CN105697730B - 具有高效冷却结构的齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有高效冷却结构的齿轮，其能为减小冷却所需的滑油量提供良好的条件。为实现所述目的的具有高效冷却结构的齿轮，具有坯体以及在坯体外周侧形成的多个轮齿以及在坯体内周侧形成的轴孔，其特点是，包括在各个所述轮齿的内部形成的至少一个滑油通孔，所述滑油通孔在所述轴孔内壁到所述轮齿的轮廓面之间贯穿，在所述轴孔的内壁形成有环形的集油槽，集油槽具有交替分布的较深部和较浅部，所述滑油通孔的内端贯穿所述较深部的壁面，以使所述较深部里的油能在所述齿轮旋转产生的离心力作用下流入所述滑油通孔并从所述轮廓面侧甩出。

Description

具有高效冷却结构的齿轮

技术领域

本发明涉及齿轮，尤其涉及具有供冷却液流动的冷却结构的齿轮。

背景技术

齿轮传动在航空发动机中主要用于附件传动系统，在直升机传动系统中也广泛应用。航空领域使用的齿轮传动系统一般采用喷射润滑冷却的方法，即通过一个或多个滑油喷嘴向齿轮啮合区喷射高速滑油以实现对齿轮的润滑和冷却。根据试验结果和使用经验建议，对于圆周速度较高的齿轮，应采用双侧喷射润滑，啮入侧提供少量滑油形成油膜，啮出侧提供大量滑油进行冷却。

由于航空发动机齿轮圆周速度很高，啮出侧喷射的滑油到轮齿表面瞬间就飞溅开来，滑油与轮齿的换热时间很短，换热效率很低，因此需要增大滑油供油量以保证齿轮得到有效冷却。

常规的大涵道比涡扇发动机的传动系统所传递的功率一般为500kw左右，以98％的传动效率计算，齿轮传动损失的功率不超过10kw，以现有常规的喷射润滑冷却效率，所需的滑油量一般不超过10L/min(1kw发热量需要1L/min滑油)。

但是在齿轮传动风扇发动机(GTF发动机)的星型减速器中，传递功率至少为20000kw，虽然齿轮箱传动效率可达到99.5％，但齿轮传动损失功率仍然达到100kw，按常规的喷射润滑冷却效率，所需的滑油量将达到100L/min，这将对发动机滑油系统的设计造成极大的困难，因此，在齿轮箱传动效率提升空间已非常有限的情况下，如果能够通过提升齿轮冷却效率来降低齿轮箱对滑油的需求量，对于降低发动机滑油系统设计难度，减轻发动机整机重量等，能够带来极大的好处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高效冷却结构的齿轮，其能减小冷却所需的滑油量提供良好的条件。

为实现所述目的的具有高效冷却结构的齿轮，具有坯体以及在坯体外周侧形成的多个轮齿以及在坯体内周侧形成的轴孔，其特点是，包括在各个所述轮齿的内部形成的至少一个滑油通孔，所述滑油通孔在所述轴孔内壁到所述轮齿的轮廓面之间贯穿，在所述轴孔的内壁形成有环形的集油槽，所述滑油通孔的内端贯穿所述集油槽，以使所述集油槽的油能在所述齿轮旋转产生的离心力作用下流入所述滑油通孔并从所述轮廓面侧甩出。

所述的齿轮，其进一步的特点是，所述集油槽具有交替分布的较深部和较浅部，所述滑油通孔的内端贯穿所述较深部的壁面。

集油槽具有交替分布的较深部和较浅部，所述滑油通孔的内端贯穿所述较深部的壁面，以使所述较深部里的油能在所述齿轮旋转产生的离心力作用下流入所述滑油通孔并从所述轮廓面侧甩出。

