CN106704490B - 一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的结构，包括箱体和轮系部分，箱体内部设置有支撑体，支撑体的侧壁与箱体的侧壁对应平行，轮系部分包括4组轮组，每一组均位于支撑体和箱体的侧壁之间，每组轮组均垂直于箱体侧壁设置，轮系部分包括直齿锥齿轮，相邻两组轮系部分的锥齿轮互相啮合。本发明的有益效果，交叉式直齿锥齿轮功率分流传动齿轮箱传动平稳，承载能力强，可实现多路功率交叉分流、汇流，如一进一出、一进两出、一进三出、两进一出、两进两出、三进一出等情况；亦可多组该传动装置配合使用，实现多台发动机并车的功能。本发明具有结构紧凑，体积小，重量轻，易加工，功能丰富等优点，便于推广使用。

Description

一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置

技术领域

本发明属于齿轮结构传动技术领域，涉及一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置。

背景技术

齿轮功率分流传动系统广泛应用于航空、航海、汽车工业的发动机和减速器中，通常有行星传动、星型传动、平行轴传动等多种形式。功率分流技术的原理是将所需传递的转矩或功率分流成n支，每个分支仅传递其原载荷的1/n，这样每对啮合齿轮所承受的载荷大大降低。有效地减小了齿轮的直径、线速度以及整个系统的体积和重量，在运转速度高、传递载荷大或齿轮箱安装空间小等特殊工况下，应该首选基于功率分流技术的齿轮分流传动系统。但是，传统的星型、行星和平行轴形式的齿轮分流系统结构复杂,且只适用于传动轴相互平行的情况，功率分流、汇流方向单一，无法实现功率交叉分流，具有一定局限性。

近年来，研究人员提出了一种弧齿锥齿轮分流传动系统，具有体积小、重量轻，结构简单紧凑等优点。但是，由于弧齿锥齿轮的齿面几何拓扑非常复杂，计算以及加工制造都很困难，限制了其在工程应用中的推广和普及。并且，这方面的研究只是对可应用于直升机传动的一进两出工况进行了分流计算和实验研究，并未给出该系统详细结构、布置方法以及其它诸如多路功率分流、汇流的实施方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置，解决了现有齿轮功率分流传动系统存在的功率分流、汇流方向单一、结构复杂以及曲面齿轮难于加工制造的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置，包括箱体和轮系部分，箱体为四棱柱结构，箱体侧壁均开有安装孔，箱体内部设置有横截面为正方形的筒状的支撑体，支撑体的侧壁与箱体的侧壁对应平行，支撑体侧壁均开有轴承固定孔；

轮系部分包括4组轮组，每一组均位于支撑体和箱体的侧壁之间，每组轮组均垂直于箱体侧壁设置，每组轮组分别包括阶梯轴，阶梯轴的一端伸入支撑体的轴承固定孔，阶梯轴的另一端伸出箱体安装孔，阶梯轴轴肩的一侧依次外套有直齿锥齿轮和单列圆锥滚子轴承，阶梯轴轴肩的另一侧依次外套有双列圆锥滚子轴承和轴承盖，相邻两组轮组的直齿锥齿轮互相啮合。

本发明技术方案的特点还在于，

其中箱体部分沿安装孔直径所在水平面分为上箱体和下箱体两部分，上箱体和下箱体的结合面通过法兰连接，在箱体的安装孔边缘设置有凸台，凸台垂直于箱体侧壁向外延伸，并与上箱体和下箱体的法兰平齐。

其中直齿锥齿轮和单列圆锥滚子轴承沿阶梯轴轴向依次紧密排列，并且单列圆锥滚子轴承位于支撑体的轴承固定孔内。

其中双列圆锥滚子轴承的轴承外圈上套筒，套筒通过上、下箱体的安装孔凸台支撑固定，并且双列圆锥滚子轴承和轴承盖沿阶梯轴轴向依次紧密排列，轴承盖通过螺钉固定在安装孔凸台的端面上，轴承盖与安装孔凸台之间设置有调整垫片。

其中支撑体固定在下箱体底面中心，支撑体沿轴承固定孔的直径所在水平面分为上、下两部分，上、下两部分通过螺钉固定连接。

其中箱体相对的两侧壁的安装孔同轴设置，箱体侧壁的安装孔与相对的支撑体的轴承固定孔同轴设置。

其中上箱体顶面设置有透视盖，透视盖与上箱体通过透视盖螺栓连接。

其中上箱体和下箱体的结合面、套筒与箱体接触部均设置有垫片。

本发明的有益效果在于，解决了现有齿轮功率分流传动系统存在的功率分流、汇流方向单一、结构复杂以及曲面齿轮难于加工制造的问题。交叉式直齿锥齿轮功率分流传动齿轮箱传动平稳，承载能力强，可实现多路功率交叉分流、汇流，如一进一出、一进两出、一进三出、两进一出、两进两出、三进一出等情况；亦可多组该传动装置配合使用，实现多台发动机并车的功能。本发明具有结构紧凑，体积小，重量轻，易加工，功能丰富等优点，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的立体图；

