CN102753858A - 具有提高的承载能力的行星齿轮传动系 - Google Patents

Abstract

一种具有提高的承载能力的高传动比行星齿轮传动系（A），该行星齿轮传动系（A）用于从从动输入轴向输出轴传递动力，其中从动输入轴例如可以由涡轮发动机或发动机驱动，输出轴例如可以联接到旋翼飞行器的旋翼。该复式行星齿轮传动系包括载荷分担机构，该载荷分担机构包括传动恒星齿轮（10）、惰性恒星齿轮（11）、齿圈（12）、成套的传动行星齿轮组件（13）、成套的惰性行星齿轮组件（14）和行星齿轮架组件（15），它们联接在一起以在所述从动输入轴与所述输出轴之间限定出经过所述行星齿轮传动系（A）的至少两个动力路径，以提供传动系的提高的总功率密度。

Description

具有提高的承载能力的行星齿轮传动系

相关申请的交叉参引

本申请涉及并且要求于2010年2月12日提交的序列号为61/303,941的美国临时专利申请的优先权，该申请通过参引并入本文中。关于联邦政府资助的研究不适用。

技术领域

本发明大体上涉及例如用于在旋翼飞行器中使用的行星齿轮传动系，特别地，涉及包括惰性恒星齿轮和惰性行星齿轮以提供增强的承载能力的高传动比行星齿轮传动系。

背景技术

旋翼飞行器通常使用一个或多个高速涡轮发动机以驱动提供升力和推进力的旋翼。发动机和旋翼之间的主齿轮传动系必须将发动机动力传递至旋翼，同时将输入的发动机转速减小至适当的输出旋翼转速。主齿轮传动系通常是飞行器的传动系中最重的子系统。对于现代旋翼飞行器来说，提高动力容许能力并且减小传动系的重量是非常需要的。

由于具有有利的功率密度值，所以行星齿轮传动系是用于飞行器传动系的最常见的齿轮系统，实际上，它用在所有的转翼飞行器主旋翼驱动传动系中。具有简易行星齿轮传动系的典型的传动构型由恒星齿轮、同轴地设置的齿圈、行星齿轮架以及支撑在行星齿轮架上的成套行星齿轮（通常在三个至六个之间）组成。行星齿轮在恒星齿轮与齿圈之间的环形空间中间隔开。恒星齿轮由齿轮系的输入轴驱动并且行星齿轮架操作性地连接到齿轮系的输出轴。齿圈通常固定到传动系的壳体。行星齿轮传动系的结构提供从输入轴经过多个行星齿轮至输出轴的多个载荷路径，并且载荷在行星齿轮间被分担。然而，随着传动比的增大，能够组装到行星齿轮传动系中的行星齿轮的数量受到限制，从而限制了载荷分担能力。

例如在授予Drago等人的美国专利No.6,966,865中示出的复式行星齿轮传动系已经被用于改进简易星齿轮传动系的传动比，该专利公开了一种使用多个行星轮组的行星齿轮传动系。复式行星齿轮传动系中的每个行星轮组均包括行星齿轮轴、大行星齿轮和两个小行星齿轮。大行星齿轮和两个小行星齿轮安装在同一个行星齿轮轴上并与该行星齿轮轴一起旋转。大行星齿轮与恒星齿轮啮合，而小行星齿轮各自与包括两个分离的齿圈的固定的齿圈啮合。为将尽可能多的行星轮组结合到齿轮系中，使用了两套行星轮组。如在授予Robuck的美国专利No.7,507,180中示出的，每个行星轮组均设置成有与恒星齿轮啮合的、轴向交错的大行星齿轮，或者设置有具有倾斜轴线的行星轮组。

尽管这种简易的或复式的行星齿轮传动系适于在旋翼飞行器的传动系中使用，但非常期望进一步提高传动系统的功率密度值，因为减小重量和封装尺寸提供优于现有行星齿轮传动系的额外的优点。因此，提供改进的、具有增强的承载能力的高传动比行星齿轮传动系是有利的。

发明内容

简言之，本公开提供了一种具有增强的承载能力的高传动比行星齿轮传动系，该行星齿轮传动系用于由从动输入轴向输出轴传递动力，从动输入轴例如可以由涡轮发动机或发动机驱动，输出轴例如可以联接到旋翼飞行器的旋翼。该复式行星齿轮传动系包括载荷分担机构，该载荷分担机构包括惰性恒星齿轮和惰性行星齿轮以提供传动系的提高的总功率密度。

