CN107208776B - 用于制造螺旋桨减速齿轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造螺旋桨减速齿轮的方法，其包括以下步骤：测量壳体的制造缺陷(△Yav，△Zav，△Yar，△Zar)；计算由所测量的制造缺陷(△Yav，△Zav，△Yar，△Zar)在各中间齿轮(2a，2b)处所引起的第一角向游隙(δ制造)；估算当该减速齿轮传递一阈值扭矩时由壳体(12)的变形而在各中间齿轮(2a，2b)处引起的第二角向游隙(δ变形)；由第一角向游隙和第二角向游隙计算总角向游隙(δ总)；以及选择具有补偿所述总角向游隙的相位差(‑δ总)的两个中间齿轮。

Description

用于制造螺旋桨减速齿轮的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造螺旋桨减速齿轮的方法和通过该方法获得的螺旋桨减速齿轮。
背景技术
现有技术的螺旋桨的涡轮机通常包括“螺旋桨齿轮箱”(PGB)或“螺旋桨减速齿轮”，其使得能够将旋转运动以所选择的减速比从通常由燃气轮机驱动的曲轴传递到螺旋桨。这种螺旋桨减速齿轮使得螺旋桨能够以比曲轴的旋转速度低的速度被旋转地驱动。例如在文献WO00/17540中描述了这种螺旋桨减速装置。
在可以使用的不同的螺旋桨减速齿轮中，现有技术已知为“复合”型减速齿轮。这种减速齿轮也被称为具有中间传送线的减速齿轮。这种减速齿轮在图1中示出。器通常包括：
输入齿轮1；
两个中间齿轮2，每个中间齿轮包括与输入齿轮1啮合的第一级3和第二级4；
与中间齿轮中每个的第二级4啮合的输出齿轮5。
输入齿轮用于连接至曲轴。输出齿轮用于连接到待旋转驱动的螺旋桨。
然而，如图2所示，这种螺旋桨减速齿轮是超静态的。因此，在中间齿轮2中的一个处的游隙6可能引起不正确的负载分配，使得另一中间齿轮从而转发大部分发动机功率，而第一中间齿轮基本上不转发功率。然而，当减速齿轮传递针对其确定尺寸的最大扭矩时，由两个中间齿轮传递的这种不正确的扭矩分配可能导致螺旋桨减速齿轮的损坏和所述减速齿轮的过早磨损。
为了克服这个问题，现有技术已经提出了一种设置有如图3a、3b和4所示的弹簧系统的螺旋桨减速齿轮。该弹簧系统7包括连接到输入齿轮1的一弹簧7。弹簧系统7还包括一个在输入齿轮的轴线处的球形接头花键和由轴承支撑的梁9。弹簧系统通过使输入齿轮1能够垂直位移使得两个中间齿轮传递相同的功率而增加了自由度。实际上，弹簧系统的尺寸被确定，使得当施加在输入齿轮的任一侧上的切向应变以及因此由两个中间齿轮2传递的扭矩相等时，输入齿轮找到其平衡位置。因此，例如，当由中间齿轮2a传递的扭矩高于由中间齿轮2b传递的扭矩时，输入齿轮将向上移位，如图2a和2b所示，以便使由两个中间齿轮所传递的扭矩相等。
该弹簧系统是有效的，但其会迫使螺旋桨减速齿轮的齿轮以不对齐的方式工作，这在长期会损害它们。此外，在螺旋桨减速齿轮中引入弹簧对所述螺旋桨减速齿轮的动态行为和靠性是不利的。
因此，现有技术的螺旋桨减速齿轮中的动态负载分配系统是有效的，但是它们在螺旋桨减速齿轮的体积、质量和复杂性方面都具有负面影响。
发明内容
本发明旨在通过提供一种解决方案来克服现有技术的缺点，该解决方案能够适当地分配由螺旋桨减速齿轮的中间齿轮所传递的扭矩，这不会使螺旋桨减速齿轮较重，该螺旋桨减速齿轮不笨重且不复杂。
为此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于制造螺旋桨减速齿轮的方法，所述螺旋桨减速齿轮包括：