图2是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的俯视图；

图3是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的模型爆炸效果图；

图4是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的阶梯轴的结构示意图；

图5是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的直齿锥齿轮的结构示意图；

图6是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的支撑体的结构示意图；

图7是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的上箱体的结构示意图；

图8是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的下箱体的结构示意图；

图9是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的不同功率分流汇流情况示意图；

图10是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置用于直升机功率分流传动的系统简图；

图11是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置用于船舰双引擎并车传动的系统简图；

图12是本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的一进二出工况下的分流原理简图。

图中，1.上箱体，2.阶梯轴，3.单列圆锥滚子轴承，4.套筒，5.调整垫片，6.轴承盖，7.支撑体，8.下箱体，9.双列圆锥滚子轴承，10.直齿锥齿轮，11.透视盖，12.透视盖螺栓，13.主减速器，14.旋翼轴，15.主旋翼，16.尾部减速器，17.尾翼轴，18.尾部旋翼，19.第一主引擎，20.第二主引擎，21.第一液力偶合器，22.第二液力偶合器，23.第一减速器，24.离合器，25.第二减速器，26.螺旋桨。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的立体图、俯视图和模型爆炸效果图，如图1、2和3所示，包括箱体和轮系部分，箱体为四棱柱结构，箱体侧壁均开有安装孔，箱体内部设置有横截面为正方形的筒状的支撑体7，支撑体7的侧壁与箱体的侧壁对应平行，支撑体7侧壁均开有轴承固定孔；

轮系部分包括4组轮组，每一组均位于支撑体7和箱体的侧壁之间，每组轮组均垂直于箱体侧壁设置，每组轮组分别包括阶梯轴2，阶梯轴2的一端伸入支撑体7的轴承固定孔，阶梯轴2的另一端伸出箱体安装孔，阶梯轴2轴肩的一侧依次外套有直齿锥齿轮10和单列圆锥滚子轴承3，阶梯轴2轴肩的另一侧依次外套有双列圆锥滚子轴承9和轴承盖6，相邻两组轮组的直齿锥齿轮10互相啮合。

其中，直齿锥齿轮10和单列圆锥滚子轴承3沿阶梯轴2轴向依次紧密排列，并且单列圆锥滚子轴承3位于支撑体7的轴承固定孔内。双列圆锥滚子轴承9的轴承外圈上套筒4，套筒4通过上、下箱体1、8的安装孔凸台支撑固定，并且双列圆锥滚子轴承9和轴承盖6沿阶梯轴2轴向依次紧密排列，轴承盖6通过螺钉固定在安装孔凸台的端面上，轴承盖6与安装孔凸台之间设置有调整垫片5。

本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的阶梯轴和直齿锥齿轮的结构，如图4和5所示，直齿锥齿轮10与阶梯轴2采用花键连接，直齿锥齿轮10可满足一般要求的工业用途，而在对传动性能要求较高的场合则可以更换为零度弧齿锥齿轮。

本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的支撑体的结构，如图6所示，支撑体7固定在下箱体8底面中心，支撑体7沿轴承固定孔的直径所在水平面分为上、下两部分，上、下两部分通过螺钉固定连接。

本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的上箱体和下箱体的结构，如图7和8所示，箱体部分沿安装孔直径所在水平面分为上箱体1和下箱体8两部分，上箱体1和下箱体8的结合面通过法兰连接，在箱体的安装孔边缘设置有凸台，凸台垂直于箱体侧壁向外延伸，并与上箱体1和下箱体8的法兰平齐。箱体相对的两侧壁的安装孔同轴设置，箱体侧壁的安装孔与相对的支撑体7的轴承固定孔同轴设置。上箱体1顶面设置有透视盖11，透视盖11与上箱体1通过透视盖螺栓12连接。上箱体1和下箱体8的结合面和套筒4与箱体接触部均设置有垫片。

另外，单列圆锥滚子轴承3与阶梯轴2的配合为：h6。所述套筒4与双列圆锥滚子轴承9的轴承外圈的配合为：H7。双列圆锥滚子轴承9与阶梯轴2的配合为：h6。套筒4与轴承盖6的配合为：H7/h6。直齿锥齿轮10与花键的配合：H7/h6。