通过阅读结合附图进行的下面的详细描述，本公开中提出的前述特征和优点以及当前优选实施方式将变得更加明显。

附图说明

在形成本说明书的一部分的附图中：

图1A为本公开的行星齿轮传动系的分解视图；

图1B为图1A的行星齿轮传动系的立体截面图；

图1C为图1A的行星齿轮传动系中的行星轮组的截面图；

图2为在图1A的行星齿轮传动系中使用的传动行星齿轮的立体图；

图3为在图1A的行星齿轮传动系中使用的惰性行星齿轮的立体图；

图4为本公开的行星齿轮传动系的、具有浮动小行星齿轮的替代性构型的立体截面图，其中外部调心轴承位于传动行星轮组中；

图5A为使用十字滑块联轴器的替代性传动行星齿轮的立体图；

图5B为图5A的替代性传动行星齿轮的分解视图；

图6为使用图5A的传动行星齿轮的行星齿轮传动系的实施方式的立体截面图；以及

图7为行星齿轮传动系的替代性实施方式的截面图，其中，齿轮联轴器用于从较大的行星齿轮向小的行星齿轮传递转矩，同时允许小的行星齿轮相对于大的行星齿轮浮动。

附图中的所有多幅图中的相应附图标记表示相应零件。应当理解，附图用于说明本公开中提出的概念并且并未按比例绘制。

在详细说明本发明的任何实施方式之前，应当理解，本发明的应用并不局限于下面的描述中提出的或附图中示出的部件的结构和设置的细节。

具体实施方式

以下详细描述以示例的方式而并非以限制的方式对本发明进行说明。该描述能够使本领域技术人员实现和使用本公开，并且描述了本发明的多个实施方式、改型、变型、替代方案以及用途，包括了当前被认为是实施本公开的最佳模式的那些在内。

参见附图，特别地参见示出本公开的第一实施方式的图1A至图1C，其中，示出了本公开的高传动比行星齿轮传动系（A），该高传动比行星齿轮传动系（A）包括传动恒星齿轮10、惰性恒星齿轮11、齿圈12、成套传动行星齿轮组件13、成套惰性行星齿轮组件14以及行星齿轮架组件15。传动行星齿轮组件13为行星轮组，如图2所示包括大行星齿轮13A、至少一个小行星齿轮13B和行星齿轮轴13C，大行星齿轮和小行星齿轮两者以轴向间隔开的构型固定到行星齿轮轴13C上。如在图3中看到的，每个惰性行星齿轮组件14均包括惰性行星齿轮14A和惰性行星齿轮轴14B，惰性行星齿轮14A介于惰性行星齿轮轴14B间。在图1B中最佳地看到的行星齿轮架组件15包括行星齿轮架基部15A和行星齿轮架板15B。行星齿轮架基部15A和行星齿轮架板15B可以可选地形成为一体的行星齿轮架组件15，或可以通过任何适当的方法固定到一起。

传动恒星齿轮10和惰性恒星齿轮11沿着行星齿轮传动系（A）的中心轴线间隔开并且同轴地设置，使齿圈12围绕惰性恒星齿轮11同轴地定位。传动行星齿轮组件13各自被设置在齿圈12与恒星齿轮10和11中的每一个之间的环形空间中。每个传动行星齿轮组件13均通过滚动体轴承（在图1C中示出）在16处支撑在行星齿轮架组件15上，而惰性恒星齿轮11通过一个或多个轴承（未示出）在19处轴向地限制在行星齿轮架组件15上。可选地，轴承19可以替换为止推板11A（在图1C中示出）以轴向地将惰性恒星齿轮11固定成与小行星齿轮13B接合。

惰性行星齿轮组件14设置在齿圈12与惰性恒星齿轮11之间的环形空间中，与传动行星齿轮组件13的小行星齿轮13B是共平面的，并且通过轴承（未示出）在17和18处支撑在行星齿轮架15上。传动恒星齿轮10与大行星齿轮13A啮合并且驱动大行星齿轮13A，而惰性恒星齿轮11与小行星齿轮13b和惰性行星齿轮14A两者啮合。与惰性恒星齿轮11类似，齿圈12与小行星齿轮13B和惰性行星齿轮14A两者啮合。

