CN102606682A - 用于冲压空气涡轮机的螺旋锥齿轮组 - Google Patents

用于冲压空气涡轮机的螺旋锥齿轮组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于冲压空气涡轮机的螺旋锥齿轮组。一种冲压空气涡轮机（RAT）组件包括齿轮箱，其支撑具有驱动小齿轮的环形齿轮的齿轮组。所述齿轮组用于从涡轮机到发电机、泵或其他动力转换设备的动力传输。涡轮机轴支撑所述环形齿轮，并且绕着横向于所述涡轮机轴的轴线旋转的小齿轮轴支撑所述小齿轮。在齿轮组的齿面宽与径节距之间的比例是在期望的比例内，其在实现在RAT的物理约束和期望性能要求内操作的同时，提供用于支撑轴承组件的足够空间。

Description

用于冲压空气涡轮机的螺旋锥齿轮组
技术领域
本发明总体上涉及一种冲压空气涡轮机组件。更具体地，本发明涉及一种冲压空气涡轮机组件的齿轮箱，用于从涡轮机传输扭矩到发电机或泵。
背景技术
冲压空气涡轮机（RAT）可以用来在不能获得足够的主要动力生成时产生动力。RAT包括展开在沿着航空器的气流中的涡轮机。涡轮机的旋转驱动发电机或液压泵。发电机或泵可以安装在RAT的枢转点上，该枢转点与展开在气流中的涡轮机有一定距离。因而，包括齿轮箱的驱动装置被用来从涡轮机传输动力到发电机或泵。驱动装置包括齿轮箱，其提供期望的速度和方向用于驱动发电机或泵。在RAT的期望尺寸、重量和动力生成方面的限制约束着齿轮、轴、及其他驱动部件。
发明内容
公开的实例冲压空气涡轮机（RAT）组件包括支撑齿轮组的齿轮箱，齿轮组具有驱动小齿轮的环形齿轮。所述齿轮箱提供从涡轮机到发电机、泵或其他动力转换设备的动力传输。涡轮机轴支撑所述环形齿轮，并且绕着横向于所述涡轮机轴的轴线旋转的小齿轮轴由所述小齿轮驱动。前轴承和后轴承设置在小齿轮的相对侧上以支撑旋转。前轴承设置在齿轮组的节锥顶与小齿轮齿轮冠之间的距离内。并且，公开的例示实施例包括齿轮组的齿面宽，其根据期望的比例与径节距相关。
根据下面说明书和附图，可以很好地理解本发明的这些和其他特征，下面是简要描述。
附图说明
图1为实例冲压空气涡轮机组件的示意图。
图2为用于冲压空气涡轮机组件的实例齿轮箱的剖视图。
图3为用于冲压空气涡轮机组件的实例齿轮组的示意图。
图4为用于冲压空气涡轮机组件的实例齿轮组的另一个视图。
图5A为用于冲压空气涡轮机组件的实例齿轮组的实例小齿轮的剖视图。
图5B为实例小齿轮的正视图。
图6A为用于冲压空气涡轮机组件的实例齿轮组的实例环形齿轮的剖视图。
图6B为实例环形齿轮的正视图。
具体实施方式
参考图1，大体上示出冲压空气涡轮机（RAT）组件10，并且其可以在航空器12内的收缩位置与如图所示的展开位置之间移动。RAT 10包括涡轮机16，其具有响应于气流而旋转的叶片14。涡轮机16悬吊在支杆18上，支杆18在展开和收缩位置之间移动。支杆18支撑齿轮箱20，其传输来自涡轮机16的动力到在发电机壳体24内的发电机22。支杆18附接到发电机壳体24，发电机22支撑在该壳体内。如认识到的，实例冲压空气涡轮机组件10包括发电机22；然而，RAT 10还可以使用来驱动液压泵或其他发电机或转换设备。