-壳体，所述壳体包括至少两个前轴承座和两个后轴承座；
-输入齿轮；
至少两个中间齿轮，每个中间齿轮包括与输入齿轮啮合的第一级和第二级，每个中间齿轮经由至少一个前轴承和一个后轴承连接到壳体，每个前轴承由前轴承座中的一个支撑，每个后轴承由后轴承座中的一个支撑；
-输出齿轮，所述输出齿轮与中间齿轮中每个的第二级啮合；
该方法包括以下步骤：
-(a)测量壳体的制造缺陷；
-(b)计算由所测量的制造缺陷在每个中间齿轮处引起的第一角向游隙；
-(c)通过由减速齿轮传递阈值扭矩时壳体的变形来估计在每个中间齿轮处引起的第二角向游隙；
-(d)通过第一角向游隙和第二角向游隙计算总的角向游隙；
-(e)选择具有补偿该总角向游隙的相位差的两个中间齿轮。
在本文中，术语“相位差”表示每个中间齿轮上的第一级的齿与第二级的齿之间的相对角度。
在本文中，术语“角向游隙”表示当一个中间齿轮均接触输入齿轮和输出齿轮时在另一个中间齿轮上的可能的角度间隙。可以通过接触减速齿轮的一侧上的齿并通过测量该减速齿轮的另一侧上的可能的角向间隙来测量该角向游隙。
因此，制造方法能够在分配现有技术中使用的负载分配系统的同时，制造其中由两个中间齿轮所传递的扭矩被平衡的螺旋桨减速齿轮。为此，该方法建议使用中间齿轮的配对，以便改善这两个齿轮之间的负载分布。因此，没有像在现有技术中使用动态负载分配系统那样，为了在减速齿轮的整个操作范围上平衡中间齿轮之间的负载，该方法建议选择中间齿轮，以当减速齿轮传递阈值转矩时，补偿壳体的制造缺陷和其变形。该阈值扭矩优选为减速齿轮针对其确定尺寸的最大扭矩。因此获得减速齿轮，其中当减速齿轮传递最大转矩时，所传递的扭矩均匀地分布在两个中间齿轮之间，从而限制减速齿轮的损坏和磨损风险，而不会使减速机更重或更复杂。此外，可以省略设置有可移动件的现有技术的负载平衡系统，其威胁到减速齿轮的可靠性。
根据本发明的第一方面的方法还可以具有以下独立的或根据任何技术上可能的组合所获得的一个或多个特征。
有利地，测量缺陷的步骤(a)包括测量每个轴承座的实际位置的步骤。
有利地，计算第一角向游隙的步骤(b)包括以下步骤：
-对于每个轴承座，计算轴承座的实际位置与基准位置之间的差异，以便获得轴承座的偏移量；
-对于每个中间齿轮：
○由轴承座偏移量计算支撑该中间齿轮的轴承的中间齿轮的偏移量；
○由中间齿轮的偏移量计算第一角向游隙。
有利地，计算第二角向游隙的步骤(c)包括以下步骤：
-估计在通过减速齿轮传递阈值扭矩时每个轴承座的位移；
-对于每个中间齿轮：
ο由支撑该中间齿轮的轴承的轴承座的位移计算第一级的位移；
ο由所计算的位移计算第二角向游隙。
本发明的第二方面涉及通过根据本发明的第一方面的方法获得的螺旋桨减速齿轮。
附图说明
参考附图通过阅读下面的详细描述，本发明的进一步的特征和优点将更好地显现出来，其图示：
图1是根据本发明的第一方面的方法被应用至其的螺旋桨减速齿轮的立体图；
图2是根据现有技术的制造方法制造的螺旋桨减速齿轮的前表面；
图3a、3b和4是设置有弹簧负载分配系统的现有技术的螺旋桨减速齿轮的示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的螺旋桨减速齿轮的表面的视图；
图6是根据本发明的一个实施例的螺旋桨减速齿轮的一部分的表面的俯视图；
图7是图6的螺旋桨减速齿轮的壳体的前视图。
图8是图7的壳体的一部分的放大视图；