所述的齿轮，其进一步的特点是，在所述轮齿的宽度方向上分布多个所述滑油通孔。

所述的齿轮，其进一步的特点是，所述滑油通孔在所述较深部的最底部和所述轮齿的顶部之间贯穿。

所述的齿轮，其进一步的特点是，所述坯体在其外周面形成所述多个轮齿的基体以及与基体成一体的空心轴。

所述的齿轮，其进一步的特点是，所述齿轮是人字形齿轮、斜齿轮、圆柱齿轮或弧齿锥齿轮。

所述的齿轮，其进一步的特点是，所述滑油通孔的直径为0.2mm～2mm。

所述的齿轮，其进一步的特点是，在所述齿轮的横向断面，所述较深部呈凹弧形。

所述的齿轮，其进一步的特点是，在所述齿轮的横向断面，所述较浅部呈凸弧形或直线形。

所述的齿轮，其进一步的特点是，所述齿轮是齿轮传动风扇发动机的星型减速器中的齿轮。

本发明通过引入带有深浅交替分布的集油槽以及连通集油槽的冷却孔的高效冷却结构，能够有效降低高速齿轮冷却所需的滑油量，特别是应用于如齿轮传动风扇航空发动机的大功率减速器中，能够显著提高滑油对齿轮的冷却效率，减少减速器对滑油的需求量，同时由于减速器中的滑油流量减少，可有效减少齿轮由于搅拌滑油产生的热量，提高减速器传动效率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一实施例中具有高效冷却结构的齿轮的轴测视图。

图2为沿图1中齿轮的轴向剖开的剖视图。

图3为沿图1中齿轮的横向剖开的剖视图。

图4为图3中A处的局部放大视图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

如图1所示，具有高效冷却结构的齿轮1具有坯体11以及在坯体11外周侧形成的多个轮齿110。在图1示出的齿轮1是与齿轮轴(空心轴)121成一体的人字形齿轮，齿轮轴121和形成多个齿轮110的基体101共同构成了坯体11，在对称设置的轮齿110之间为退刀槽111，从设计理论的角度来看，退刀槽111两侧的对称的轮齿110构成一个人字形。

值得一提的是，虽然图1示出了人字形齿轮以及齿轮和齿轮轴成一体的实施例，但在本发明的其他实施例中，轮齿还可以是其他形状，例如斜齿轮、圆柱齿轮或弧齿锥齿轮，轮齿的形状不限，齿轮本体与齿轮轴也可以是分体的。即在本发明的其他实施例中，齿轮1的坯体11可以仅仅是基体101而不包括齿轮轴121。

如图2至图4所示，在坯体11的轴孔即齿轮轴121的轴孔的内侧形成有集油槽14，集油槽14的位置大致与轮齿1位于同一个轴向长度位置，集油槽14的宽度基本上与图1中左右两侧的轮齿110以及退刀槽111的宽度相等或稍微小或者稍微大。集油槽14为环形形状，其可以是在齿轮轴121的内壁面通过机加工的方式成形，不过成形工艺不限于机加工。在齿轮1的坯体11不包括齿轮轴121的场合，集油槽14可以直接成形于坯体11即基体101的轴孔内壁。

在较佳的实施例中，集油槽14具有交替分布的较深部141和较浅部142，较深部141从径向来看比较浅部142更深，即机加工时去除的材料更多。在本发明的其他实施例中，集油槽14的深度可以是均匀一致的，或者是有规律地变化或者无规律地变化。

在图4所实施的实施例中，即从横向断面来看，较浅部142呈直线形，而较深部141呈凹圆弧形。在本发明的其他实施例中，较浅部142还可以是其他规则形状或者不规则形状，例如还可以使凸弧形，较深部141也还可以是其他规则形状或者不规则形状。

滑油通孔13在较深部141的谷底即最底部位置和轮齿110的齿顶114表面之间贯穿，滑油通孔13为直径较小的孔，其直径以不实质性降低轮齿110的强度为限，大概在0.2mm到2mm之间。

在其他实施例中，滑油通孔13不限于从轮齿110的齿顶114穿出，还可以是从轮齿110的齿侧面115或齿根部116穿出，还可以是从多个位置穿出。

滑油通孔13的形状也不限于是直线形，可以是弧形或其他形状。

在较佳的实施例中，较深部141与轮齿110基本上是一一对应。但是在其他实施例中，也可以是一个较深部141对应两个或以上的轮齿110。较深部141和较浅部142的交错布置形成一个类似花瓣的形状或者花键的形状。