参考图2，齿轮箱20支撑齿轮组54（在图3和4中最佳示出），其包括小齿轮36和环形齿轮34。齿轮箱20包括涡轮机轴26，其绕着第一轴线28旋转并且由轴承组件30和32支撑。涡轮机轴26支撑与小齿轮36啮合的环形齿轮34。小齿轮36支撑在齿轮箱20内用于绕着横向于涡轮机轴26的轴线40驱动小齿轮轴38。小齿轮36由前轴承组件42和后轴承组件44支撑。小齿轮轴38啮合到小齿轮36并且延伸通过支杆18到发电机22。在这个实例中，小齿轮34包括用于装配和绕着轴线40旋转的一体轴部35。在本发明的预期内，小齿轮34可以装配到单独的轴。
环形齿轮34和小齿轮36是螺旋锥齿轮，其啮合来提供从涡轮机轴26到小齿轮轴并且最终到实例发电机22的期望动力传输。确定在环形齿轮34和小齿轮36每个上的齿数以提供小齿轮轴38响应于涡轮机轴26的输入而驱动发电机22的期望速度。
在环形齿轮34和小齿轮36之间的接合从涡轮机16传输扭矩到设置在RAT 10的枢转点的发电机22。在环形齿轮34和小齿轮36之间的啮合接合构造来承受在操作期间产生的变化扭矩载荷。
在操作期间传输的扭矩将变化并且产生称为扭矩波动的情况。扭矩波动是RAT 10从涡轮机16直到发电机22的传动系的结构固有频率的函数。实例齿轮组54包括适应期望扭矩波动和任何额外加载的特征。并且，在部件生产和装配中的变化量会导致在环形齿轮34和小齿轮36之间的某些相对移动。此外，在与必需部件间隙相关的温度和操作载荷中的变化量也会导致相对移动。这些移动和变化量在配合环形齿轮34和小齿轮36的设计中要被考虑。
前轴承42和后轴承44设置在小齿轮36的相对侧上以支撑绕着轴线40的旋转。前轴承42设置在小齿轮齿轮冠48与齿轮组54的节锥顶52之间的距离46内。并且前轴承42设置在环形齿轮冠50与节锥顶52之间的距离56内。齿轮组54的节锥顶52是其中涡轮机轴轴线28和小齿轮轴轴线40交叉的点。
在参考图2之后继续参考图3、4、5A、5B、6A和6B，环形齿轮34和小齿轮36每个包括共同齿面宽60。齿面宽60是沿着环形齿轮34和小齿轮36每个的齿轮齿的节锥的长度。径节距是在齿轮上的齿数与齿轮34、36中每个的节径之间的比例。在公开的实例中，小齿轮节径表示在76处（图5）并且环形齿轮34的节径表示在78处（图6）。
在一个例示实施例中，在环形齿轮34的齿轮齿82的数量相对于小齿轮36上的齿轮齿80的数量之间的比例大约为2。在一个例示尺寸实施例中，小齿轮36包括23个齿80并且环形齿轮34包括50个齿82。
在这个例示实施例中，小齿轮36和环形齿轮34两者的齿面宽60根据在11.48到11.85之间范围内的比例与径节距相关。这个比例提供在相应齿轮齿80、82之间的期望啮合接合，同时仍然提供用于前轴承组件42的间隙。如认识到的，根据应用的具体要求给定的涡轮机输入、输出要求、以及驱动发电机、泵或其他发电设备的动力要求来确定具体的齿数比。
在参考图2后继续参考图3和4，小齿轮36和环形齿轮34彼此相关地示出，为了简明没有显示出轴26和38。环形齿轮34绕着轴线28沿着由箭头58指示的方向旋转。环形齿轮34和小齿轮36每个装配为离顶点52一定距离。在这个实例中，环形齿轮34的前装配表面66装配为离顶点52距离62。小齿轮36的止动表面68装配为离顶点52距离64。在这个非限制性实施例中，装配距离64与装配距离62之间的比例为大约1.65。装配距离是在小齿轮和环形齿轮每个的齿之间所需要的啮合接合的函数。