来自涡轮发动机或其它动力源的输入动力通过第一级减速齿轮系统200输送至行星齿轮传动系（A）。第一级减速齿轮系统200优选地由通过动力源驱动的一对小锥齿轮25以及锥齿轮26构成。所述一对小锥齿轮25联接到锥齿轮26，锥齿轮26接收所述一对小锥齿轮25的驱动力的合力，锥齿轮26又通过轴27联接到传动恒星齿轮10。然后，动力通过传动轴7输送至传动恒星齿轮10。在运行期间，传动恒星齿轮10驱动大行星齿轮13A，从而将动力分解到各个传动行星轮组13中。动力的一部分通过16处的支撑轴承传递至行星齿轮架15并且在行星齿轮架15处结合。大行星齿轮13A驱动相应的小行星齿轮13B，从而将动力的一部分从大行星齿轮13A传递至小行星齿轮13B。小行星齿轮13B进而驱动惰性恒星齿轮11，惰性恒星齿轮11随后通过惰性行星齿轮14A驱动惰性行星齿轮组件14。剩余的动力通过惰性行星齿轮组件14传递并且在行星齿轮架15处重新结合。行星齿轮传动系（A）产生的输出被传送至联接到行星齿轮架15的输出轴（未示出）。

如上所述，存在从输入轴经过行星齿轮传动系（A）到输出轴的两个动力路线。第一动力路线经过传动行星齿轮组件13直接到达行星齿轮架15，而第二动力路线经过惰性恒星齿轮11、通过惰性行星齿轮组件14到达行星齿轮架15。为了在转矩传递和/或动力传递中高效地使用惰性行星齿轮组件14，并由此提高行星齿轮传动系（A）的功率密度，传动行星齿轮组件13中的小行星齿轮13A特意地被设定成相对于惰性行星齿轮14A在惰性恒星齿轮11与齿圈12之间的环形空间中浮动。

能够理解，由于承载行星齿轮（13B和14A）的尺寸较小，所以与常规的简易的和复式的行星齿轮传动系中所能够使用的数量相比，能够将数量更多的承载行星齿轮（13B和14A）组装到行星齿轮传动系（A）中。这些承载行星齿轮在重量轻并且极大地提高了行星齿轮传动系（A）的承载能力以及功率密度。

普通技术人员会认识到，本公开的行星齿轮传动系（A）存在许多可能的设计变型，这些设计变型允许传动行星齿轮组件13中有浮动的小行星齿轮13A。例如，图1C和图4示出一个变型，其中使用了外部调心轴承16A。该轴承定位在大行星齿轮13A与小行星齿轮13B之间。调心轴承16A为圆柱滚子轴承。轴承16A的外座圈16C的外径表面16B具有球面构型。外座圈16C定位在相匹配的球面轴承座16D中，球面轴承座16D容纳在行星齿轮架组件15中。例如球面滚珠轴承或球面滚子轴承的其它类型的调心轴承也可以用于轴承16。

如图5所示，行星齿轮传动系（A）的替代性构型在每个传动行星齿轮组件13中在较大行星齿轮13A与小行星齿轮13B之间使用十字滑块联轴器。行星齿轮轴13C包括三个部件。第一部件13D在一端处固定到大行星齿轮13A；另一端在端面处具有横越其直径的简单的或燕尾形的槽30。同样地，第二部件13F在一端处固定到小行星齿轮13B；另一端具有横越其端面的简单的或燕尾形的槽32。两个槽30、32设置成彼此垂直。第三部件13E具有分别制作在两个端面处的两个垂直的凸脊34。各个凸脊34与部件13D和部件13F上的相应的槽30、32相匹配。十字滑块联轴器使得能够将转矩从大行星齿轮13A传递到小行星齿轮13B，同时允许小行星齿轮的轴线相对于大行星齿轮13A的轴线偏移，使得小传动行星齿轮13B能够在齿圈12与惰性恒星齿轮11之间的环形空间中自由地浮动。

可以使用可选的轴承20支撑小传动行星齿轮13B。轴承20提供与惰性行星齿轮支撑轴承17和18的刚度相关的预定支撑刚度。轴承20允许小行星齿轮13B在载荷下浮动，从而将载荷以预定比例分配在小行星齿轮13B与惰性行星齿轮14A之间。