其使用方法是，将输入部分和输出部分分别与相应的阶梯轴2相连，即可实现多路功率交叉分流、汇流，如一进一出、一进两出、一进三出、两进一出、两进两出、三进一出等情况；亦可多组该传动装置配合使用。本装置的润滑方式是采用油管将润滑油直接喷向相邻齿轮的啮合部位。齿轮箱各部分装配完成后要检查整体的密封性，以免使用过程中润滑油泄露。本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的不同功率分流汇流情况示意图，如图9所示。

具体实施方式如下，

本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置用于直升机功率分流传动的系统简图和一进二出工况下的分流原理简图，如图10和12所示，本发明中的交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置在整个系统中起到功率分流的作用，即将从主轴传递来的功率经过系统交叉分流形成向上和向右两路功率，并经主减速器13和尾部减速器16从旋翼轴14和尾翼轴17两路输出，实现了单机带双旋翼的功能，可满足了直升机运动和动力传输的需求。交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置中的四个齿轮沿逆时针依次为第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮，第一齿轮与主轴相连，第四齿轮依次与主减速器13和主旋翼15相连，第三齿轮依次与尾部减速器16和尾部旋翼18相连。

输入功率经主轴传递到第一齿轮，第一齿轮通过相邻的齿轮副将功率传递到第二齿轮和第四齿轮，传递到第二齿轮的功率经过主减速器13和旋翼轴14输出到主旋翼15。传递到第四齿轮的功率经过齿轮副又传递到第三齿轮，然后由第三齿轮经过尾翼轴17、尾部减速器16输出到尾部旋翼18。主轴传递来的功率在主旋翼轴14和尾翼轴17上的分配比例由各自负载决定，也即主旋翼13和尾部旋翼18的工作阻力。第四齿轮作为过渡齿轮，不输出功率。

本发明的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置用于船舰双引擎并车传动的系统简图和一进二出工况下的分流原理简图，如图11和12所示。改功率分流系统包括上下两支路，在该系统中，交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置的四个齿轮沿逆时针依次为第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮，在上支路中，第一齿轮依次与第一减速器23、第一液力偶合器21及第二主引擎20相连，第二齿轮与离合器24相连，第三齿轮依次与第二减速器25和螺旋桨26相连；在下支路中，第一齿轮依次与第一减速器23、第二液力偶合器22及第一主引擎19相连，第四齿轮与离合器24相连，第三齿轮依次与第二减速器25和螺旋桨26相连。

当第一主引擎19和第二主引擎20同时运行时，若第一液力偶合器21和第二液力偶合器22闭合，离合器24打开，为单引擎带动单螺旋浆运行的工况。当主引擎19单独运行时，若第一液力偶合器21打开，(或第二主引擎20单独运行时，若第一液力偶合器22打开)，离合器24闭合，为单引擎带动双螺旋浆运行的工况。当单引擎带动单螺旋浆运行时(以第一主引擎19为例)，第一主引擎19输出的功率，经过转轴、第二液力耦合器22和第一减速器23传递到输入第一齿轮，又分别经第一齿轮和第四齿轮的齿轮副和第一齿轮和第二齿轮的齿轮副传递到第四齿轮和第二齿轮，传递到第二齿轮的功率经过转轴、第二减速器25经下路螺旋桨26输出。由于离合器24打开，故传递到第四齿轮的功率也经过转轴、第二减速器25经下路螺旋桨26输出，上路工作情况类似，不再赘述。在单引擎带动单螺旋浆运行工况下，本发明交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置处于一进一出的情况，即功率由第一齿轮进入并分流，然后分别经第四齿轮和第二齿轮汇流到第三齿轮输出。

当单引擎带动双螺旋浆运行时(仍以第一主引擎19为例)，第一主引擎19输出的功率，经过转轴、第二液力耦合器22和第一减速器23传递到输入第一齿轮，又分别经第一齿轮和第四齿轮的齿轮副和第一齿轮和第二齿轮的齿轮副传递到第四齿轮和第二齿轮，传递到第二齿轮的功率经过转轴、第二减速器25经下路螺旋桨26输出。由于离合器24闭合，故传递到第四齿轮的功率也被分流，一路经过转轴、第二减速器25经下路螺旋桨26输出；另一路经过转轴、离合器24以及上路功率分流齿轮箱、第二减速器25，最后经上路螺旋桨26输出。在单引擎带动双螺旋浆运行工况下，本发明交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置处于一进两出的情况，即功率由第一齿轮进入并分流到第四齿轮和第二齿轮，然后一部分功率经第二齿轮、齿轮副到第三齿轮输出，另一部分功率经第四齿轮又进行分流，一路经离合器24沿上路螺旋桨26输出，另一路经齿轮副到第三齿轮并与由第二齿轮传递过来的功率汇流后输出。

