CN106195136B

CN106195136B - 一种齿轮驱动风扇(gtf)发动机齿轮传动装置

Info

Publication number: CN106195136B
Application number: CN201610594040.2A
Authority: CN
Inventors: 魏静; 白培鑫; 张鸿
Original assignee: Chongqing University; Civil Aviation University of China
Current assignee: Chongqing University; Civil Aviation University of China
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2019-04-16
Anticipated expiration: 2036-07-26
Also published as: CN106195136A

Abstract

本发明涉及一种齿轮驱动风扇(GTF)发动机齿轮传动装置包括风扇套筒、人字内齿圈、人字行星齿轮、行星架、输入花键套、两个太阳齿轮、传动轴等。太阳齿轮输入，行星齿轮只作自转，人字内齿圈输出；人字内齿圈与传动轴联接，传动轴通过花键与风扇套筒联接，风扇套筒作为输出端与风扇联接，从而实现减速增扭运动。风扇套筒与输入花键套的转速比等于太阳齿轮与人字内齿圈齿数比。本发明降低风扇转子转速，使风扇和低压涡轮不需在同一个转速下工作，让风扇在气动损失和噪声都较小的较低转速下工作，从而增大发动机涵道比；同时，使低压转子得以在效率较高的高转速下工作，以匹配高压转子的最佳转速，使发动机具有低噪声、低排放、低耗油率等优点。

Description

一种齿轮驱动风扇(GTF)发动机齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，尤其涉及一种齿轮驱动风扇（GTF）发动机齿轮传动装置。

背景技术

降低耗油率和减少污染排放是下一代民用航空发动机的主攻发展方向。齿轮驱动风扇（Geared Turbofan Engine，GTF）发动机具有低排放、低噪声、低油耗和低维护费用等优点。

目前，在大推力（大于70.00 kN）高涵道比涡扇发动机中，风扇均由低压涡轮直接驱动；一般在风扇转子后还装有3-5级增压压气机（有时也称低压压气机），以增加发动机的总压比及内涵的空气流量。但这种设计存在先天的缺点，即增压压气机、低压涡轮均未在它们的最佳转速下工作，使得发动机级数增多，这是因为高涵道比涡轮风扇发动机的风扇直径很大，受叶尖切线速度限制，风扇转子只能工作于较低转速下。由于风扇（加上增压压气机）是由低压涡轮直接驱动的，增压压气机、低压涡轮的转速大大低于它们的最佳工作转速；为达到发动机总体设计要求，只得增加增压压气机及低压涡轮的级数。

齿轮驱动风扇（GTF）发动机相对于传统的双转子涡轮风扇发动机，核心机没有根本变化，仅仅是增加了一个减速箱。鉴于齿轮驱动风扇（GTF）发动机技术性能特点和性能优势，在支线飞机和单通道干线飞机发动机，齿轮驱动风扇（GTF）发动机有着诱人的市场应用发展前景。

在齿轮驱动风扇（GTF）发动机中，因为采用了独特的传动风扇减速器和TALON燃烧室，齿轮传动装置使发动机的风扇工作独立于低压压气机和涡轮，从而使燃油的燃烧效率更高，风扇转速更低，具有低油耗、低噪声、低排放和低维修成本等优点。齿轮传动装置作为齿轮驱动风扇（GTF）发动机中的重要组成部分，其主要作用在于风扇工作独立于低压压气机和涡轮，转换必要的转矩和转速，保证风扇的正常工作。其设计制造优劣对整个齿轮驱动风扇（GTF）发动机的性能有重要影响。

现有技术中，在双转子发动机的低压涡轮、增压压气机与风扇间装1个减速器，首先使前二者能在最佳转速下工作，然后通过减速器将转速降低到风扇的最佳转速来驱动风扇工作，使3个部件均工作于最佳转速下。其太阳轮、行星轮采用整体人字齿，内齿圈A和内齿圈B为斜齿内齿轮并通过斜齿外花键与齿轮联轴器联接，齿轮联轴器再通过直齿内花键与输出轴联接。行星轮均通过行星轮轴固定在箱体上，星轮只做自转，运转时行星轮的空间位置不变；输出轴处采用球面滚子轴承。采用人字行星轮系的传动方案使得减速器具有体积小巧，承载能力强，传递功率大，振动噪声小的优点。

但采用两斜齿内齿圈拼接而成人字内齿圈，无法保证两齿段斜面组合联接时的装配精度，螺栓起联接作用，定位作用有限。齿轮作为精密传动零件，对误差非常敏感，另外分开的内齿圈轴向组合联接时很难保证左右旋向的两个齿圈齿向对中性好，整个齿圈一周的每个齿均存在左右旋向较大的齿向对中误差，而且径向方向和圆周方向无法精确定位，这样就会产生较大的轴向力，影响传动平稳性等，从而失去人字齿的部分优势。

