CN102730193B - 直升机动力系统及使用此系统的直升机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械传动领域，具体涉及一种直升机动力系统及使用此系统的直升机。该系统包括箱体，箱体内设有动力机构、离合器、减速齿轮组、转向齿轮组、输出轴和润滑机构；箱体的顶部设有输出轴伸出孔，输出轴由所述输出轴伸出孔穿出箱体；所述动力机构、减速齿轮组、转向齿轮组和输出轴依次连接；离合器与减速齿轮组配合；润滑机构包括油泵和油道；油泵位于所述箱体的下部，且油泵的输出端与油道连接；油道分别设有对应动力机构、减速齿轮组、转向齿轮组以及输出轴伸出孔的出油口。该系统通过将动力机构、离合器和减速齿轮组共同设置在同一个箱体内，并且只设一套润滑机构，结构简单，便于维修；使用此系统的直升机可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动领域，具体涉及一种直升机动力系统及使用此系统的直升机。
背景技术
现有直升机所使用的发动机，其输出转速一般都远高于旋翼的额定转速，而且输出扭矩较小。旋翼的转动需要低转速、大扭矩，因此必须利用减速装置将发动机输出的高转速、小扭矩转变为低转速、大扭矩。而且在直升机运行过程中需要能控制发动机和输出轴之间的动力传递过程。由于发动机自身不具备减速功能和控制动力传递过程的功能，因此直升机的动力系统除了包括发动机外还需包括减速装置和具备将动力传递至输出轴的过程进行控制的离合装置。
由于发动机、减速装置和离合装置为相互独立的设备，因此需要通过安装节点使其连接在一起；并且独立的发动机、减速装置和离合装置还需分别配备润滑机构，增加了零件数目和机体安装节点，使结构复杂化。进而降低直升机的可靠性。
发明内容
本发明提供了一种直升机动力系统；
本发明还提供了一种使用此系统的直升机。
本发明所提供的直升机动力系统能够同时具备发动机、减速装置和离合装置的功能，且只有一套润滑机构，结构简单；使用此系统的直升机可靠性高。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的，直升机动力系统，包括箱体，所述箱体内设有动力机构、用于将动力机构的转动传递至输出轴的过程进行控制的离合器、用于将动力机构的高转速转换成低转速的减速齿轮组、用于改变转动方向的转向齿轮组、输出轴和润滑机构；
所述箱体的顶部设有输出轴伸出孔，所述输出轴由所述输出轴伸出孔穿出所述箱体；所述动力机构、减速齿轮组、转向齿轮组和输出轴依次连接；所述离合器与所述减速齿轮组配合；
所述润滑机构包括油泵和油道；所述油泵位于所述箱体的下部，且所述油泵的输出端与所述油道连接；所述油道分别设有对应所述动力机构、所述减速齿轮组、所述转向齿轮组以及所述输出轴伸出孔的出油口。
进一步地，前述的直升机动力系统中，
所述减速齿轮组包括与所述动力机构连接的小齿轮、与所述离合器的输入轴连接的大齿轮、与所述离合器的输出轴连接的小齿轮以及所述转向齿轮组连接的大齿轮；
所述离合器的输入轴连接的所述大齿轮，其与所述动力机构连接的所述小齿轮啮合；所述离合器的输出轴连接的所述小齿轮，其与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮啮合。
进一步地，前述的直升机动力系统中，
所述减速齿轮组包括与所述动力机构连接的小齿轮、与所述离合器的输入轴连接的大齿轮、与所述离合器的输出轴连接的小齿轮、所述转向齿轮组连接的大齿轮以及多个与箱体转动连接的转轴；
所述离合器的输入轴连接的所述大齿轮，其与所述动力机构连接的所述小齿轮啮合；
多个所述转轴并排设置；每个所述转轴的两端分别连接有一个大齿轮和一个小齿轮；相邻两个所述转轴上的大齿轮与小齿轮位置相反；位于两侧的所述转轴中，其中一侧所述转轴上的所述大齿轮和与所述离合器的输出轴连接的所述小齿轮啮合；另一侧的所述转轴上的所述小齿轮和与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮啮合；位于中间的所述转轴，其上的所述大齿轮与位于所述转轴一侧的所述小齿轮配合，其上的所述小齿轮与位于所述转轴另一侧的所述大齿轮配合；且所述大齿轮与所述小齿轮为一对一啮合。