前述实施例的主要机理为在齿轮1的每一个轮齿110内部加工若干个直径很小的通孔13，这些通孔13贯穿齿轮1的轮齿110与齿轮轴121内孔壁，在齿轮轴121内孔壁打孔处设有剖面形状为花瓣形的环形槽即集油槽14。在齿轮1工作时，原来从啮出侧供油的喷嘴仍然向啮出侧供油，另外有一个或多个喷嘴向齿轮轴内孔壁喷射滑油，也可以在集油槽14处喷射滑油，如图4所示，沿喷射方向J喷油。滑油沿齿轮轴121的内孔流至集油槽14聚集，由于齿轮轴121(旋转方向R)旋转产生的离心力，集油槽14内的滑油被甩入若干个直径很小的通孔13，最终从孔靠近轮齿110的另一端即外端流出。滑油通过在上述直径很小的孔13内流动过程与齿轮1进行热交换来对齿轮1进行冷却降温，与背景技术部分所述的结构进行对比，前述实施例可以将原有结构中向啮出侧喷射的滑油中的被反射掉未参与热交换的那一部分喷入齿轮轴121内孔壁面，并通过冷却孔即通孔13对齿轮1的轮齿110进行换热冷却，能够提高滑油的总冷却效率，减少齿轮对冷却滑油的需求量。

由于齿轮1在工作时存在温度梯度，轮齿110部分的温度要明显高于轮坯温度，因此上述在轮齿110内部所设置的冷却孔即通孔13可以使轮齿110和冷却孔13内流动的滑油之间温差增大，有利于加强对流换热冷却效果。由于集油槽14的的较深部141的深度能满足储存足够冷却齿轮所需的滑油量，因此配合于滑油通孔13，花瓣形的环形的集油槽14的结构能够提高滑油利用效率。

沿轮齿110的宽度方向设置了大量直径很小的冷却孔13，使得滑油与轮齿110对流换热的接触面积大大增加，也有利于加强对流换热冷却效果，最终能够显著降低轮齿温度，起到减少滑油需求量的作用。

前述实施例通过引入带有冷却孔的高效齿轮冷却结构，能够有效降低高速齿轮冷却所需的滑油量，特别是应用于如GTF减速器的大功率减速器中，能够显著提高滑油对齿轮的冷却效率，减少减速器对滑油的需求量，同时由于减速器中的滑油流量减少，可有效减少齿轮由于搅拌滑油产生的热量，提高减速器传动效率。

前述实施例除了应用于如GTF减速器外，还可以应用于其他需要减小滑油供应量且能提高滑油利用效率的场合。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.具有高效冷却结构的齿轮，具有坯体以及在坯体外周侧形成的多个轮齿以及在坯体内周侧形成的轴孔，其特征在于，包括在各个所述轮齿的内部形成的至少一个滑油通孔，所述滑油通孔在所述轴孔内壁到所述轮齿的轮廓面之间贯穿，在所述轴孔的内壁形成有环形的集油槽，所述滑油通孔的内端贯穿所述集油槽，以使所述集油槽的油能在所述齿轮旋转产生的离心力作用下流入所述滑油通孔并从所述轮廓面侧甩出，其中，所述集油槽具有交替分布的较深部和较浅部，所述滑油通孔的内端贯穿所述较深部的壁面。

2.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，在所述轮齿的宽度方向上分布多个所述滑油通孔。

3.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，所述滑油通孔在所述较深部的最底部和所述轮齿的顶部之间贯穿。

4.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，所述坯体包括在其外周面形成所述多个轮齿的基体以及与基体成一体的空心轴。

5.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，所述齿轮是人字形齿轮、斜齿轮、圆柱齿轮或弧齿锥齿轮。

6.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，所述滑油通孔的直径为0.2mm～2mm。

7.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，在所述齿轮的横向断面，所述较深部呈凹弧形。

8.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，在所述齿轮的横向断面，所述较浅部呈凸弧形或直线形。

9.如权利要求1所述的齿轮，其特征在于，所述齿轮是齿轮传动风扇航空发动机的星型减速器中的齿轮。