发明内容

为了解决现有的齿轮驱动风扇(GTF)发动机齿轮传动系统中，零件组合装配定位精度的问题，本发明提出了一种齿轮驱动风扇（GTF）发动机齿轮传动装置，此装置采用组合式分段人字太阳轮，其结构简单、拆卸更换容易，能够满足加工和装配工艺要求，大大提高组合装配精度，能满足企业的实际需求，填补相关技术空白。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种齿轮驱动风扇(GTF)发动机齿轮传动装置:

包括行星架罩、行星架、人字内齿圈、输入花键套、太阳轮固定螺母、太阳齿轮A、太阳齿轮B、行星轴、人字行星齿轮、人字行星齿轮轴承、传动轴和风扇套筒。

若干个所述的人字行星齿轮安装在对应的行星轴上，所述行星轴安装在行星架上。行星架固定在外部箱体上，人字行星齿轮只作自转。所述行星轴均布在太阳齿轮A和太阳齿轮B的周围。

所述的若干个人字行星齿轮与人字内齿圈相啮合，形成内啮合传动。

太阳齿轮A与太阳齿轮B固定联接在一起。太阳齿轮A与太阳齿轮B均为斜齿轮，二者旋向相反且与人字行星齿轮啮合，形成外啮合齿轮传动。

所述太阳齿轮A通过花键与输入花键套同轴联接。

所述输入花键套通过柔性联接的方式，接入低压涡轮装置提供的动力。

所述人字内齿圈通过花键与传动轴同轴联接。所述传动轴通过花键与风扇套筒同轴联接，从而实现减速运动。风扇套筒与输入花键套的转速比等于太阳齿轮A与人字内齿圈齿数比。通过所述风扇套筒对风扇传递动力。

进一步，行星轴一端有螺纹，通过行星轴固定螺母安装在行星架上，行星轴呈空心悬臂结构。

进一步，还包括一个圆柱滚子轴承和一个向心球轴承。这两个轴承安装在所述风扇套筒上。

进一步，所述太阳齿轮A为空心齿轮，一端与输入花键套联接、另一端与太阳齿轮B联结。所述太阳齿轮A面向太阳齿轮B的端面上，具有若干个均匀分布的凸台。所述太阳齿轮B面向太阳齿轮A的端面上，具有若干个均匀分布的凹槽。太阳齿轮A上的凸台与这些凹槽相配合，以实现太阳齿轮B和太阳齿轮A的周向定位。

进一步，传动轴左端的内花键与人字内齿圈的外花键联接，传动轴右端的外花键与风扇套筒的内花键联接。

与现有技术相比，本发明的有益成果如下：

（1）采用整体人字行星齿轮、人字内齿圈和分体斜齿太阳轮的组合形式解决了人字齿轮装配困难和人字内齿圈组合装配定位精度的问题。

（2）传动轴左端的内花键与人字内齿圈的外花键联接，保证径向浮动和均载效果；传动轴右端的外花键与风扇套筒的内花键联接，可以增加传动轴的柔性和径向浮动效果。

附图说明

图1是一种齿轮驱动风扇（GTF）发动机齿轮传动装置剖视图。

图2是该齿轮传动装置凸显齿轮分布位置的示意性侧视图。

图3是齿轮驱动风扇（GTF）发动机齿轮传动装置整体图。

图4是该齿轮传动装置所采用轮系的空间布置图。

图5是太阳齿轮A结构图。

图6是太阳齿轮B结构图。

图7是太阳齿轮组成结构图。

图8是太阳齿轮剖视图。

图中：1：行星架罩；2：行星架；3：人字内齿圈；4：输入花键套；5：太阳轮固定螺母；6：太阳齿轮A；7：太阳齿轮B；8：行星轴；9：行星轴固定螺母；10：人字行星齿轮；11：人字行星齿轮轴承；12：传动轴；13：风扇套筒；14: 圆柱滚子轴承；15：向心球轴承。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

参见图1，一种齿轮驱动风扇(GTF)发动机齿轮传动装置，主要包括：行星架罩1、行星架2、人字内齿圈3 、输入花键套4、太阳轮固定螺母5 、太阳齿轮A6、太阳齿轮B7、行星轴8、行星轴固定螺母9、人字行星齿轮10、人字行星齿轮轴承11、传动轴12、风扇套筒13、圆柱滚子轴承14和向心球轴承15。

参见图2，若干个所述的人字行星齿轮10安装在对应的行星轴8上，所述行星轴8安装在行星架2上。行星架2固定在外部箱体上，人字行星齿轮10只作自转。所述行星轴8均布在太阳齿轮A6和太阳齿轮B7的周围。实施例中，行星轴8一端有螺纹，通过行星轴固定螺母9安装在行星架2上，行星轴8呈空心悬臂结构。

