CN1070443C - 用于直升机改进型动力系的叠层复式行星齿轮系 - Google Patents

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Abstract

一种直升机改进型动力系的叠层复式行星齿轮系(10)，具有提高的减速比，与加强型动力装置(102A、102B)加大的输出马力相适应，而同时保持原有主旋翼轴(106)的输出转速。叠层复式行星齿轮系(10)包括传动中心齿轮(12)、一组N个主行星小齿轮(14)、多个次行星小齿轮(16)、支承各相应主(14)次(16)行星小齿轮组合体的复式传动轴(18)、与次行星小齿轮(16)相互配合的固定环形齿轮(20)和行星支架装置(22)，此装置与复式传动轴(18)作旋转安装，将叠层复式行星齿轮系(10)的输出传给直升机主旋翼轴(106)。成组N个主行星小齿轮(14)包括N/2个上主行星小齿轮(14U)和N/2个下主行星小齿轮(14L)。上下主行星小齿轮(14U、14L)作交错双平面布置，其中，各上行星上齿轮(14U)叠置在紧邻的下行星小齿轮(14L)上方。

Description

用于直升机改进型动力系的叠层复式行星齿轮系
发明领域
本发明涉及行星齿轮系，更具体地说，涉及用于直升机改进型动力系的叠层复式行星齿轮系，叠层复式齿轮系具有交错双平面主行星小齿轮，用以提高减速比以便与加强型动力装置相适应，而在保持主旋翼轴上基本转速输出的同时取得加大的输出马力。
发明背景
直升机制造厂不断地扩展着直升机的技术发展领域以便向用户提供最经济有效的直升机。由于向市场引进具最新技术的新式直升机需要投入很大的费用，制造厂向市场引进新式直升机的场合实属偶见。除投入很大费用外，从构思到完成生产样机和交货新直升机需要多年的周期，这就使更加妨碍经常地推出新式直升机。
作为提供采用现代技术的新式直升机的替代方法，很多直升机制造厂对一些基本生产型直升机进行改进，也就是提供改型的直升机。由于这些改型机在基本生产型直升机内有选择地采用了现代技术，就可提供新的或提高了的工作能力、改进的性能、更高的可靠性和/或较低的维修要求而生产出改型机。由于保留了基本型机的绝大部分构件，改型机的交货费用一般与基本生产型机相比不是很大。而且改型机的交货周期相对来说是不成问题的，因为改型机的生产可平行地或作为一个替代产品连续地进入基本型机生产线进行。
以上这种替代方法更重要的是给制造厂带来了额外的收益。因为在基本生产机型中采用现代技术而生产改型机的同时为改造现有基本生产机型打下了基础。对基本生产机型的改造不仅给直升机制造厂开辟了新的收入来源，也使用户可将其现有基本生产机型改造成工作效能更高的改型机。
提供改型机中特别有吸引力的方法是在基本生产机型中采用加强型发动机装置，也就是采用具有更大输出马力的动力装置。加强型动力装置以其更大的输出马力可显著地提高改型机的工作效能，并可使改型机具有扩展了的飞行能力。此外，加强型动力装置为在改型机中进一步采用现代技术提供了可能性，例如，加强型动力装置为附件提供额外的动力。
但，在基本生产型直升机中采用加强型动力装置会要求对原型动力系进行较大的重新设计以便与加强型动力装置较大的输出扭矩相适应。这种重新设计会引起一系列的改变，如：改变动力系的减速比以便与加强型动力装置较大的输出扭矩相适应，改变机体构架/动力装置的接合结构，改变发动机输入/万向架的安装位置，改变附件子系统传动装置的位置，改变尾旋翼传动装置的位置，加大主减速机匣的外壳结构，也就是加大其径向和(或)高度尺寸以与动力系构形的改变相适应，从而不得不改变减速器壳体安装支架的位置。虽对基本生产型直升机、特别是原型动力系的结构和(或)功能方面的重新设计是在改型直升机中采用加强型动力装置的一种方法，但这会造成设计方面很大的费用，并会延误产品的最终交货日期。
