示出)，从而再次分离扭矩。差动器191位于驱动齿轮195和197之间，差动器191的两侧的每侧都驱动齿轮195和197其中的一个。差动器193位于驱动齿轮199和201之间，差动器193的两侧的每侧都驱动齿轮199和201其中的一个。驱动齿轮195围绕轴线207驱动中间齿轮203和所附接的输出齿轮205，输出齿轮205啮合重载齿轮183，以将扭矩传递至重载齿轮183。类似地，驱动齿轮197围绕轴线213驱动中间齿轮209和所附接的输出齿轮211，驱动齿轮199围绕轴线219驱动中间齿轮215和所附接的输出齿轮217，驱动齿轮201围绕轴线225驱动中间齿轮221和所附接的输出齿轮223。输出齿轮205、211、217和223也啮合重载齿轮183，以将扭矩传递至重载齿轮183。
如图12所示的变速器227使用与变速器177相同的部件和扭矩路径，提供“2合8”的结构，以将扭矩从两个输入轴179传递至重载齿轮183。每个输入轴179通过扭矩分离差动布置驱动四个输出齿轮205、211、217和223，其中，差动器189使来自输入轴179的扭矩分离，然后，来自于差动器189的输出由差动器191和193分离。
应当清楚的是，已经描述并且示出具有明显优势的发明。尽管已经采用多种形式示出本发明，但这不仅仅局限于这些形式，本发明也可在不脱离本发明的精髓的情况下作出各种改变和改进。例如，所示的实施例具有选定的变速比，但是在每个实施例的一个或多个齿轮组中使用其它齿轮传动比。

Claims (16)

1、一种用于旋翼飞行器的变速器，该变速器包括：
至少一个差动扭矩分离机构，适于与一轴围绕轴的纵向旋转轴线相交互，每个差动扭矩分离机构包含：
驱动盘，与所述轴的旋转轴线同轴并适于与所述轴整体旋转；
第一从动构件，与所述轴的轴线同轴并大体相邻于所述驱动盘；
第二从动构件，与所述轴的轴线同轴并大体相邻于所述驱动盘，及
至少有一个销，每个销枢转地接合所述驱动盘、所述第一从动构件和所述第二从动构件的每个，其中，所述第一从动构件构造成驱动至少一个第一传递齿轮，所述第二从动构件构造成驱动至少一个第二传递齿轮；
其中，每个第一传递齿轮和每个第二传递齿轮向与旋翼主轴相关联的重载齿轮提供扭矩。
2、如权利要求1所述变速器，至少一个所述销还包括：
相对端部球形插头；及
具有中心圆柱体插头轴线的中心圆柱体插头；
其中，所述中心圆柱体插头枢转地接合所述驱动盘；
其中，所述中心圆柱体插头轴线基本上径向于所述轴的轴线；及
其中，所述至少一个销构造成沿着所述中心圆柱体插头轴线移动。
3、如权利要求1所述的变速器，至少一个所述销还包括：
至少一个细长的插头，其中所述细长插头的纵向轴线大体径向于所述轴的轴线设置。
4、如权利要求1所述的变速器，至少一个所述销还包括：
三个球形插头。
5、如权利要求1所述的变速器，其中，所述第一从动构件与所述驱动盘之间的距离不等于所述第二从动构件与所述驱动盘之间的距离，使得在与所述第一从动构件相关联的第一驱动路径和与所述第二从动构件相关联的第二驱动路径之间不均等地分布扭矩。
6、一种变速器，包括：
至少一个差动机构，每个差动机构包括：
驱动盘，适于与输入轴整体旋转；
第一从动构件，所述第一从动构件的至少一部分位于所述从动盘的第一侧上；
第二从动构件，所述第二从动构件的至少一部分位于所述从动盘的第二侧上；以及
至少一个连杆，将所述第一从动构件和所述第二从动构件连接至所述驱动盘，使得所述驱动盘驱动所述从动构件与所述驱动盘进行旋转，其中，所述第一和第二从动构件彼此相对地围绕所述轴的轴线并且相对于所述驱动盘自由地旋转一限定的量；
其中，每个第一从动构件构造成驱动至少一个第一传递齿轮，每个第二传递构件构造成驱动至少一个第二传递齿轮。
7、如权利要求6所述的变速器，所述变速器还包括：
第一驱动路径部分；以及
第二驱动路径部分；
其中，所述第一从动构件附接至所述第一驱动路径部分，所述第二从动构件附接至所述第二驱动路径部分。
8、如权利要求6所述的变速器，所述至少一个连杆包括：
相对端部插头；以及
中心插头；
其中，所述中心插头枢转地接合所述驱动盘，以及
其中，每个所述端部插头枢转地啮合所述从动构件其中的一个。
9、如权利要求8所述的变速器，其中，每个所述相对端部插头都采用球形插头。
10、如权利要求8所述的变速器，其中，每个相对端部插头都采用球形插头，其中，所述中心插头是具有中心圆柱体插头轴线的大体圆柱体插头，所述中心圆柱体插头的轴线与所述轴大体上呈径向，其中，所述至少一个连杆构造成沿着所述中心圆柱体插头轴线移动。
11.如权利要求6所述的变速器，其中，所述连杆包括至少一个细长插头，并且其中所述细长插头的纵向轴线相对于所述轴大体径向地设置。
12.一种具有变速器的旋翼飞行器，该变速器包括：
适于与一轴围绕轴的纵向旋转轴线相交互的差动扭矩分离机构，所述差动扭矩分离机构包括：
驱动盘，与所述轴的旋转轴线同轴并适于与所述轴整体旋转；
第一从动构件，与所述轴的轴线同轴并相邻于所述驱动盘；
第二从动构件，与所述轴的轴线同轴并相邻于所述驱动盘，及
三接头销，每个三接头销具有三个接头连接件，每个接头连接件枢转地接合所述驱动盘、所述第一从动部件或所述第二从动部件；
其中，所述第一从动构件构造成驱动第一传递齿轮围绕所述轴的轴线旋转，所述第二从动构件构造成驱动第二传递齿轮围绕所述轴的轴线旋转；
其中，所述第一传递齿轮和所述第二传递齿轮向与旋翼主轴相关联的重载齿轮提供扭矩。
13、如权利要求12所述的旋翼飞行器，至少一个所述三接头销还包括：
相对端部球形插头；及
具有中心圆柱体插头轴线的中心圆柱体插头；
其中，所述中心圆柱体插头枢转地接合所述驱动盘；
其中，所述中心圆柱体插头轴线基本上径向于所述轴的轴线；及
其中，所述至少一个三接头销构造成沿着所述中心圆柱体插头轴线移动。
14、如权利要求12所述的旋翼飞行器，至少一个所述三接头销还包括：
至少一个细长插头，其中，所述细长接头的纵向轴线大体径向于所述轴的轴线设置。
15、如权利要求12所述的旋翼飞行器，至少一个所述三接头销还包括：
三个球形插头。
16、如权利要求12所述的旋翼飞行器，其中，所述第一从动构件与所述驱动盘之间的距离不等于所述第二从动构件和与所述驱动盘之间的距离，使得在与所述第一从动构件相关联的第一驱动路径和与所述第二从动构件相关联的第二驱动路径之间不均等地分布扭矩。
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