所述的若干个（三个，但不局限于三个）人字行星齿轮10与人字内齿圈3相啮合，形成内啮合传动。行星轮个数越多，对均载和浮动特性要求就更高。

太阳齿轮A6与太阳齿轮B7固定在一起，二者同轴，可以通过太阳轮固定螺母5联接。实施例中，所述太阳齿轮A6为空心齿轮，一端与输入花键套4联接、另一端与太阳齿轮B7联结。所述太阳齿轮A6面向太阳齿轮B7的端面上，具有若干个（六个，但不局限于六个）均匀分布的凸台。所述太阳齿轮B7面向太阳齿轮A6的端面上，具有若干个均匀分布的凹槽（六个，但不局限于六个）。太阳齿轮A6上的凸台与这些凹槽相配合，以实现太阳齿轮B7和太阳齿轮A6的周向定位。太阳齿轮B7内有腹板，实现太阳齿轮的轴向定位。太阳轮悬臂加空心结构，可以增加均载和径向浮动效果。

太阳齿轮A6与太阳齿轮B7均为斜齿轮，二者旋向相反且与人字行星齿轮10啮合，形成外啮合齿轮传动。

优选地，太阳齿轮A6中间开有大直径中心孔，壁厚较薄，悬臂加空心结构，可以增加输入花键套4的柔性和减轻装置整体质量，增加太阳轮的浮动效果。

所述太阳齿轮A6通过花键与输入花键套4同轴联接。圆柱滚子轴承14和一个向心球轴承15套在所述风扇套筒13上，其内圈与风扇套筒13的外壁固定。

所述输入花键套4通过柔性联接的方式，接入低压涡轮装置提供的动力。

所述人字内齿圈3通过花键与传动轴12同轴联接。所述传动轴12通过花键与风扇套筒13同轴联接，从而实现减速运动。实施例中，传动轴12左端具有一个套筒。所述套筒具有内花键。所述人字内齿圈3的外表面具有外花键。传动轴12与人字内齿圈3通过花键联结。可以增加传动轴12的柔性和径向浮动效果。

在齿轮系统中，太阳齿轮A6和太阳齿轮B7输入，人字行星齿轮10只作自转，人字内齿圈3输出。风扇套筒13与输入花键套4的转速比等于太阳齿轮与人字内齿圈3齿数比。

Claims

1.一种齿轮驱动风扇(GTF)发动机齿轮传动装置，其特征在于:

包括行星架罩（1）、行星架（2）、人字内齿圈（3）、输入花键套（4）、太阳齿轮A（6）、太阳齿轮B（7）、行星轴（8）、人字行星齿轮（10）、人字行星齿轮轴承（11）、传动轴（12）和风扇套筒（13）；

若干个所述的人字行星齿轮（10）安装在对应的行星轴（8）上，所述行星轴（8）安装在行星架（2）上；行星架（2）固定在外部箱体上，人字行星齿轮（10）只作自转；所述行星轴（8）均布在太阳齿轮A（6）和太阳齿轮B（7）的周围；

所述的若干个人字行星齿轮（10）与人字内齿圈（3）相啮合，形成内啮合传动；所述人字行星齿轮（10）和人字内齿圈（3）均是整体结构；

太阳齿轮A（6）与太阳齿轮B（7）固定联接在一起；太阳齿轮A（6）与太阳齿轮B（7）均为斜齿轮，二者旋向相反且与人字行星齿轮（10）啮合，形成外啮合齿轮传动；太阳齿轮A（6）和太阳齿轮B（7）组合成分体斜齿太阳轮；

所述太阳齿轮A（6）通过花键与输入花键套（4）同轴联接；

所述输入花键套（4）通过柔性联接的方式，接入低压涡轮装置提供的动力；

所述人字内齿圈（3）通过花键与传动轴（12）同轴联接；所述传动轴（12）通过花键与风扇套筒（13）同轴联接，从而实现减速运动；风扇套筒（13）与输入花键套（4）的转速比等于太阳齿轮A（6）与人字内齿圈（3）齿数比；通过所述风扇套筒（13）对风扇传递动力。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮驱动风扇（GTF）发动机齿轮传动装置，其特征在于：行星轴（8）一端有螺纹，通过行星轴固定螺母（9）安装在行星架（2）上，行星轴（8）呈空心悬臂结构。

3.根据权利要求1所述的一种齿轮驱动风扇（GTF）发动机齿轮传动装置，其特征在于：还包括一个圆柱滚子轴承（14）和一个向心球轴承（15）；这两个轴承安装在所述风扇套筒（13）上。

4.根据权利要求1所述的一种齿轮驱动风扇（GTF）发动机齿轮传动装置，其特征在于：所述太阳齿轮A（6）为空心齿轮，一端与输入花键套（4）联接、另一端与太阳齿轮B（7）联结；所述太阳齿轮A（6）面向太阳齿轮B（7）的端面上，具有若干个均匀分布的凸台；所述太阳齿轮B（7）面向太阳齿轮A（6）的端面上，具有若干个均匀分布的凹槽；太阳齿轮A（6）上的凸台与这些凹槽相配合，以实现太阳齿轮B（7）和太阳齿轮A（6）的周向定位。

5.根据权利要求1所述的一种齿轮驱动风扇（GTF）发动机齿轮传动装置，其特征在于：传动轴（12）左端具有一个套筒；所述套筒具有内花键；所述人字内齿圈（3）的外表面具有外花键；传动轴（12）与人字内齿圈（3）通过花键联结。