此外，这种重新设计实际上排除了在直升机厂现有基本生产型机上进行加强型动力装置方面改造的可能。尽管这种费用和时间上的付出在制造首批交售的改型机方面也许是可以接受的，但从改造方面来说就不可取了。此外，可以理解，对交付改造基本生产机型的拥有者来说，除以上这种付出外，还需承受由于基本生产机型的改造而停止飞行所带来的经济损失。
美国专利3,540,311论述了一种自由浮动行星传动装置的实施例，它包括：传动中心齿轮(218)；第一组行星构件(222a、222b)，具有带滚动表面(228)的轴(224)；多个行星齿轮(220a、220b)，与中心齿轮(218)作机械的相互配合；第二行星齿轮(226)，与固定的内齿轮(230)作机械的相互配合；第二组复式行星构件(232)，具有带行星齿轮(236)的空心轴(234)，行星齿轮(236)与输出轴(244)的内输出齿轮(240)作机械的相互配合；行星齿轮(238)，与固定内齿轮(242)作机械的相互配合。各轴(224)的滚动表面(228)与相应空心轴(234)的内表面作机械的相互配合，使相应轴(224)上传递负荷的输入力传到相应空心轴(234)。行星齿轮(220a、220b)作交替而轴向间隔的布置，使行星齿轮(220a、220b)作环形叠置，也就是行星齿轮(220a、220b)具有交错双平面的布置关系。
专利3,540,311的自由浮动行星传动装置在设计上避免了采用支承轴承来限制传动构件的径向和斜向运动。可以说，各轴(224、234)上各构件的轴向间隔具有极准确的关系，以致使这些轴(224、234)倾斜的净力矩大体上等于零。对各轴(224)来说，在第二行星齿轮(226)、滚动表面(228)和行星齿轮(220a)或(220b)之间的轴向间隔使齿轮(220a)或(220b)上的输入力、在齿轮(226)上的反作用力和通过滚动表面(228)中心的输出力落在一直线F上。同样，对各空心轴(234)来说，在行星齿轮(236)、行星齿轮(238)和滚动表面(228)之间的轴向间隔使通过滚动表面(228)加在空心轴(234)上的输入力的有效作力点、输出力在齿轮(236)上的作力点和反作用力在齿轮(238)上的作力点落在一直线G上。
美国专利5,135,442论述了一种用于直升机的传动装置，具有输入组件(20、22、32、34)，用以从动力装置(80、180)接受动力，输入组件具有：第一级减速装置(22、32、34)；一主传动装置，具有与第一级减速装置(22、32、34)作机械联接的第二级减速装置(60、62)，用以接受其动力；传动轴(64)；第三级减速装置，具有中心齿轮(66)、行星齿轮(70)、固定的环形外齿轮(72)和行星支架环(74)。中心齿轮(66)与传动轴(64)作机械联接，在第三级减速装置内产生的转矩通过行星支架环(74)传到直升机主旋翼轴(76)上。
因此，很有必要提供一种改进的与原型动力系具有相当程度共性的动力系，使改进型动力系可用在装备加强型动力装置的或改造的基本生产机型上以便进行改造。改进型动力系在构形上应相对于现有生产机型的原型动力系具有尽量大的共性以尽量减少重新设计带来的修改和(或)便于装入基本生产机型或对其进行改造而在合理的费用下短期内取得改型机。这种改进型动力系应具有叠层复式行星齿轮系，此齿轮系具有交错双平面主行星小齿轮，用以加大减速比而与加强型动力装置加大的输出马达相适应，同时又保持主旋翼轴的原有输出转速。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种用于改进型动力系的叠层复式行星齿轮系，具有交错双平面主行星小齿轮，用以加大减速比以与加强型动力装置加大的输出马力相适应而同时保持对主旋翼轴的原有输出转速。
本发明的另一目的是提供一种改进型动力系，具有带交错双平面主行星小齿轮的叠层复式行星齿轮系，又与基本生产型直升机的原型动力系具有相当程度的共性而使改进型动力系可用以改造用加强型动力装置配备或改造的基本生产型直升机。
本发明的再一个目的是提供一种叠层复式行星齿轮系，用于原型动力系，其优选设计使其构形可满足原型动力系结构上和功能上的几何外形约束条件，其中包括减速器壳体安装支架的径向尺寸、主伞齿轮啮合所需垂直尺寸和直升机舱顶的垂直尺寸。