图7中示出另一设计变型，其中，具有齿轮联轴器的传动行星齿轮组件13G用于从支撑在双列滚子轴承16DR上的较大行星齿轮13A向小行星齿轮13B传递转矩，同时允许小行星齿轮13B相对于大行星齿轮13A浮动。

在不背离本发明的精神的情况下可能存在其它设计变型。本文中公开的实施方式和设计变型应当被认为是用于说明或实施本发明，而并不是用于限制本发明的范围。

可能存在本发明的其它应用，例如，行星齿轮传动系（A）的输入轴和输出轴能够通过适当的设计变型而相反，以允许本公开的高传动比的行星齿轮传动系（A）用作增速器，例如在风能发电主齿轮传动系统中所需要的那样。

以上结构能够进行多种改变而不背离本公开的范围，以上描述中包含的或附图中示出的所有内容应当理解为是示例性的而并非限制性的。

Claims (16)

1.一种行星齿轮传动系（A），所述行星齿轮传动系（A）具有：联接到输入轴的传动恒星齿轮10、惰性恒星齿轮11和齿圈12，所述行星齿轮传动系（A）包括：

成套的传动行星齿轮组件13，所述成套的传动行星齿轮组件13各自包括大行星齿轮13A以及至少一个小行星齿轮13B，所述大行星齿轮13A与所述传动恒星齿轮10啮合，所述至少一个小行星齿轮13B沿着行星齿轮轴13C轴向地间隔开并且与所述惰性恒星齿轮11和所述齿圈12两者啮合；

成套的惰性行星齿轮组件14，所述成套的惰性行星齿轮组件14各自包括惰性行星齿轮14A和惰性行星齿轮轴14B，所述惰性行星齿轮14A与所述惰性恒星齿轮11和所述齿圈12两者啮合；

联接到输出轴的行星齿轮架组件15，所述行星齿轮架组件由行星齿轮架基部15A和行星齿轮架板15B组成，所述行星齿轮架板设置成与所述传动恒星齿轮10轴向地相对；

其中，所述传动恒星齿轮10和所述惰性恒星齿轮11沿着中心轴线间隔开并且同轴地设置；

其中，所述齿圈12围绕所述惰性恒星齿轮11同轴地设置；

其中，所述传动行星齿轮组件13设置在所述齿圈12与所述惰性恒星齿轮11之间的环形区域中；

其中，所述惰性行星齿轮组件14设置在所述齿圈12与所述惰性恒星齿轮11之间的环形空间中；并且

其中，所述传动行星齿轮组件13、所述惰性行星齿轮组件14、所述惰性恒星齿轮11和所述齿圈12构造成在联接到所述输入轴的所述传动恒星齿轮10与联接到所述输出轴的所述行星齿轮架组件15之间提供至少两个动力路径。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮传动系，其中，所述传动行星齿轮组件13由所述行星齿轮架基部15A通过滚动体轴承16支撑。

3.根据权利要求1所述的行星齿轮传动系，其中，所述惰性行星齿轮组件14由轴承支撑在所述行星齿轮架组件15上。

4.根据权利要求1所述的行星齿轮传动系，还包括联接在所述传动恒星齿轮10与所述输入轴之间的第一级减速齿轮系统200，所述第一级减速齿轮系统由联接到所述传动恒星齿轮10的锥齿轮26和与所述锥齿轮26啮合的至少两个小锥齿轮25组成，所述小锥齿轮25由所述输入轴驱动。

5.根据权利要求1所述的行星齿轮传动系，其中，所述传动恒星齿轮10、所述成套的传动行星齿轮组件13和所述行星齿轮架组件15在所述输入轴和所述输出轴之间限定出经过所述行星齿轮传动系（A）的动力路径。

6.根据权利要求1所述的行星齿轮传动系，其中，所述传动恒星齿轮10、所述成套的传动行星齿轮组件13、所述成套的惰性行星齿轮组件14、所述齿圈12、所述惰性恒星齿轮11和所述行星齿轮架组件15在所述输入轴和所述输出轴之间限定出经过所述行星齿轮传动系（A）的动力路径。

7.根据权利要求6所述的行星齿轮传动系，其中，所述成套的传动行星齿轮组件的所述小行星齿轮13B构造成在所述惰性恒星齿轮11与所述齿圈12之间的环形空间中浮动。

8.根据权利要求1所述的行星齿轮传动系，其中，所述成套的传动行星齿轮组件13的所述小行星齿轮13B构造成在所述惰性恒星齿轮11与所述齿圈12之间的环形空间中浮动。

