CN106795949A

CN106795949A - 紧凑型脊式传动装置

Info

Publication number: CN106795949A
Application number: CN201580054448.4A
Authority: CN
Inventors: 马克桑斯·圭勒蒙; 莱昂内尔·博迪安; 塞缪尔·雷蒙德·杰曼·拜奎里勒; 朱利安·费尔
Original assignee: Safran Transmission Systems SAS
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-10-06
Also published as: EP3204626A1; RU2017116043A; US20170298831A1; JP6621471B2; US10954862B2; RU2017116043A3; EP3204626B1; FR3026787B1; WO2016055727A1; CA2962869A1; JP2017531756A; CN106795949B; RU2702071C2; FR3026787A1

Abstract

本发明涉及一种包括用于航空器(1)的驱动齿轮箱(10)和附件(30)的组件，齿轮箱包括：适于被推进系统驱动的连接轴(110)、适于被连接轴(110)驱动的主轴(120)和两个锥齿轮(122，123)，这两个锥齿轮与主轴(120)是一体的并且具有不同的直径(d₁₂₂，d₁₂₃)，附件包括：包括锥齿轮(310)的高速附件轴(31)、包括锥齿轮(320)的低速附件轴(32)，使得附件轴(31，32)上的每个齿轮(310，320)与主轴(120)上的两个锥齿轮(122，123)中的一个啮合，以使得两个附件轴(31，32)相对于彼此以不同的速度旋转。

Description

紧凑型脊式传动装置

技术领域

本发明涉及涡轮发动机的领域。本发明尤其涉及辅助设备的安装和涡轮发动机中发动机的轴与使用附件齿轮箱(AGB)或传动齿轮箱(TGB)的该设备之间的动力的机械传动装置。

换言之，本发明涉及使得航空器的所谓的辅助设备能够被供给由推进单元产生的动力以及能够支持该设备的动力传输架构。

背景技术

附件齿轮箱支持被安装在发动机上并且是该发动机的或航空器的运行所必需的不同的辅助设备或附件。这些不同的附件可尤其包括发电机、启动器、交流发电机、燃料或油液压泵、多级润滑单元等等，并且该不同的附件被发动机轴通过传输轴机械地驱动。通常在涡轮发动机的压缩机处机械地获取(draw)驱动附件所必需的动力。

AGB适于在包括推进单元的航空器上实施，该推进单元能够发动所述航空器。推进单元通常为涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机。

当前存在正齿轮P1、P2、……的串接，该正齿轮的串接起源于从推进单元获取动力的传动轴TS，每个齿轮提供不同的输出速度(见图1)。

这种解决方案未提供为了整合AGB所需的紧凑性或设备所必需的减速比(速度的范围通常从6000rpm扩延至24000rpm)。

另外，存在某些类型的设备，这些设备各自需要数个不同的输入速度。例如，燃料泵具有两个泵级，这两个泵级中的每一个均具有在不同的旋转速度下优化的效率。因此，在两个级上加以相同的速度降低了泵的性能并且增大了系统的体积。因此，AGB的双速度输出将使得能够减小设备的尺寸。

文件US 2013/0247539描述了一种具有两个输出速度的AGB 10(见图2)。包括低速推进轴BS和高速推进轴HS的推进单元20经由锥齿轮供给由越过整个AGB 10的同心的传输轴组成的双动力传动系。事实上，第一外部轴ES1被高速轴HS驱动，第一内部轴IS被低速轴LS驱动。在那之后，第一外部轴ES1(相应地，内部轴IS1)驱动第二外部轴ES2(相应地，内部轴IS2)，以将传输重新定向为沿着设备的输入轴线。

如之前所提到的，第一外部轴ES1和第一内部轴IS1(相应地，第二轴ES2、IS2)为同心的并且每个以不同的速度旋转。以这种方式，AGB 10有效地传输了两个用以供给设备的旋转速度。

这种架构在设计与寿命方面(保持对准、动力传输传动系加倍、由此大量的部件、机械载荷等等)是麻烦的。此外，该架构需要适应于推进单元20，这限制了该架构与现有的单元20整合的能力。

因此，在紧凑型方面没有完全令人满意的解决方案。另外，在以减小的体积在数个速度下对设备进行供给的情况下，也不存在完全令人满意的解决方案。此外，可在航空器上实施而不需要对推进单元或设备进行大的修改的解决方案是优选的。