本发明的这些和其他目的通过本发明叠层复式行星齿轮系可以达到，此齿轮系用作改进型动力系的第三级减速装置以取得提高的减速比而与加强型动力装置加大的输出马力相适应，同时保持原有转速。叠层复式行星齿轮系具有一传动中心齿轮、一组N个主行星小齿轮、多个次行星小齿轮、多个支承相应主次行星小齿轮组合体的复式传动轴、一与次行星小齿轮相互配合的固定环形齿轮和一行星支架装置，此支架装置与复式传动轴作旋转安装而将叠层复式行星齿轮系的输出传给一从动构件。成组N个主行星小齿轮具有N/2个上主行星小齿轮和N/2个下主行星小齿轮。上下主行星小齿轮作交错双平面布置，其中，各上主行星小齿轮叠置在直接相邻的下主行星小齿轮上方。叠层复式行星齿轮系的特征是：多个上下轴承装置共同支承行星支架装置以与复式传动轴作旋转组合。
叠层复式行星齿轮系的另一特征是：多个复式传动轴具有：一用以支承下主行星小齿轮的复式传动轴，其支承段具有第一预定直径；一用以支承上主行星小齿轮的复式传动轴，其支承段具有第二预定直径。第二预定直径在选择上应使相邻下主行星小齿轮的齿面周边具有相对于复式传动轴上支承叠置上主行星小齿轮的支承段尽量小的间隙。
本发明叠层复式行星齿轮系用作改进型动力系的第三级减速装置，此动力系具有输入组件，用以接受加强型动力装置加大的输出马力。输入组件具有第一级减速装置，用以将动力从输入组件传给主传动装置。主传动装置的第二级减速装置将动力传给叠层复式行星齿轮系以传动中心齿轮。
附图简介
通过以下按附图对本发明所作具体说明可取得对本发明及其优点和特点更全面的了解，图中：
图1为透视图，示出本发明改进型直升机动力系，此动力系具有叠层复式行星齿轮系。
图1A为透视图，示出装在UH-60生产型直升机上的原型动力系。
图2A为复式行星齿轮系的简图。
图2B为相当于图2A中复式行星齿轮系的固定中心齿轮系的简图。
图3为本发明叠层复式行星齿轮系的剖视图。
图4为图2中叠层复式行星齿轮系的部分顶视图，示出图3中叠层复式行星齿轮系中主行星小齿轮的叠层简图。
图5为图4中叠层复式行星齿轮系的侧视图。
图6为透视图，示出本发明叠层复式行星齿轮系的特点。
实现本发明的最佳方式
现在参考各附图，其中相同的标号表示各图中相应或相同的构件，图1示出本发明具有叠层复式行星齿轮系10的改进型动力系100的实施例。这里所述动力系100是“改进型”的，也就是动力系100在结构上和功能上具有优选的构形，使其与现有生产型直升机的原型动力系具有共性而又与加强型动力装置相适应。以下所述改进型动力系100在构形上可用于装有两台可卸动力装置的生产型直升机，以便在装上或改装加强型动力装置输出马力较大的动力装置时立即可得到改进而成为改型机。
可卸动力装置装在传动装置的两侧，各具有一发动机、一气动起动器、一传动轴、发动机架、一排气管、燃油和滑油管线和一布线装具。改进型动力系100的主要功能是将作为加强型动力装置的发动机102A、102B(为了简化图1中示成方框)所发出的综合动力接到主传动装置104、主旋翼轴106和尾旋翼装置108。改进型动力系100的第二个功能是对电气和液压附件作机械传动。
尽管本发明叠层复式行星齿轮系10在结构上和功能上的具体优点在这里作为用于直升机改进型动力系100的构件进行图示和说明，对熟悉本专业的人来说会理解到对这种具体应用的说明并不是限制性的。本发明叠层复式行星齿轮轮系10在所附权利要求书的范围内可用于这里具体所述以外的应用场合。
主传动装置104具有用于加强型动力装置102A、102B的输入组件110A、110B和主体组件126。输入组件110A、110B各通过发动机传动轴112A、112B接到相应的加强型动力装置102A、102B而在各发动机动力线路上具有第一级减速装置114A、114B(图中示出输入和输出齿轮)、超速离合器116A、116B和套管轴118A、118B。输入组件110A、110B还具有附件输出端120A、120B，用以将动力分别传给液压泵122A、122B和发电机124A、124B。