9.根据权利要求8所述的行星齿轮传动系，其中，在每个传动行星齿轮组件13中的每个大行星齿轮13A与每个小行星齿轮13B之间设置有外部调心轴承16A，所述调心轴承16A的外座圈16C的外径表面16B具有球面弧形，并且其中，所述外径表面16B坐置在所述行星齿轮架基部15A中的相匹配的球面轴承座16D内。

10.根据权利要求8所述的行星齿轮传动系，其中，在每个传动行星齿轮组件13中的每个大行星齿轮13A与每个小行星齿轮13B之间设置有调心轴承16A，所述调心轴承包括成套的球面滚珠轴承。

11.根据权利要求8所述的行星齿轮传动系，其中，在每个传动行星齿轮组件13中的每个大行星齿轮13A与每个小行星齿轮13B之间设置有调心轴承16A，所述调心轴承包括成套的球面滚子轴承。

12.根据权利要求8所述的行星齿轮传动系，其中，每个传动行星齿轮组件13中的所述行星齿轮轴13C包括位于所述大行星齿轮13A与所述小行星齿轮13B之间的十字滑块联轴器，所述十字滑块联轴器构造成当所述小行星齿轮在轴向上相对于所述大行星齿轮偏移时，允许在所述大行星齿轮与所述小行星齿轮之间传递转矩。

13.一种行星齿轮传动系，所述行星齿轮传动系具有：联接到输入轴的传动恒星齿轮10、惰性恒星齿轮11和齿圈12，所述行星齿轮传动系包括：

成套的传动行星齿轮组件13，所述成套的传动行星齿轮组件13各自包括大行星齿轮13A以及至少一个小行星齿轮13B，所述大行星齿轮13A与所述传动恒星齿轮10啮合，所述至少一个小行星齿轮13B与所述大行星齿轮轴向地间隔开，所述小行星齿轮与所述惰性恒星齿轮11和所述齿圈12浮动地啮合；

成套的惰性行星齿轮组件14，所述成套的惰性行星齿轮组件14各自包括惰性行星齿轮14A和惰性行星齿轮轴14B，所述惰性行星齿轮与所述惰性恒星齿轮11和所述齿圈12啮合；

联接到输出轴的行星齿轮架组件15，所述行星齿轮架组件由行星齿轮架基部15A和行星齿轮架板15B组成，所述行星齿轮架板15B设置成与所述传动恒星齿轮10轴向地相对；

其中，所述传动恒星齿轮10和所述惰性恒星齿轮11沿着中心轴线间隔开并且同轴地设置；

其中，所述齿圈12围绕所述惰性恒星齿轮11同轴地设置；

其中，所述传动行星齿轮组件13设置在所述齿圈12与所述惰性恒星齿轮11之间的环形区域中，并且由所述行星齿轮架组件15支撑；并且

其中，所述惰性行星齿轮组件14设置在所述齿圈12与所述惰性恒星齿轮11之间的环形空间中并且由所述行星齿轮架组件15支撑。

14.根据权利要求13所述的行星齿轮传动系，还包括齿轮联轴器，所述齿轮联轴器用于在各个所述传动行星齿轮组件13中的所述大行星齿轮13A与所述小行星齿轮13B之间传递转矩。

15.根据权利要求13所述的行星齿轮传动系，其中，所述传动行星齿轮组件13、所述惰性行星齿轮组件14、所述惰性恒星齿轮11和所述齿圈12构造成在联接到所述输入轴的所述传动恒星齿轮10与联接到所述输出轴的所述行星齿轮架组件15之间提供至少两个动力路径。

16.根据权利要求13所述的行星齿轮传动系，

其中，所述传动恒星齿轮10、所述成套的传动行星齿轮组件13和所述行星齿轮架组件15在所述输入轴和所述输出轴之间限定出经过所述行星齿轮传动系（A）的第一动力路径，并且

其中，所述传动恒星齿轮10、所述成套的传动行星齿轮组件13、所述成套的惰性行星齿轮组件14、所述齿圈12、所述惰性恒星齿轮11和所述行星齿轮架组件15在所述输入轴和所述输出轴之间限定出经过所述行星齿轮传动系（A）的第二动力路径。

Images