进一步地，前述的直升机动力系统中，所述动力机构包括相互连接的活塞和曲轴；所述曲轴与所述箱体转动连接；所述箱体的顶部设有活塞腔；所述活塞设置在所述活塞腔内；所述减速齿轮组中包括的与所述动力机构连接的所述小齿轮与所述动力机构中的所述曲轴同轴连接。
5.如权利要求2或3所述的直升机动力系统，其特征在于：所述转向齿轮组包括两个轴向不平行并且相互啮合的转向齿轮；所述减速齿轮组中包括的与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮与所述转向齿轮组中的一个转向齿轮同轴连接，且与所述箱体转动连接；所述转向齿轮组中的另一个转向齿轮与输出轴同轴连接。
进一步地，前述的直升机动力系统中，所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处。
进一步地，前述的直升机动力系统中，所述油道对应所述动力机构的出油口位于所述活塞腔的侧壁上；所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处。
进一步地，前述的直升机动力系统中，所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处；所述油道对应所述转向齿轮组的出油口位于所述转向齿轮组中的两个相互啮合的转向齿轮的啮合处。
进一步地，前述的直升机动力系统中，还包括冷却机构；所述活塞腔的外部设有进液口和出液口，所述活塞腔的腔壁内部设有流道，所述进液口和出液口均与所述流道连通；
所述冷却机构包括散热器和输送泵；所述输送泵设置在所述箱体的内部或外部；所述散热器均设于所述箱体的外部；所述散热器与进液口之间、所述出液口与所述输送泵之间以及所述输送泵与所述散热器之间均通过冷却液管连接。
直升机，包括前述任意一种直升机动力系统。
与现有技术相比，本发明所述的直升机动力系统通过将动力机构、离合器和减速齿轮组共同设置在同一个箱体内，各个部分之间直接配合，并且只需设有一套润滑机构便可对整个系统的进行润滑，结构简单，便于维修；使用此系统的直升机可靠性高。
此外，本发明所提供的直升机动力系统及使用此系统的直升机还具有下列技术效果：
（1）由于整套系统的结构更加简单，因此能够减轻整个系统的重量；与装载现有动力系统的直升机相比，使用本系统的直升机空机重量更低，直升机的载重和机动性能更强；
（2）可降低整套系统的体积，在同等输出功率下本系统的体积一般比现有系统的体积节省30%以上，节约出的机内空间可装载更多的人员或物品；
（3）箱体的底部还兼具润滑油收集槽及储存槽的功能，润滑油由各个出油口流出后附着在各个需要润滑的部位上实现润滑功能，润滑过后滴落至箱体的底部，重新汇聚在一起。油泵将重新汇聚的润滑油重新抽至油道，可反复使用，不必设置单独的润滑油储存装置，也使结构大幅简化；
（4）润滑油在润滑的同时还能带走热量，这些热量随润滑油到达箱体的底部，将经过箱体传递至外部，起到了为系统冷却降温的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例所述直升机动力系统的整体结构示意图；
图2为本发明具体实施例所述直升机动力系统的箱体内部的结构示意图；
图3为本发明具体实施例所述冷却机构的结构示意图。
附图标记：1-箱体，2-动力机构，3-离合器，4-减速齿轮组，5-转向齿轮组,6-输出轴，7-润滑机构，8-输出轴伸出孔，9-油泵，10-油道，11-小齿轮，12-大齿轮，13-转轴，14-活塞，15-曲轴，16-活塞腔，17-转向齿轮，18-出油口，19-冷却液管，20-进液口，21-出液口，22-流道，23-散热器，24-输送泵，。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
直升机动力系统，包括箱体，所述箱体内设有动力机构、用于将动力机构的转动传递至输出轴的过程进行控制的离合器、用于将动力机构的高转速转换成低转速的减速齿轮组、用于改变转动方向的转向齿轮组、输出轴和润滑机构；
所述箱体的顶部设有输出轴伸出孔，所述输出轴由所述输出轴伸出孔穿出所述箱体；所述动力机构、减速齿轮组、转向齿轮组和输出轴依次连接；所述离合器与所述减速齿轮组配合；