另外，AGB 10的一个设计方向被定向为如图3所示的“核心”类型的AGB，在紧凑性方面有所要求用以安置AGB 10和设备30、40、50、……。

发明内容

为此，本发明提出了一种组件，该组件包括用于驱动航空器的齿轮箱和设备，所述齿轮箱适于将航空器的推进单元的动力传输到所述设备，齿轮箱包括：

○连接轴，该连接轴适于被推进单元驱动，

○主轴，该主轴适于被连接轴驱动，

○与主轴一体的两个锥齿轮，所述齿轮具有不同的直径，

设备包括：

○包括锥齿轮的高速设备轴，

○包括锥齿轮的低速设备轴，

该组件的特征在于，设备轴的每个齿轮分别与主轴的两个锥齿轮中的一个啮合，使得两个设备轴以不同于彼此的速度旋转。

因此，由于动力传输传动系的下游被分为具有不同速度的两个旋转部，所以提出的架构是紧凑的。此外，该架构使得能够供给设备所需的两个输入速度。

本发明还包括被单独采用或组合采用的以下特征：

-锥齿轮被放置为彼此面对，使得沿相反的方向对两个设备轴进行驱动，

-连接轴相对于主轴是倾斜的，

-设备为多级燃料泵，

-设备为多级润滑单元。

本发明还提出了一种包括如之前所描述的组件的系统，该系统进一步包括推进系统，所述推进系统驱动连接轴。

另外，如之前所描述的组件或系统可包括至少两件设备，两件设备被齿轮箱的相同的锥齿轮驱动。

另外，如之前所描述的组件或系统具有至少一个为螺旋锥齿轮的锥齿轮。

本发明还提出了一种包括根据前述的介绍所述的系统的航空器，其中，推进系统为涡轮螺旋桨发动机。

本发明还独立地提出了一种组件，该组件包括用于驱动航空器的齿轮箱和设备，所述齿轮箱适于将推进单元的动力传输到所述设备，

齿轮箱包括：

○连接轴，该连接轴适于被推进单元驱动，

○主轴，该主轴适于被连接轴驱动，

○与主轴一体的锥齿轮，

设备包括：

○高速设备轴，

○低速设备轴，

该组件的特征在于，包括输入轴和输出轴的周转齿轮系被置于主轴与设备之间，输入轴包括锥齿轮，该锥齿轮被连接到主轴的锥齿轮并且与两个设备轴中的一个一同旋转，输出轴与另一个设备轴一同旋转，使得两个驱动轴具有不同的旋转速度。

本发明还独立地提出了一种用于驱动航空器的设备齿轮箱，该齿轮箱适于将推进单元的动力传输到至少一件设备，传输齿轮箱包括：

○包括锥齿轮的连接轴，该连接轴适于被推进单元驱动，

○主轴，该主轴包括：

■以第一锥齿轮的形式的接纳构件，该接纳构件适于被连接轴的锥齿轮驱动，以及

■第二锥齿轮，该第二锥齿轮适于驱动一件设备，

○次级轴，该次级轴被同轴地安装在主轴上并且独立地旋转，该次级轴包括：

■第一锥齿轮，该第一锥齿轮适于被连接轴的锥齿轮驱动，以及

■第二锥齿轮，该第二锥齿轮适于驱动另一件设备，

其中，连接轴的轴线和主轴的轴线是共点的并且形成了非直角，均适于被连接轴的锥齿轮驱动的主轴的锥齿轮和次级轴的锥齿轮具有不同的几何形状，使得主轴的和次级轴的旋转速度是不同的。

本发明还提出了一种包括如之前所描述的齿轮箱的组件，该组件进一步包括设备，该设备包括高速设备轴和低速设备轴，该组件的特征在于，两个轴是同轴的，以及，两个轴中每一个均具有锥齿轮，其中：

○两个齿轮中的一个被次级轴的第二锥齿轮驱动，以及

○另一个齿轮被主轴的第二锥齿轮驱动，

使得两个设备轴以不同的速度旋转。

附图说明

通过以下完全是说明性的和非限制性的并且必须参照附图来阅读的说明，本发明的其它特征、目的和优点将被展现，其中：

图1和图2示出了按照现有技术的AGB；

图3示出了按照本发明的AGB的3D视图；

图4示出了按照第一实施例的AGB架构的示意图；

图5示出了几何可行性示意图；

图6和图7示出了第二实施例；

图8和图9示出了第三实施例；

图10示出了被单个锥齿轮驱动的数件设备；

图11示出了被整合在同一AGB中的第一实施例和第三实施例。

具体实施方式

第一实施例

参照图3和图4，AGB 10首先包括：

适于与推进单元啮合的连接轴110，所述连接轴110包括前导(leading)啮合构件111，

主轴120，该主轴包括接纳啮合构件121。

前导啮合构件111和接纳啮合构件121构成了第一曲柄R1。

主轴120由于其进行旋转而将机械动力传输至设备30、40、……60。为此，主轴120进一步包括与主轴120一体的第一锥齿轮122和第二锥齿轮123。一体意指由于螺钉连接、熔焊连接或夹紧连接而一体地进行旋转。两个锥齿轮122、123具有各自不同的直径d₁₂₂、d₁₂₃和不同的节面角δ₁₂₂、δ₁₂₃。节面角是相对于锥齿轮被安装在其上的轴定义的(见图5)。