主体组件126具有第二级减速装置128A(在图1中仅示出第二级减速装置128A，动力线路B的第二级减速装置的小齿轮被主旋翼轴106遮住)、一传动轴130和用作改进型动力系100的第三级减速装置的本发明叠层复式行星齿轮系10。第二极减速装置128具有用于动力线路A、B的传动伞形小齿轮和由A、B线路传动伞形小齿轮传动的主伞齿轮。受传动的主伞齿轮又将动力传给传动轴130以便将动力输入本发明叠层复式行星齿轮系10。主体组件126还具有液压传动装置输出端132和包括主尾旋翼传动轴136、中间减速装置138、次尾旋翼柱传动轴140、尾旋翼减速装置142和尾旋翼传动轴144的尾旋翼次级装置108输出端134，尾旋翼传动轴用以将动力传给带有尾旋翼叶片(未示出)的尾旋翼毂，用以取得直升机的反扭矩。
图1A作为示例示出由Sikorsky Aircraft Division分公司制造的BLACK HAWK和SEAHAWK型直升机(BLACK HAWK和SEAHAWK为United Technologies Corporation公司Sikorsky Aircraft部的注册商标)的原型动力系100′。原型动力系100′结构上和功能上的构形除第三级减速装置外大体上与前述改进型动力系100相同。一简单型行星齿轮系150成为原型动力系100′的第三级减速装置。简单型行星齿轮系150具有中心齿轮152(用以将动力从传动轴130传给齿轮系150)、固定的环形齿轮154和行星支架输出组件156，此组件具有同时绕自轴转动和绕中心齿轮152回转的多个行星小齿轮158而用以将第三减速装置的动力传给原有转速下的主旋翼轴106。
以上所述改进型动力系100具有本发明叠层复式行星齿轮系10，其构形用于Sikorsky Aircraft部开发的S-92TM HELIBUSTM型直升机(S-92和HELIBUS为United Technologies Corporation公司Sikorsky Aircraft部的商标)。改进型动力系100的叠层复式行星齿轮系10在结构上和功能上的构形主要来自两个相互关联的设计目标。第一个设计目标是使改进型动力系100的构形可用以改造SikorskyAircraft Division制造的UH-60生产型直升机而成为各种变型机，也就是改造成以上所述原型动力系100′在结构上和功能上的替代产品。也就是，第一个设计目标要求S-92TM HELIBUSTM型直升机的改进型动力系100的构形尽量与BLACK HAWK和SEAHAWK生产型直升机的原型动力系100′具有共性。
由于共性方面的设计目标，对改进型动力系100加上了几个设计上的约束条件。这些设计上的约束条件是：首先，设计要求S-92TM动力系100的主传动减速器壳体实际上具有与BLACK HAWK和SEAHAWK生产型直升机的减速器壳体相同的结构外形(更具体地说，在径向尺寸上具有共性以取得主传动减速器壳体支架定位上的相当性；高度上的尺寸就不很关键而在S-92TM减速器壳体高度尺寸上的加大必要时是容许的)，其次，设计要求动力装置在与飞机构架接合上具有共性，要求在发动机输入万向架的定位上具有共性，要求附件输出端的定位上具有共性，要求尾旋翼装置输出端的定位上具有共性以及要求在油槽管线的定位上具有共性而不得进入舱内。
第二个设计目标是改进型动力系100在构形上应与加强型动力装置相适应，也就是，与输出马力加大的动力装置相适应。S-92TMHELIBUSTM型直升机的动力装置102A、102B各具有轴上总输出3,109,569瓦(4170马力)中的约1,554,785瓦(约2085马力)的轴上输出(与此相比，原型SEAHAWK生产型直升机的动力装置各具有轴上总输出2,535,380瓦(3400马力)中的约1,267,690瓦(约1700马力)的轴上输出)。