CN103791047B - 一种直升机用可变速传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直升机用可变速传动系统，为两挡自动变速行星齿轮机构。该机构包括一个单排空间差动轮系、一个单排2K-H行星轮系和一个单级锥齿定轴轮系。空间差动轮系中，动力分别从两个太阳轮输入，传递至行星架H1，完成直升机两个发动机的动力合成；单级锥齿定轴轮系中，一对相互啮合的锥齿轮完成动力传递方向旋转90°角度；2K-H行星轮系中，离合器实现2K-H行星轮系太阳轮和行星架的结合或分离，制动器实现2K-H行星轮系内齿圈与箱体的分离或结合，最终动力由行星架H2输出，经轴Ⅲ传递至直升机主减速器。本发明可使直升机在不调控发动机的情况下改变速度，并且结构简单、紧凑。

Description

一种直升机用可变速传动系统
技术领域：
本发明涉及一种直升机用可变速传动系统。
背景技术：
直升机具备垂直起降、空中悬停和低速机动能力，能够在地形复杂的环境进行起降和低空飞行，独特的飞行特点决定了其不可替代的作用。作为军民通用的飞行器，直升机广泛应用在军事和民用领域，是国家综合实力的重要标志之一。近年来，直升机在我国抢险救灾工作中扮演者重要的角色。由于在抢险救灾工作中，气候环境恶劣，负责抢险工作的直升机往往处于极为复杂的工况中，必须频繁调控直升机飞行速度。仅依靠发动机调速，既减损发动机寿命，又降低了发动机效率，燃油经济性低。
目前，直升机调速完全依靠对发动机进行调控，这种方式，直升机传动系统结构较简单。但是，发动机控制技术相当复杂，频繁调控发动机减损发动机寿命，增加了直升机故障频率。同时，发动机不能保证在大多数情况下工作在效率最佳工作区域，燃油经济性低，不利于提高直升机续航能力。在汽车技术领域，自动变速器技术相当成熟，大体有AMT、AT、DCT。自动变速器的应用，极大地提高了汽车的燃油经济性、续航能力和发动机的寿命。
发明内容：
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于克服现有直升机技术的缺点，根据较成熟的AT技术，提出了一种直升机用可变速传动系统。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种直升机用可变速传动系统：
整个系统由第一子系统、第二子系统和第三子系统串联而成；
所述第一子系统为2K-H空间差动轮系，整体为单排空间星形布局形式，分别为：左输入轴、右输入轴、前排左太阳轮、前排右太阳轮、前排行星轮和前排行星架；所述前排左太阳轮通过键安装在所述左输入轴上；所述前排右太阳轮通过键安装在所述右输入轴上；与所述前排左太阳轮、所述前排右太阳轮啮合的行星轮通过轴承支撑在所述前排行星架上；所述左输入轴和所述右输入轴轴线重合，所述前排左太阳轮和所述前排右太阳轮齿数相同；
所述第二子系统为单级锥齿定轴轮系，整体为单级定轴布局形式，分别为：主动轮、从动轮和中间轴；所述主动轮通过轴承支撑在箱体上，与所述主动轮啮合的从动轮通过键安装在所述中间轴上；所述前排行星架与所述主动轮通过焊接固连；
所述第三子系统为2K-H平面行星轮系，整体为单排星形布局形式，分别为：后排太阳轮、后排行星轮、后排行星架、后排齿圈和输出轴；所述后排太阳轮通过键安装在所述中间轴上，在所述中间轴外周安装有电磁离合器；所述电磁离合器的线圈部分与所述中间轴通过键固连，所述电磁离合器的衔铁与所述后排行星架通过焊接固连；与所述后排太阳轮啮合的后排行星轮通过轴承支撑在所述后排行星架上，与所述后排行星轮啮合的后排齿圈通过轴承支撑在所述箱体上；在所述后排齿圈的外周安装有电磁制动器，所述电磁制动器的线圈部分与所述后排齿圈通过焊接固连，所述电磁制动器的衔铁与箱体通过焊接固连；整个系统的输出轴与所述后排行星架固连，所述输出轴、中间轴轴线重合；所述输出轴、中间轴与所述左输入轴、右输入轴轴线垂直。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、与现有直升机技术相比，本发明提出了一种可变速的传动系统，减小了调控发动机的频率，有利于延长发动机寿命，提高了发动机的燃油经济性，提高发动机效率和直升机续航能力。