所述润滑机构包括油泵和油道；所述油泵位于所述箱体的下部，且所述油泵的输出端与油道连接；所述油道分别设有对应所述动力机构、所述减速齿轮组、所述转向齿轮组以及所述输出轴伸出孔的出油口。
这样便将动力机构、离合器和减速齿轮组共同设置在同一个箱体内，各个部分之间可直接配合，并且只需设有一套润滑机构便可对整个系统的进行润滑，结构简单，便于维修，可靠性高。
由于整套系统的结构更加简单，因此能够减轻整个系统的重量；与装载现有动力系统的直升机相比，使用本系统的直升机空机重量更低，直升机的载重和机动性能更强。
此外，箱体的底部还兼具润滑油收集槽及储存槽的功能，润滑油由各个出油口流出后附着在各个需要润滑的部位上实现润滑功能，润滑过后滴落至箱体的底部，重新汇聚在一起。油泵将重新汇聚的润滑油重新抽至油道，可反复使用，不必设置单独的润滑油储存装置，也使结构大幅简化。可以通过在箱体上挖孔形成流道，进一步减轻了整个系统的重量。
润滑油在润滑的同时还能带走热量，这些热量随润滑油到达箱体的底部，将经过箱体传递至外部，起到了为系统冷却降温的效果。
具体实施时，
所述减速齿轮组包括与所述动力机构连接的小齿轮、与所述离合器的输入轴连接的大齿轮、与所述离合器的输出轴连接的小齿轮以及所述转向齿轮组连接的大齿轮；所述离合器的输入轴连接的所述大齿轮，其与所述动力机构连接的所述小齿轮啮合；所述离合器的输出轴连接的所述小齿轮，其与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮啮合。
或者
所述减速齿轮组包括与所述动力机构连接的小齿轮、与所述离合器的输入轴连接的大齿轮、与所述离合器的输出轴连接的小齿轮、所述转向齿轮组连接的大齿轮以及多个与箱体转动连接的转轴；所述离合器的输入轴连接的所述大齿轮，其与所述动力机构连接的所述小齿轮啮合；多个所述转轴并排设置；每个所述转轴的两端分别连接有一个大齿轮和一个小齿轮；相邻两个所述转轴上的大齿轮与小齿轮位置相反；位于两侧的所述转轴中，其中一侧所述转轴上的所述大齿轮和与所述离合器的输出轴连接的所述小齿轮啮合；另一侧的所述转轴上的所述小齿轮和与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮啮合；位于中间的所述转轴，其上的所述大齿轮与位于所述转轴一侧的所述小齿轮配合，其上的所述小齿轮与位于所述转轴另一侧的所述大齿轮配合；且所述大齿轮与所述小齿轮为一对一啮合。
以上两种减速齿轮组的结构均可实现减速功能，第一种减速级数较少，单级的减速比较大，但整体结构比较简单；第二种减速级数较第一种多，单级减速比较小，但整体结构较第一种复杂。
在本发明的具体各个实施方式中，作为优选方案，所述动力机构包括相互连接的活塞和曲轴；所述曲轴与所述箱体转动连接；所述箱体的顶部设有活塞腔；所述活塞设置在所述活塞腔内；所述减速齿轮组中包括的与所述动力机构连接的所述小齿轮与所述动力机构中的所述曲轴同轴连接。
这样将传统气缸的缸体与箱体进行集成与整合，在箱体上直接制作一个活塞腔，能够降低零件数量，并且能够进一步减轻整个系统的重量。
在本发明的具体各个实施方式中，作为优选方案，所述转向齿轮组包括两个轴向不平行并且相互啮合的转向齿轮；所述减速齿轮组中包括的与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮与所述转向齿轮组中的一个转向齿轮同轴连接，且与所述箱体转动连接；所述转向齿轮组中的另一个转向齿轮与输出轴同轴连接。
转向齿轮可以为锥齿轮，也可以为面齿轮；这两种转向结构零件少，易于实现，可转向范围大，并且可靠性高；而且转向时能量损失也较小。
并且通过调整两个转向齿轮的尺寸比例，在完成转向的同时还可起到减速的作用，使功能更加集成，进一步简化箱体了内部的结构，减轻了整体结构重量。
在本发明的具体各个实施方式中，作为优选方案，所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处。