由动力装置102A、102B发出的轴上总输出3,109,569瓦(4170马力)中约2,796,375瓦(约3750马力)可用于叠层复式行星齿轮系10，这是由于尾旋翼输出轴134、附件输出轴120A、120B、液压传动输出轴132和摩擦损失等消耗了动力(与此相比，原型SEAHAWK动力系的简单型行星齿轮系的可用动力为2,281,842瓦(3060马力)。改进型动力系100，特别是本发明叠层复式行星齿轮系10通过优选设计使加强型动力装置102A、102B加大的输出马力传给主旋翼轴106和尾旋翼装置108而同时取得与原型动力系100′的原有输出转速相当的主旋翼轴106输出转速。通过对改进型动力系100的优选设计以满足上述设计目标和约束条件，这就使这里所述的装入本发明叠层复式行星齿轮系10的改进型动力系100可用以改造用高性能力装置加强的BLACK HAWK和SEAHAWK生产型直升机，也就是改造成改型机。
为与加强型动力装置102A、102B加大的输出马力相适应，各输入组件110A、110B，也就是改进型动力系100的第一级减速装置114A、114B减速比降低了，也就是与SEAHAWK生产型直升机的原型输入组件的减速比相比具有较小的减速比(81/29对80/22)，使各输入组件110A、110B在1,554,785瓦(2085马力)下的输出扭矩相当于SEAHAWK生产型直升机的原型输入组件在1,267,690瓦(1700马力)下的输出扭矩。改进型动力系100中各输入组件110A、110B的输出转速约为7483转/分(对比于SEAHAWK生产型直升机的原型输入组件约5747转/分的输出转速。
改进型动力系100主旋翼轴106的要求输出转速约为257转/分(以与原型SEAHAWK动力系100′的原有输出转速相当)。动力系100第二级减速装置128的减速比实际上与原型SEAHAWK动力系100′的第二级减速装置相同，因为负荷是相同的。因此，为补偿改进型动力系100输入组件110A、110B减速比上的损失，在改进型动力系100主体组件126的第三级减速装置中要求较大的减速比。对这里所述的实施例来说，第三级主体组件126减速装置要求的减速比约为6.27∶1对比于原型SEAHAWK简单型行星齿轮系的约4.68∶1)。
如上所述，原型BLACK HAWK和SEAHAWK动力系100′的第三级减速装置具有简单型行星齿轮系150。改进型动力系100的第三级减速装置的构形除受上述设计约束外还受原型动力系100′简单型行星齿轮系150构形方面的设计约束。特别是，改进型动力系100第三级减速装置固定环形齿轮的直径必须等于或小于原型BLACK HAWK和SEAHAWK动力系100′简单型行星齿轮系150固定环形齿轮154的直径。就所述实施例来说，环形齿轮直径必须等于或小于约65.385厘米(25.742英寸)。此外，改进型动力系100中心齿轮直径应等于或大于原型BLACK HAWK和SEAHAWK动力系100′简单型行星齿轮系150中心齿轮152的直径。就所述实施例来说，中心齿轮的直径应等于或大于约17.780厘米(7.000英寸)。第三级战速装置在结构外形高度尺寸上的加大，也就是战速器壳体高度尺寸的加大必要时是容许的，但这不是优选的改型设计。但，结构外形的底部不能伸入舱内。
对以上所述和图1A所示类型单级简单型行星齿轮系的工程分析表明，简单型行星齿轮系不能满足上述设计约束条件而同时适应于加强型动力装置102A、102B加大到约2,796,375瓦(约3750马力)的输出动力。因而对两级式行星齿轮系设计就其适用于改进型动力系100第三级减速装置的问题进行了分析。
就总减速比约为6.27∶1的两级式行星齿轮系来说，每级的减速比由于轴承装置寿命的下降实际上限制到约2.5∶1。原型SEAHAWK生产型主传动装置内轴承装置的寿命约为3490小时。而一个分析性两极式行星齿轮系相应轴承装置的寿命经验定约为710和640小时。对这两数字的分析表明，这种轴承装置寿命至少降低到了五分之一。很明显，这种轴承装置寿命的降低对一个改型动力系来说是不能容许的。由于直径最大的轴承装置直接关系到以上所述设计约束条件，也就是直接关系到减速器壳体外形的径向尺寸，因而对其进行了分析，轴承装置寿命的问题也就导致对改进型动力系100第三级减速装置各种可供选择的设计的分析。