2、本发明提出的直升机用可变速传动系统，采用空间差动行星轮系统合成两个发动机的动力，不需要两个发动机动态特性一致，降低了对发动机制造与控制的要求。
3、本发明提出的一种直升机用可变速传动系统，易于实现产业化。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中标号：1为前排左太阳轮、2为前排行星轮、3为前排右太阳轮、4为主动轮、5为从动轮、6为后排太阳轮、7为后排行星轮、8为后排齿圈、9为箱体、Ⅰ为左输入轴、Ⅱ为右输入轴、Ⅲ为中间轴、Ⅳ为输出轴、H1为前排行星架、H2为后排行星架、B为制动器、C为离合器。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
实施例：参见图1，本实施例的直升机用可变速传动系统，整个系统由第一子系统、第二子系统和第三子系统串联而成；
所述第一子系统为2K-H空间差动轮系，整体为单排空间星形布局形式，分别为：左输入轴Ⅰ、右输入轴Ⅱ、前排左太阳轮1、前排右太阳轮3、前排行星轮2和前排行星架H1；所述前排左太阳轮1通过键安装在所述左输入轴Ⅰ上；所述前排右太阳轮3通过键安装在所述右输入轴Ⅱ上；与所述前排左太阳轮1、所述前排右太阳轮3啮合的行星轮2通过轴承支撑在所述前排行星架H1上；所述左输入轴Ⅰ和所述右输入轴Ⅱ轴线重合，所述前排左太阳轮1和所述前排右太阳轮3齿数相同；
所述第二子系统为单级锥齿定轴轮系，整体为单级定轴布局形式，分别为：主动轮4、从动轮5和中间轴Ⅲ；所述主动轮4通过轴承支撑在箱体9上，与所述主动轮4啮合的从动轮5通过键安装在所述中间轴Ⅲ上；所述前排行星架H1与所述主动轮4通过焊接固连；
所述第三子系统为2K-H平面行星轮系，整体为单排星形布局形式，分别为：后排太阳轮6、后排行星轮7、后排行星架H2、后排齿圈8和输出轴Ⅳ；所述后排太阳轮6通过键安装在所述中间轴Ⅲ上，在所述中间轴Ⅲ外周安装有电磁离合器C；所述电磁离合器C的线圈部分与所述中间轴Ⅲ通过键固连，所述电磁离合器C的衔铁与所述后排行星架H2通过焊接固连；与所述后排太阳轮6啮合的后排行星轮7通过轴承支撑在所述后排行星架H2上，与所述后排行星轮7啮合的后排齿圈8通过轴承支撑在所述箱体9上；在所述后排齿圈8的外周安装有电磁制动器B，所述电磁制动器B的线圈部分与所述后排齿圈8通过焊接固连，所述电磁制动器B的衔铁与箱体通过焊接固连；整个系统的输出轴Ⅳ与所述后排行星架H2固连，所述输出轴Ⅳ、中间轴Ⅲ轴线重合；所述输出轴Ⅳ、中间轴Ⅲ与所述左输入轴Ⅰ、右输入轴Ⅱ轴线垂直。
直升机工作中，两个发动机分别以一定的转速和扭矩带动左输入轴Ⅰ（左太阳轮1）和右输入轴Ⅱ（右太阳轮3）旋转。当低速挡制动器B结合，且离合器C不工作时，此时两个发动机的动力经过空间差动行星轮系合成，传递至主动轮4，再经锥齿定轴轮系，动力传递至中间轴Ⅲ（也即后排太阳轮6），最后经过后排行星轮系减速，动力由后排行星架H2（也即输出轴Ⅳ）输出，此时传动系统处于低速挡。当高速离合器C结合，且制动器B不工作时，此时两个发动机的动力经过空间差动行星轮系合成，传递至主动轮4，再经锥齿定轴轮系，动力传递至中间轴Ⅲ（也即后排太阳轮6），最后动力直接由后排行星架H2（也即输出轴Ⅳ）输出，此时传动系统处于高速挡。