节面角δ₁₂₂、δ₁₂₃限定了在一个点P处共点的轴线Δ₁₂₂、Δ₁₂₃。

第一锥齿轮122包括Z₁₂₂个齿并且第二锥齿轮包括Z₁₂₃个齿。很好理解的是，齿的数量与齿轮的直径是直接相互关联的。

根据第一变型，锥齿轮122、123被放置为彼此面对，换言之，点P位于两个轮122、123之间(见图4)或者以定向的方式定义的节面角δ₁₂₂、δ₁₂₃具有相反的正负号。

根据第二变型，锥齿轮122、123被串联放置，换言之，点P位于两个齿轮122、123外部(在附图中未示出)或者以定向的方式定义的节面角δ₁₂₂、δ₁₂₃具有相同的正负号。

以这种方式，锥齿轮122、123适于接纳需要两个输入速度的设备30。为此，设备30包括第一设备轴31和第二设备轴32，两个轴是同心的。当设备30被安装在AGB 10上时，由两个设备轴限定的轴线穿过之前定义的点P。

第一设备轴31包括具有Z₃₁₀个齿的锥齿轮310，该锥齿轮与主轴120的第一锥齿轮122啮合。因此，所述两个锥齿轮122、310构成了第二曲柄R2。

第二设备轴32包括具有Z₃₂₀个齿的锥齿轮320，该锥齿轮与主轴120的第二锥齿轮123啮合。因此，所述两个锥齿轮123、320构成了第三曲柄R3。

为了使得能够装配设备30，由设备轴31、32的锥齿轮310、320的节面角δ₃₁₀、δ₃₂₀限定的轴线自然有必要在所述点P处汇合。

优选地，设备轴31、32是与主轴120正交的，但这种情况不是必需的。

图5示出了架构的几何可行性以及各个轴的旋转速度。

部件i的旋转速度被标示为ω_i。设定d₁₂₂>d₁₂₃(并且因此Z₁₂₂>Z₁₂₃)以及任意地设定δ₁₂₂<δ₁₂₃，其中δ₁₂₂+δ₃₁₀＝δ₁₂₃+δ_320a＝90°(轴的正交性)；

因此，有：

-ω₃₁＝Z₃₁₀/Z₁₂₂，ω₁₂₀＝tan(δ₁₂₂)；

-ω₃₂＝Z₃₂₀/Z₁₂₃，ω₁₂₀＝tan(δ₁₂₃)；

而δ₁₂₂>δ₁₂₃，因此ω₃₁>ω₃₂。

因此，得到了两个同轴的以不同的速度旋转的设备轴31、32。因此，两个轴31、32的速度是独立的，即，通过选择合适的参数，即使两个设备轴31、32被同一主轴120驱动，仍可独立地调整彼此的速度。

事实上，减速比直接取决于主轴120的锥齿轮122、123和设备30的锥齿轮310、320的齿的数量。

第二实施例

AGB的结构与第一实施例的结构相似，其中连接轴110和主轴120具有第一曲柄R1。

主轴120包括锥齿轮124。

周转齿轮系13与锥齿轮124啮合。周转齿轮系13包括输入太阳齿轮131、输出太阳齿轮132、至少一个行星齿轮133和行星架134。输出太阳齿轮还包括输出轴132a。

根据第一替代方案(见图6)，行星架134包括轴134a和锥齿轮134b，该锥齿轮与主轴120的锥齿轮124啮合。设备轴31、32分别与行星架134和输出太阳齿轮132(或者相反)一体地旋转，设备轴沿着同一轴线以不同的速度进行旋转。

根据第二替代方案(见图7)，输入太阳齿轮131包括轴131a和锥齿轮131b，该锥齿轮与主轴120的锥齿轮124啮合。设备轴31、32分别与输入太阳齿轮131和输出太阳齿轮132(或者相反)一体地旋转，设备轴自身在同一轴线上以不同的速度旋转。

这些替代方案不是限制性的并且对于本领域技术人员可无难度地适应于不同类型的周转齿轮系。事实上，周转齿轮系由角度旋转(输入太阳齿轮131、输出太阳齿轮132和行星架133的角度旋转)的三个值限定。因此，存在多个替代方案。

更普遍地，限定了分别与两个设备轴31、32中的一个一体地旋转的输入轴131a、134a和输出轴132a。此外，输入轴131a包括被主轴的锥齿轮124驱动的锥齿轮131b、134b。