复式行星齿轮系具有单级行星齿轮装置，其中设有装在输出支架装置内的两个行星小齿轮。复式行星齿轮系可以装有零个、一个或两个中心齿轮和零个、一个或两个环形齿轮。随着对构成复式行星齿轮系的构件的安排，也就是随着确定哪个是驱动输入构件，哪个是从动构件，可能对具有各种不同减速比的实施例进行广泛的选择。在评定不同复式行星齿轮系的构形中，还须加上两个约束条件作为两级行星齿轮系的优选条件。这就是，总减速比必须大致上为6.27∶1和输出构件的旋转方向必须与输入构件的旋转方向相同。
在分析各种复式行星齿轮系的构形后，选定了一种构形用以对可能的减速比特性进行了数字分析。这种复式行星齿轮系的构形具有单个中心齿轮(对比于两级行星系的两个)、单个环形齿轮(对比两级行星系的两个)、单个输出支架装置(对比于两极行星系的两个)和24个行星小齿轮(对比于两极行星系的23个小齿轮)。图2A、2B示出所评定的复式行星齿轮系构形，其中，中心齿轮S1将输入传给主行星小齿轮P1，环形齿轮R2将反作用力传给次行星小齿轮P2，输出通过输出支架装置COA传送。各主行星小齿轮P1和相应次行星小齿轮P2用共用传动轴DS支承。
图2A、2B所示复式行星齿轮系的减速比可推导如下：
列出来自中心齿轮S1的P1的转速和来自环形齿轮R2的P2的转速之间的等式，得： ( rpm in - rpm out ) [ - S 1 P 1 ] = ( - rpm out ) [ R 2 P 2 ] 等式(1)将等式(1)的两边各除以rpmout，因rpmin/rpmout就是减速比RR，因而得： ( RR - 1 ) [ S 1 P 1 ] = [ R 2 P 2 ] 等式(2)将等式(2)的两边各乘以P1/S1，并加以1，得： RR = 1 + P 1 R 2 S 1 P 2 (等式3)
如将中心齿轮直径DS与主行星小齿轮直径DP之比定为“比值”，在考虑相邻小齿轮齿尖彼此恰好相接的条件下可使得出的几何构形大体上与小齿轮的数量连系起来，因而得：中心齿轮直径DS与主行星小齿轮直径DP的比值与行星小齿轮数量的关系利用以上等式(4)就可得出表Ⅰ如下：
                           表1
    小齿轮数量     DS/DP     DP/DS
    4567891011121314     0.560.871.201.541.872.222.562.903.253.603.94     1.791.150.830.650.530.450.390.340.310.280.25
从表Ⅰ中可看出，主行星小齿轮的数量增大，比值DS/DP增大。相反，比值DP/DS随主行星小齿轮数量的增大而减小。因此，如果需在复式行星齿轮系中采用大量的主行星小齿轮(以便减小重量和增加载荷能力)，比值DP/DS的实际影响可利用以上等式(4)估出。例如，如在复式行星齿轮系中采用12个主行星小齿轮，比值DP/DS就为0.31。为确定在复式行星齿轮系减速比RR的值为6.27∶1时12个主行星小齿轮对复式行星齿轮系的环形齿轮R2和次小齿轮P2的影响，将等于6.27的RR值、等于0.31的DP/DS值(用于P1/S1)代入等式(3)，这就可得出R2/P2的值。R2/P2的值在此情况下约为17.0。
对于复式行星齿轮系的实际设计来说，比值R2/P2约为17.0的要求值失之过大，因为次行星小齿轮就会过小，因而承受的负荷会过大。此外次行星小齿轮P2的面宽F(例如见图2A)对于次行星小齿轮P2的要求直径来说变得很大，次行星小齿轮P2面宽与直径之比大于5。熟悉本专业的人都懂得面宽与直径之比(F/D)对于个别齿轮来说一般不超过1.0以减小齿轮歪斜的不良后果，F/D值超过1.0过多就会发生歪斜现象。从以上分析来看，很明显，要使一个带有12个主行星小齿轮的普通复式行星齿轮系在构形上具有约为6.27∶1的减速比RR，在上述设计约束条件下是不可行的。类似的分析表明，带有10个主行星小齿轮的普通复式行星齿轮系同样是不可行的。