齿轮与齿轮之间的啮合处是产生机械摩擦最大的地方，如果不对此处进行润滑会增加系统噪音，提高能量损失，长此以往齿轮的寿命也会大幅降低，尤其是在飞行过程中，齿轮突然损坏会导致严重后果。因此将油道对应减速齿轮组的出油口设置在减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处能够最有效的起到润滑作用。
在本发明的具体各个实施方式中，作为优选方案，所述油道对应所述动力机构的出油口位于所述活塞腔的侧壁上；所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处。
动力机构在工作过程中，活塞会与活塞腔的侧壁产生摩擦，将动能转化为热能，这是造成动力机构能量损耗的主要原因。由于热胀冷缩原理，所产生的热能又进一步导致活塞与活塞腔之间更加剧烈的摩擦，造成恶性循环。因此对活塞与活塞腔进行润滑是非常必要的，这样不仅可以降低能量损耗，还可以抑制热能的产生，降低热胀冷缩的效果。
在本发明的具体各个实施方式中，作为优选方案，所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处；所述油道对应所述转向齿轮组的出油口位于所述转向齿轮组中的两个相互啮合的转向齿轮的啮合处。
这样可以保证转向齿轮组一直处于良好的工作状态。
在本发明的具体各个实施方式中，作为优选方案，还包括冷却机构；所述活塞腔的外部设有进液口和出液口，所述活塞腔的腔壁内部设有流道，所述进液口和出液口均与所述流道连通；所述冷却机构包括散热器和输送泵；所述输送泵与所述散热器均设于所述箱体的外部；所述散热器与进液口之间、所述出液口与所述输送泵之间以及所述输送泵与所述散热器之间均通过冷却液管连接。
这样可以进一步降低活塞腔与活塞的温度，进而降低摩擦，减少产热，保证活塞发动机的正常工作。
直升机，包括上述任意一种直升机动力系统。使用此系统的直升机空重小，载重量大，结构简单，易于维护，可靠性高。
为更好的解释本发明，下面提供具体实施例进行说明。
具体实施例
如图1至3所示，直升机动力系统，包括箱体1，箱体1内设有动力机构2、用于将动力机构2的转动传递至输出轴6的过程进行控制的离合器3、用于将动力机构2的高转速转换成低转速的减速齿轮组4、用于改变转动方向的转向齿轮组5、输出轴6和润滑机构7；
箱体1的顶部设有输出轴伸出孔8，输出轴6由输出轴伸出孔8穿出箱体1；动力机构2、减速齿轮组4、转向齿轮组5和输出轴6依次连接；离合器3与减速齿轮4组配合；
润滑机构7包括油泵9和油道10；油泵9位于箱体1的下部，且油泵9的输出端与油道10连接；油道10分别设有对应动力机构2、减速齿轮组4、转向齿轮组5以及输出轴伸出孔8的出油口18。
减速齿轮组4包括与动力机构2连接的小齿轮11、与离合器3的输入轴连接的大齿轮12、与离合器3的输出轴连接的11小齿轮以及与转向齿轮组5连接的大齿轮12；
离合器3的输入轴连接的大齿轮12，其与动力机构2连接的小齿轮11啮合；离合器3的输出轴连接的小齿轮11，其与转向齿轮组5连接的大齿轮12啮合。
动力机构2包括相互连接的活塞14和曲轴15；曲轴15与箱体1转动连接；箱体1的顶部设有活塞腔16；活塞14设置在活塞腔16内；与离合器3的输出轴连接的小齿轮11和动力机构2中的曲轴15同轴连接。
转向齿轮组5包括两个轴向相互垂直并且相互啮合的转向齿轮17；与离合器3的输入轴连接的大齿轮12和转向齿轮组5中的一个转向齿轮17同轴连接；转向齿轮组5中的另一个转向齿轮17与输出轴6同轴连接，且与箱体1转动连接。
油道10对应动力机构2的出油口18位于活塞腔16的侧壁上；油道10对应减速齿轮组4的出油口18位于减速齿轮组4中每对相互啮合的大齿轮12与小齿轮11的啮合处。
油道10对应转向齿轮组5的出油口位于转向齿轮组5中的两个相互啮合的转向齿轮17的啮合处。
还包括冷却机构；活塞腔16的外部设有进液口20和出液口21，活塞腔16的腔壁内部设有流道22，进液口20和出液口21均与流道22连通；冷却机构包括散热器23和输送泵24；输送24泵与散热器23均设于箱体1的外部；散热器23与进液口20之间、出液口21与输送泵24之间以及输送泵24与散热器23之间均通过冷却液管19连接。
所述减速齿轮组的减速比为9:1，其中每组小齿轮11与大齿轮12的减速比均为3:1。