此外，装配距离也是在小齿轮轴38和涡轮机轴26之间的角度关系的函数。小齿轮轴38以相对于涡轮机轴26的轴线28成角度70地绕着轴线40旋转。在这个实例中，角度70是在70°到73°之间。在另一个公开的非限制性尺寸实例中，角度70大约为71度。然而。符合应用具体要求所需要的其他角度也在本发明的预期内。
参考图5A、5B、6A和6B，示出小齿轮36和环形齿轮34每个的剖视图和正视图。小齿轮36和环形齿轮36每个包括在齿轮冠和节锥顶52之间与旋转轴线平行的长度。在这个实例中，小齿轮36包括在冠和节锥顶52之间与旋转轴线平行的长度45，并且环形齿轮34包括在冠和节锥顶52之间与旋转轴线平行的长度56。在一个非限制性例示实施例中，在节锥顶52和小齿轮齿轮冠之间的长度45与在环形齿轮冠50和节锥顶52之间的距离55之间的比例是在1.34到1.60之间的范围内。
小齿轮36和环形齿轮34每个包括螺旋角84。螺旋角84是相应齿轮齿80、82相对于节锥的角度。螺旋角84构造来提供期望的动力和扭矩传输。螺旋角84对于小齿轮36和环形齿轮34两者是相同的。在这个实例中，螺旋角84根据在0.377到0.498之间范围内的比例与轴角度70相关（如图3最佳所示）。在一个非限制性尺寸实施例中，例示螺旋角84是31°，并且例示轴角度70是71.25°。
齿轮组54进一步根据小齿轮36的节径76和环形齿轮34的节径78之间的比例来描述。在一个非限制性实施例中，小齿轮36的节径76与环形齿轮34的节径78之间的比例在0.41到0.50之间的范围内。节径76、78的这个比例提供适应于齿轮箱20的尺寸约束的期望构造，同时仍然提供期望的扭矩传输和其他性能要求。
在参考图3和4后回头继续参考图2，将齿轮组54安装在RAT 10内的方法包括将小齿轮36装配在齿轮箱20内以及将环形齿轮34装配到涡轮机轴26的步骤。小齿轮轴38连接到小齿轮36并且随后涡轮机轴28装配在齿轮箱20内以便小齿轮36和环形齿轮34处于啮合接合中。小齿轮36由前轴承组件42支撑，前轴承组件42设置在小齿轮36前面以便前轴承组件42设置在节锥顶52与小齿轮齿轮冠48之间的距离46内。后轴承组件44被安装来进一步在小齿轮36的与前轴承组件42相对的侧面上支撑小齿轮36。
构造例示齿轮组54以便径节距根据期望的比例与环形和小齿轮34、36的齿面宽60相关。在这个例示方法中，径节距和齿面宽60根据在11.48到11.85之间范围内的比例关联。安装例示齿轮组54的方法还包括装配小齿轮36用于绕着轴线40旋转，轴线40设置为与涡轮机轴26的旋转轴线28成在70-73°之间的角度。
公开的用于RAT 10的例示齿轮组54承受扭矩波动以提供延长的齿轮寿命，同时还给其他载荷状态提必要的余量。小齿轮36由前轴承组件42支撑在由公开例示齿轮组54的公开例示齿面宽60和径节距关系提供的位置中。公开的关系用于使期望的齿轮组54在例示RAT 10的物理约束和期望性能要求内操作。
虽然已经公开了例示实施例，但是本领域的技术人员将认识到，某些修改将落入本发明的范围内。由此原因，下面的权利要求应该研究为确定本发明的范围和内容。

Claims (16)

1.一种用于冲压空气涡轮机的齿轮组，所述齿轮组包括：
支撑在由涡轮机驱动的驱动轴上的环形齿轮；
由所述环形齿轮驱动的小齿轮，所述小齿轮驱动小齿轮轴，其中所述环形齿轮和所述小齿轮每个包括径节距和齿面宽，其中所述环形齿轮和所述小齿轮两者的所述径节距和齿面宽之间的比例是在11.48到11.85范围之间。