为取得满足上述设计约束条件的复式行星齿轮系，发明人研制了叠层复式行星齿轮系10如图1以及图3-6所示。本发明叠层复式行星齿轮系10在结构上和功能上可用作改进型动力系100的第三级减速装置。齿轮系10具有改进型动力系100要求的减速比，也就是所述的6.27∶1的实施例，用以与加强型发动机装置102A、102B相适应而同时具有原有输出转速。本发明叠层复式行星齿轮系10满足以上提出的设计约束条件。
如图3所示，本发明叠层复式行星齿轮系10具有传动中心齿轮12、一组N个与中心齿轮12相互配合的主行星小齿轮14(其中，N表示齿轮系10主行星小齿轮14的总数)、N个次行星小齿轮16、支承相应各主次行星小齿轮14、16的复式齿轮轴18、固定的环形齿轮20(例如与传动减速器壳体作固定结合)和共用行星支架装置22。如图3所示，次行星小齿轮16与固定环形齿轮20相互配合，共用行星支架装置22通过上下轴承装置24、26与复式齿轮轴18作旋转支承。共用行星支架装置22用以将叠层复式行星系10的输出，也就是加大的扭矩和原有的输出转速传给主旋翼轴106。
在叠层小齿轮的设计中，比值S1/P1在选择上应使一组N个主行星小齿轮14作交错双平面设置。对叠层小齿轮的一个要求是，成组主行星小齿轮14的数量N必须是偶数以取得交错双平面构形中等间距的布置。因此，叠层复式行星齿轮系10中成组N个主行星小齿轮14具有N/2个上主行星小齿轮14U和N/2个下主行星小齿轮14L如图4-6示例所示。上主行星小齿轮14U构成第一旋转平面30，下主行星小齿轮14L构成第二旋转平面32(见图5)。从图4-6中可以看出，上下主行星小齿轮14U、14L是在相应旋转平面30、32内作等间距布置的，各上主行星小齿轮14U对称地叠置在直接相邻的下主行星小齿轮14L上方。
如图4所示，各主行星小齿轮14U、14L具有齿面直径DP(基于选定的比值S1/P1)。复式传动轴18上各上主行星小齿轮14U的支承段直径DU(图4-5)在叠层小齿轮中是关键性的尺寸。支承段的直径DU在选择上应使各直接相邻下主行星小齿轮14L的齿面周边(由外径DP确定)与支承相应叠置上主行星小齿轮14U的复式传动轴18之间具有尽量小的间隙(见图5，其中，标号14L-1、14L-2标示直接相邻下主行星小齿轮，标号18-1标示复式传动轴上叠置上主行星小齿轮14U-1的支承段)。
图4、5示出了复式传动轴18-2上各下主行星小齿轮14L支承段的直径Dl。由于复式传动轴18-1、18-2上支承段直径Du·Dl的差异，本发明叠层复式行星齿轮系10具有N/2个第一复式传动轴18-1和N/2个第二复式传动轴18-2，分别用以支承上下主行星小齿轮14U、14L。第一、第二复式传动轴18-1、18-2上次行星小齿轮16的支承段在构形上是相同的，因为次行星小齿轮16在构形上是相同的。最好将各上主行星小齿轮14U、复式传动轴18-1、次行星小齿轮16以及各下主行星小齿轮14L、复式传动轴18-2、次行星小齿轮16分别结合起来而加工成整体构件。
图3表明，上下主行星小齿轮14U、14L由于其间的双平面关系构成分开而不同的与中心齿轮12的相互配合区。如图5所示，上主行星小齿轮14U在相互配合区34与中心齿轮12相互配合下，下主行星小齿轮14L在相互配合区36与中心齿轮12相互配合。相反，在普通的复式行星齿轮系中所有主行星小齿轮在一共同的相互配合区内与中心齿轮相互配合。
对于本发明叠层复式行星齿轮系10的实施例来说，可取得与普通复式行星齿轮系相比大得多的比值DP/DS。在这里所述叠层复式行星齿轮系10的实施例中主行星小齿轮14的数量为12，比值DP/DS的值与以上所述普通复式行星齿轮系的比值DP/DS0.31相比达53/79=0.67。基于本发明叠层复式行星齿轮系10的比值DP/DS为0.67，可利用等式(4)得出比值R2/P2为8.1。比值R2/P2为8.1表明复式行星齿轮系的次行星小齿轮和固定环形齿轮在构形的实际设计上是可行的。这种实际设计就体现在这里所述和图示的叠层复式行星齿轮系10中。