第三实施例

参照图8，曲柄R1被严格地包括在0到90°之间，即，传动轴110的轴线和主轴120的轴线不限定出直角。为此，连接轴110的前导啮合构件111为具有节面角δ₁₁₁的锥齿轮，主轴的接纳啮合构件121为具有节面角δ₁₂₁并且具有直径d₁₂₁的锥齿轮。应记得，节面角是用锥齿轮被安装在其上的轴来定义的。

节面角δ₁₁₁、δ₁₂₁限定了轴线Δ₁₁₁、Δ₁₂₁，该轴线在点Q处共点。

连接轴110相对于主轴120是倾斜的，这意味着节面角的总和δ₁₁₁+δ₁₂₁不等于90°。

在该实施例中，装配了与主轴120同心的次级轴150。该次级轴150包括具有直径d₁₅₁的第一锥齿轮151，该第一锥齿轮与连接轴110的锥齿轮111啮合。出于几何结构的原因，由节面角δ₁₅₁限定的轴线Δ₁₅₁也穿过点Q。

由于连接轴111和主轴120的非正交性，直径d₁₂₁小于直径d₁₅₁。因此，只要是锥齿轮121、151与共同的啮合部件——锥齿轮111啮合，则主轴120的旋转速度和次级轴150的旋转速度是不同的。还要注意旋转方向是不同的。

次级轴150包括至少一个第二锥齿轮152，该至少一个第二锥齿轮通过设备轴41和在所述轴41上的锥齿轮42供给设备40。在本情况下，设备40要求仅需要被以一个速度供给。

以补充的方式，主轴120包括至少一个另外的锥齿轮125，该至少一个另外的锥齿轮与另一件设备50啮合。

因此，所描述的架构使得能够具有不同的速度以供应不同的设备。

根据第三实施例的变型，如在第一实施例中限定的设备30可由第三实施例来供给。如图9所示，在该变型中，次级轴150的锥齿轮152与设备轴31的锥齿轮310啮合，并且主轴的锥齿轮125与设备轴32的锥齿轮320啮合。

以这种方式，第三实施例还使得能够供给需要两个输入速度的设备。

在前述的说明中，主轴120的每个锥齿轮仅驱动一件设备30、40、50。出于优化空间和体积的原因，通过将数件设备以均匀的角度间隔(例如介于30°到180°之间，见图3和图10)置于轴的周围，主轴120的每个锥齿轮可通过多重啮合驱动这数件设备。

最后，三个实施例不是排它的并且可被两两地实施，或者全部三个均在同一AGB10中。因此，图11例如示出了在一个AGB 10中的第一实施例和第三实施例(使用两个变型)。

有利地，被用于驱动不同元件的锥齿轮为螺旋锥齿轮、或类型的齿轮、或准双曲面齿轮、或者更普遍地为斜齿轮。

取决于动力传输的类型、旋转速度和机械限制可考虑不同类型的齿轮的组合。

Claims

1.一种包括航空器(1)的附件齿轮箱(10)和设备(30)的组件，所述设备从多级泵或多级润滑单元之中选择，

所述齿轮箱(10)适于将所述航空器的推进单元(20)的动力传输到所述设备(30)，

所述齿轮箱(10)包括：

o连接轴(110)，所述连接轴适于被所述推进单元(20)驱动，

o主轴(120)，所述主轴适于被所述连接轴(110)驱动，

o与所述主轴(120)一体的两个锥齿轮(122，123)，所述齿轮具有不同的直径(d₁₂₂，d₁₂₃)，

所述设备(30)包括：

o包括锥齿轮(310)的高速设备轴(31)，

o包括锥齿轮(320)的低速设备轴(32)，

所述组件的特征在于，所述设备轴(31，32)的每个齿轮(310，320)分别与所述主轴(120)的两个锥齿轮(122，123)中的一个啮合，使得两个设备轴(31，32)以不同于彼此的速度旋转。

2.根据前一项权利要求所述的组件，其中，所述锥齿轮(122，123)被放置为彼此面对，使得沿相反的方向对所述两个设备轴(31，32)进行驱动。

3.根据前一项权利要求所述的组件，其中，所述连接轴(110)相对于所述主轴(120)是倾斜的。

4.包括根据前述权利要求中任一项所述的组件的系统，所述系统还包括推进系统，所述推进系统驱动所述连接轴(110)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组件或系统，所述组件或系统包括至少两件设备(30，40，50)，所述两件设备(30，40，50)被所述齿轮箱(10)的相同的锥齿轮驱动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的组件或系统，其中，至少一个锥齿轮为螺旋锥齿轮或准双曲面齿轮。

7.包括根据前一项权利要求所述的系统的航空器，其中，所述推进系统(20)为涡轮螺旋桨发动机。