由此，通过控制系统一个离合器和一个制动器的不同组合，从而可实现两个挡位。
以某直升机为例，所选挡位为两挡，低速挡传动比为3.95，高速挡传动比为1，对行星轮系进行配齿计算，得出各齿轮齿数如表1所示。
表1传动系统齿轮齿数表
各个挡位的执行元件如表2所示。
表2各挡位换挡执行元件工作表
挡位名称 C B
低速挡 ○ ●
高速挡 ● ○
注：表中“●”表示结合，“○”表示分离
各挡动力传递路线说明，结合图1及表2：
1、低速挡实现
低速挡时，制动器B工作，离合器C不工作。
动力由两个发动机传递至空间差动行星轮系，前排行星轮2绕前排太阳轮1公转，前排行星架H1也随着前排太阳轮1旋转，完成两个发动机的动力合成。动力传递至锥齿定轴轮系主动轮4，带动从动轮旋转5，完成动力传递方向旋转90°角度，动力传递至中间轴Ⅲ。由于制动器B工作，后排齿圈8与箱体保持相对静止，离合器C不工作，后排行星架H2与中间轴Ⅲ可相对运动，动力由中间轴Ⅲ（即后排太阳轮6）传递至后排行星轮7，最后传递至后排行星架H2，由输出轴Ⅳ输出。
2、高速挡实现
高速挡时，离合器C工作，制动器B不工作。
动力由两个发动机传递至空间差动行星轮系，前排行星轮2绕前排太阳轮1公转，前排行星架H1也随着前排太阳轮1旋转，完成两个发动机的动力合成。动力传递至锥齿定轴轮系主动轮4，带动从动轮旋转5，完成动力传递方向旋转90°角度，动力传递至中间轴Ⅲ。由于离合器C工作，中间轴Ⅲ和后排行星架H2保持相对静止，制动器B不工作，后排齿圈可动，动力直接传递至后排行星架H2，由输出轴Ⅳ输出。

Claims (1)

1.一种直升机用可变速传动系统，其特征在于：
整个系统由第一子系统、第二子系统和第三子系统串联而成；
所述第一子系统为2K-H空间差动轮系，整体为单排空间星形布局形式，分别为：左输入轴(Ⅰ)、右输入轴(Ⅱ)、前排左太阳轮(1)、前排右太阳轮(3)、前排行星轮(2)和前排行星架(H1)；所述前排左太阳轮(1)通过键安装在所述左输入轴(Ⅰ)上；所述前排右太阳轮(3)通过键安装在所述右输入轴(Ⅱ)上；与所述前排左太阳轮(1)、所述前排右太阳轮(3)啮合的前排行星轮(2)通过轴承支撑在所述前排行星架(H1)上；所述左输入轴(Ⅰ)和所述右输入轴(Ⅱ)轴线重合，所述前排左太阳轮(1)和所述前排右太阳轮(3)齿数相同；
所述第二子系统为单级锥齿定轴轮系，整体为单级定轴布局形式，分别为：主动轮(4)、从动轮(5)和中间轴(Ⅲ)；所述主动轮(4)通过轴承支撑在箱体(9)上，与所述主动轮(4)啮合的从动轮(5)通过键安装在所述中间轴(Ⅲ)上；所述前排行星架(H1)与所述主动轮(4)通过焊接固连；
所述第三子系统为2K-H平面行星轮系，整体为单排星形布局形式，分别为：后排太阳轮(6)、后排行星轮(7)、后排行星架(H2)、后排齿圈(8)和输出轴(Ⅳ)；所述后排太阳轮(6)通过键安装在所述中间轴(Ⅲ)上，在所述中间轴(Ⅲ)外周安装有电磁离合器(C)；所述电磁离合器(C)的线圈部分与所述中间轴(Ⅲ)通过键固连，所述电磁离合器(C)的衔铁与所述后排行星架(H2)通过焊接固连；与所述后排太阳轮(6)啮合的后排行星轮(7)通过轴承支撑在所述后排行星架(H2)上，与所述后排行星轮(7)啮合的后排齿圈(8)通过轴承支撑在所述箱体(9)上；在所述后排齿圈(8)的外周安装有电磁制动器(B)，所述电磁制动器(B)的线圈部分与所述后排齿圈(8)通过焊接固连，所述电磁制动器(B)的衔铁与箱体通过焊接固连；整个系统的输出轴(Ⅳ)与所述后排行星架(H2)固连，所述输出轴(Ⅳ)、中间轴(Ⅲ)轴线重合；所述输出轴(Ⅳ)、中间轴(Ⅲ)与所述左输入轴(Ⅰ)、右输入轴(Ⅱ)轴线垂直。
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