从图4、6可以看出，上轴承装置24的容许外径是受到紧邻上轴承装置24的外径干扰的限制。尽管受到这种限制，轴承装置的寿命在分别带有12个和10个主行星小齿轮14的叠层复式行星齿轮系10的实施例中仍可依次达到约2100小时和约3000小时。
这里所述和示出的叠层复式行星齿轮系10的实施例具有12个主行星小齿轮14，其中6个为上主行星小齿轮14u，6个为下主行星小齿轮14L，彼此作交错双平面布置。熟悉本专业的人懂得，根据本发明叠层复式行星齿轮系10的特定设计约束条件，成组N个主行星小齿轮14可以是小于或大于12的偶数N个主行星小齿轮14。
如上所述本发明可按以上说明作出各种不同的改变。因此，可以理解，在所附权利要求书的范围内，本发明可以作不同于以上具体说明的实施。

Claims (4)

1．一种叠层复式行星齿轮系(10)，包括：
一传动中心齿轮(12)；
一组N个主行星小齿轮(14)，与所述中心齿轮(12)相互配合，其中，N为所述组多个主行星小齿轮(14)的数量，所述组N个主行星小齿轮包括：
第一N/2个上主行星小齿轮(14U，各上主行星小齿轮(14U)的齿面直径为Dp，
第二N/2个下主行星小齿轮(14L)，各下主行星小齿轮(14L)的齿面直径为Dp，
所述上下主行星小齿轮(14U、14L)作交错双平面布置；
N个次行星小齿轮(16)；
N个复式传动轴(18)，用以支承相应主次行星小齿轮(14、16)；
一固定的环形齿轮(20)，与所述多个次行星小齿轮(16)相互配合；
一个行星支架装置(22)，与所述N个复式传动轴(18)作旋转组合，以保证所述叠层复式行星齿轮系(10)的输出；
其特征在于包括：
多个上轴承装置(24)；
多个下轴承装置(26)；
所述上下轴承装置(24、26)共同支承所述行星支架装置(22)，而与所述复式传动轴(18)作旋转组合。
2．按权利要求1所述叠层复式行星齿轮系(10)，其特征是：所述N个复式传动轴(18)包括：
N/2个用以支承相应所述下主行星小齿轮(14L)和所述次行星小齿轮的组合体的复式传动轴(18-2)，各所述复式传动轴(18-2)具有用以支承所述下主行星小齿轮(14L)的直径为D1的支承段；
N/2个用以支承相应所述上主行星小齿轮(14U)和所述次行星小齿轮的组合体的复式传动轴(18-1)，各所述复式传动轴(18-1)具有用以支承所述上主行星小齿轮(14U)的直径为Du的支承段；
所述直径Du在选择上应使由所述齿面直径(Dp)限定的各所述相邻下主行星小齿轮(14L)的齿面周边相对于所述支承所述叠置上主行星小齿轮(14U)的复式传动轴(18-1)具有尽量小的间隙。
3．按权利要求1或2所述叠层复式行星齿轮系(10)，其特征是：N等于12。
4．按权利要求1或2所述叠层复式行星齿轮系(10)，其特征在于：
用以从一加强型动力装置(102A、102B)接受动力的输入组件(110A、110B)，所述输入组件(110A、110B)具有第一级减速传动装置(114A、114B)；
一个包括与所述第一级减速传动装置(114A、114B)作机械联接的第二级减速传动装置(128)的主传动装置(126)，用以从第一级减速传动装置接受动力，还包括一根与所述第二级减速传动装置(128)作机械联接的传动轴(130)，用以从第二级减速传动装置接受动力；
所述中心齿轮(12)和所述传动轴(130)机械连接成一体；
所述输入组件(110A、110B)、所述主传动装置(126)和所述叠层复式行星齿轮系(10)共同限定一直升机改进型动力系(100)，其中，所述行星支架装置(122)的输出部分与直升机主旋翼轴(106)作机械联接。
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