本发明的有益效果如下，解决了现有齿轮功率分流传动系统存在的功率分流、汇流方向单一、结构复杂以及曲面齿轮难于加工制造的问题。轮系部分主要实现该装置功率分流、汇流功能；直齿锥齿轮与轴采用花键连接，能够应对高转速、大扭矩的要求；上箱体、下箱体主要为该装置的核心工作部件即轴系部分提供一个相对封闭的空间，以防止外界颗粒物进入以及润滑油泄漏，同时也为轴系提供支撑作用，而支撑竖板也起支撑作用；上、下箱体凸台的设置，便于保证上、下箱体与箱体上的安装孔之间较好的垂直度，箱体相对安装孔较好的同轴度，能够提高齿轮副的安装精度以及传动精度；透视盖方便从外部观察箱体内部情况，也方便加装润滑油及调整润滑位置；套筒与箱体接触部可安装薄垫片，能够实现直齿锥齿轮的轴向位置微调，达到调整齿面接触印痕的目的；上箱体和下箱体的结合面垫片的设置，起到一定的密封作用；轴承盖和安装孔凸台之间调整垫片的设置，能够调节轴承盖与轴承的间隙。

本系统采用直齿锥齿轮，与弧齿锥齿轮相比，直齿锥齿轮制造成本低，便于加工，同时直齿可经过修形，性能上探，切修形也较弧齿容易，因此可使该分流系统能够用于一般工业用途，适用范围更广泛。弧齿锥齿轮虽在安装误差敏感性和运转平稳性方面优于直齿锥齿轮，但制造成本高，加工调整困难，需要专用机床和刀具，一般用于对性能要求高于对成本控制要求的航空等工业中，在一般工业用途中难于推广。

交叉式直齿锥齿轮功率分流传动齿轮箱传动平稳，承载能力强，可实现多路功率交叉分流、汇流，如一进一出、一进两出、一进三出、两进一出、两进两出、三进一出等情况；亦可多组该传动装置配合使用，实现多台发动机并车的功能。本发明具有结构紧凑，体积小，重量轻，易加工，功能丰富等优点，便于推广使用。

Claims (5)

1.一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置，包括箱体和轮系部分，其特征在于，所述箱体为四棱柱结构，箱体侧壁均开有安装孔，箱体内部设置有横截面为正方形的筒状的支撑体（7），支撑体（7）的侧壁与箱体的侧壁对应平行，支撑体（7）侧壁均开有轴承固定孔；

轮系部分包括4组轮组，每一组均位于支撑体（7）和箱体的侧壁之间，每组轮组均垂直于箱体侧壁设置，每组轮组分别包括阶梯轴（2），阶梯轴（2）的一端伸入支撑体（7）的轴承固定孔，阶梯轴（2）的另一端伸出箱体安装孔，阶梯轴（2）轴肩的一侧依次外套有直齿锥齿轮（10）和单列圆锥滚子轴承（3），阶梯轴（2）轴肩的另一侧依次外套有双列圆锥滚子轴承（9）和轴承盖（6），相邻两组轮组的直齿锥齿轮（10）互相啮合；

所述箱体部分沿安装孔直径所在水平面分为上箱体（1）和下箱体（8）两部分，上箱体（1）和下箱体（8）的结合面通过法兰连接，在箱体的安装孔边缘设置有凸台，凸台垂直于箱体侧壁向外延伸，并与上箱体（1）和下箱体（8）的法兰平齐；

所述上箱体（1）顶面设置有透视盖（11），透视盖（11）与上箱体（1）通过透视盖螺栓（12）连接；

所述上箱体（1）和下箱体（8）的结合面、套筒（4）与箱体接触部均设置有垫片。

2.根据权利要求1所述的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置，其特征在于，所述直齿锥齿轮（10）和单列圆锥滚子轴承（3）沿阶梯轴（2）轴向依次紧密排列，并且单列圆锥滚子轴承（3）位于支撑体（7）的轴承固定孔内。

3.根据权利要求2所述的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置，其特征在于，所述双列圆锥滚子轴承（9）的轴承外圈上套筒（4），套筒（4）通过上、下箱体的安装孔凸台支撑固定，并且双列圆锥滚子轴承（9）和轴承盖（6）沿阶梯轴（2）轴向依次紧密排列，轴承盖（6）通过螺钉固定在安装孔凸台的端面上，轴承盖（6）与安装孔凸台之间设置有调整垫片（5）。

4.根据权利要求3所述的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置，其特征在于，所述支撑体（7）固定在下箱体（8）底面中心，支撑体（7）沿轴承固定孔的直径所在水平面分为上、下两部分，上、下两部分通过螺钉固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种交叉式直齿锥齿轮功率分流传动装置，其特征在于，所述箱体相对的两侧壁的安装孔同轴设置，箱体侧壁的安装孔与相对的支撑体（7）的轴承固定孔同轴设置。

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