最后应说明的是：以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.直升机动力系统，其特征在于：包括箱体，所述箱体内设有动力机构、用于将动力机构的转动传递至输出轴的过程进行控制的离合器、用于将动力机构的高转速转换成低转速的减速齿轮组、用于改变转动方向的转向齿轮组、输出轴和润滑机构；
所述箱体的顶部设有输出轴伸出孔，所述输出轴由所述输出轴伸出孔穿出所述箱体；所述动力机构、减速齿轮组、转向齿轮组和输出轴依次连接；所述离合器与所述减速齿轮组配合；
所述润滑机构包括油泵和油道；所述油泵位于所述箱体的下部，且所述油泵的输出端与所述油道连接；所述油道分别设有对应所述动力机构、所述减速齿轮组、所述转向齿轮组以及所述输出轴伸出孔的出油口。
2.如权利要求1所述的直升机动力系统，其特征在于：
所述减速齿轮组包括与所述动力机构连接的小齿轮、与所述离合器的输入轴连接的大齿轮、与所述离合器的输出轴连接的小齿轮以及与所述转向齿轮组连接的大齿轮；
所述离合器的输入轴连接的所述大齿轮，其与所述动力机构连接的所述小齿轮啮合；所述离合器的输出轴连接的所述小齿轮，其与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮啮合。
3.如权利要求1所述的直升机动力系统，其特征在于：
所述减速齿轮组包括与所述动力机构连接的小齿轮、与所述离合器的输入轴连接的大齿轮、与所述离合器的输出轴连接的小齿轮、所述转向齿轮组连接的大齿轮以及多个与箱体转动连接的转轴；
所述离合器的输入轴连接的所述大齿轮，其与所述动力机构连接的所述小齿轮啮合；
多个所述转轴并排设置；每个所述转轴的两端分别连接有一个大齿轮和一个小齿轮；相邻两个所述转轴上的大齿轮与小齿轮位置相反；位于两侧的所述转轴中，其中一侧所述转轴上的所述大齿轮和与所述离合器的输出轴连接的所述小齿轮啮合；另一侧的所述转轴上的所述小齿轮和与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮啮合；位于中间的所述转轴，其上的所述大齿轮与位于所述转轴一侧的所述小齿轮配合，其上的所述小齿轮与位于所述转轴另一侧的所述大齿轮配合；且所述大齿轮与所述小齿轮为一对一啮合。
4.如权利要求2或3所述的直升机动力系统，其特征在于：所述动力机构包括相互连接的活塞和曲轴；所述曲轴与所述箱体转动连接；所述箱体的顶部设有活塞腔；所述活塞设置在所述活塞腔内；所述减速齿轮组中包括的与所述动力机构连接的所述小齿轮与所述动力机构中的所述曲轴同轴连接。
5.如权利要求2或3所述的直升机动力系统，其特征在于：所述转向齿轮组包括两个轴向不平行并且相互啮合的转向齿轮；所述减速齿轮组中包括的与所述转向齿轮组连接的所述大齿轮与所述转向齿轮组中的一个转向齿轮同轴连接，且与所述箱体转动连接；所述转向齿轮组中的另一个转向齿轮与输出轴同轴连接。
6.如权利要求2或3所述的直升机动力系统，其特征在于：所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处。
7.如权利要求4所述的直升机动力系统，其特征在于：所述油道对应所述动力机构的出油口位于所述活塞腔的侧壁上；所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处。
8.如权利要求5所述的直升机动力系统，其特征在于：所述油道对应所述减速齿轮组的出油口位于所述减速齿轮组中每对相互啮合的大齿轮与小齿轮的啮合处；所述油道对应所述转向齿轮组的出油口位于所述转向齿轮组中的两个相互啮合的转向齿轮的啮合处。
9.如权利要求4所述的直升机动力系统，其特征在于：还包括冷却机构；所述活塞腔的外部设有进液口和出液口，所述活塞腔的腔壁内部设有流道，所述进液口和出液口均与所述流道连通；
所述冷却机构包括散热器和输送泵；所述输送泵设置在所述箱体的内部或外部；所述散热器均设于所述箱体的外部；所述散热器与进液口之间、所述出液口与所述输送泵之间以及所述输送泵与所述散热器之间均通过冷却液管连接。
10.直升机，其特征在于：包括如权利要求1至9中任意一项所述的直升机动力系统。
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