2.如权利要求1所述的用于冲压空气涡轮机的齿轮组，其中所述环形齿轮和所述小齿轮每个包括螺旋锥齿轮。
3.如权利要求2所述的用于冲压空气涡轮机的齿轮组，其中在所述环形齿轮和所述小齿轮中每一个上的齿轮齿的螺旋角根据在0.377到0.498范围之间的比例与在所述驱动轴与所述小齿轮轴之间的角度关联。
4.如权利要求1所述的用于冲压空气涡轮机的齿轮组，其中设置在所述环形齿轮上的齿数与在小齿轮上的齿数的比例为大约2。
5.如权利要求1所述的用于冲压空气涡轮机的齿轮组，其中在节锥顶与小齿轮齿轮冠之间的距离和在所述节锥顶与环形齿轮冠之间的距离的比例在1.34到1.60范围之间。
6.如权利要求1所述的用于冲压空气涡轮机的齿轮组，其中所述小齿轮的节径与所述环形齿轮的节径的比例是在0.41到0.50之间。
7.如权利要求1所述的用于冲压空气涡轮机的齿轮组，其中从环形齿轮的前面表面到节锥顶的安装距离与在小齿轮的止动表面之间的安装距离之间的比例为大约1.65。
8.如权利要求1所述的用于冲压空气涡轮机的齿轮组，包括设置在小齿轮前面用于支撑小齿轮旋转的第一轴承组件和设置在小齿轮后面用于支撑小齿轮旋转的第二轴承，其中所述第一轴承组件至少部分地设置在小齿轮齿轮冠和环形齿轮冠的其中一个与齿轮组的节锥顶之间的距离内。
9.一种冲压空气涡轮机组件，包括
驱动驱动轴的涡轮机；
支撑所述驱动轴和小齿轮轴的齿轮箱；
在所述齿轮箱内支撑在所述驱动轴上的环形齿轮；以及
在所述齿轮箱内支撑在所述小齿轮轴上的小齿轮，其中所述环形齿轮和小齿轮的每个包括径节距和齿面宽，其中在所述环形齿轮和所述小齿轮两者的所述径节距和齿面宽之间的比例是在11.48到11.85范围之间。
10.如权利要求9所述的冲压空气涡轮机组件，其中所述环形齿轮和所述小齿轮包括螺旋锥齿轮。
11.如权利要求9所述的冲压空气涡轮机组件，其中设置在所述环形齿轮上的齿数与在小齿轮上的齿数的比例为大约2。
12.如权利要求9所述的冲压空气涡轮机组件，其中在节锥顶与小齿轮齿轮冠之间的平行于所述小齿轮的旋转轴线的长度和在所述节锥顶与环形齿轮冠之间的平行于所述环形齿轮的旋转轴线的长度之间的比例在1.34到1.60范围之间。
13.一种将齿轮组安装在冲压空气涡轮机组件内的方法，包括步骤：
将小齿轮安装在冲压空气涡轮机组件的齿轮箱内，以及
将环形齿轮安装为与在所述齿轮箱内的小齿轮啮合接合，其中所述环形齿轮和小齿轮的每个包括径节距和齿面宽，其中在所述环形齿轮和所述小齿轮两者的所述径节距和齿面宽之间的比例是在11.48到11.85范围之间。
14.如权利要求13所述的将齿轮组安装在冲压空气涡轮机组件内的方法，包括将所述环形齿轮安装到由涡轮机驱动的驱动轴，并且将所述小齿轮支撑在设置在所述小齿轮前面的第一轴承组件和设置在所述小齿轮后面的第二轴承上，其中所述第一轴承组件至少部分地设置在在小齿轮齿轮冠和环形齿轮冠的其中一个与齿轮组的节锥顶之间的距离内。
15.如权利要求14所述的将齿轮组安装在冲压空气涡轮机组件内的方法，包括绕着相对于所述驱动轴的旋转轴线构成在70到73度范围之间的角度的旋转轴线安装所述小齿轮。
16.如权利要求13所述的将齿轮组安装在冲压空气涡轮机组件内的方法，其中所述环形齿轮和所述小齿轮每个包括螺旋锥齿轮。
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