图9是使啮合偏移量能够计算的方法的示意图；
图10a至10c是在根据本发明的一个实施例的方法的范围内使用的中间齿轮的齿的示意图；
图11是在阈值扭矩加载的情况下图7的壳体的轴承座的位移场；
图12是图5的螺旋桨减速齿轮的中间齿轮的位移场；
图13是图5的螺旋桨减速齿轮的第一级的视图；
图14是图5的螺旋桨减速齿轮的第二级的视图；
图15是与图5的螺旋桨减速齿轮的齿轮的齿相啮合的中间齿轮的齿的视图；
图16a是在不使用根据本发明的方法的情况下由螺旋桨减速齿轮的中间齿轮中的每个所传递的扭矩的示意图；
图16b是通过根据本发明的一个实施例的方法制造的螺旋桨减速齿轮的中间齿轮中的每个所传递的扭矩的示意图。
为了清楚起见，在整个附图中，相同或相似的元件用相同的附图标记来表示。
具体实施方式
该方法旨在制造如附图所示的螺旋桨减速齿轮。该螺旋桨减速齿轮包括壳体12。壳体12包括两个前轴承座13和两个后轴承座14。壳体12围绕齿轮链，所述齿轮链使得螺旋桨能够以与曲轴的旋转速度不同的速度被可旋转地驱动。为此，齿轮链包括用于连接到曲轴上的输入齿轮1和用于与待被旋转驱动的螺旋浆合为一体的输出齿轮5。该齿轮链还包括至少两个中间齿轮2。每个中间齿轮2包括与输入齿轮1啮合的第一级3和与输出齿轮5啮合的第二级4。每个中间齿轮经由以下连接到壳体：
前轴承15，所述前轴承15由壳体的前轴承座13中的一个支撑，
后轴承16，所述后轴承16由壳体的后轴承座14中的一个支撑，
现在将描述用于制造这种减速齿轮的方法。其首先包括测量壳体的制造缺陷的步骤(a)。更准确地说，在该步骤过程中，测量每个轴承座的真实位置。
该方法然后包括将每个轴承座的实际位置与基准位置进行比较的步骤。因此，参考图7和图8，该方法包括测量由平面图指定的基准位置17和每个轴承座的实际位置18之间的差的步骤。因此，获得对于每个前轴承座的轴承座偏移量(ΔYav，ΔZav)和对于每个后轴承座的(ΔYar，ΔZar)。
该方法进而包括计算由所测量的制造缺陷在每个中间齿轮处引起的第一角向游隙的步骤(b)。该步骤包括计算每个中间齿轮的第一级与所计算的轴承座的偏移量的步骤。因此，中间齿轮2b例如通过前轴承座13和通过后轴承座14被连接到壳体。参考图13，只有在前轴承座偏移量13(ΔYav，ΔZav)、后轴承座偏移量14(ΔYar，ΔZar)、中间齿轮L的总长度以及中间齿轮与轴承座L1中的一个之间的距离是已知的情况下，中间齿轮2b的第一级的偏移量(ΔY,ΔZ)才被计算：
Figure GDA0002308309570000061
Figure GDA0002308309570000062
该方法还包括由中间齿轮2b的第一级的偏移量(ΔY，ΔZ)计算第一角向游隙的步骤。该第一角向游隙由以下等式给出：
δ1＝ΔZ/r+ΔY＊tan(α)/r
其中r是中间齿轮的原始半径，单位为mm。
对于另一个中间齿轮2a，以相同的方式计算第一角向游隙δ2。
该方法还包括计算第一总角向游隙δ制造＝δ1+δ2的步骤。
该方法还包括以下步骤：估计当通过减速齿轮传递阈值转矩时由壳体的变形而在每个中间齿轮处引起的第二角向游隙。为此，参考图11和图12，例如可进行有限元计算，以便在通过减速齿轮传递阈值转矩时知道由于壳体的变形而引起的每个轴承座的位移。该阈值扭矩优选为减速齿轮针对其被确定尺寸的最大扭矩。因此，就得到后轴承座的位移(ΔY'av，ΔZ'av)。
该方法还包括在传递阈值扭矩的情况下计算中间齿轮2b的第一级的位移(ΔY'，ΔZ')的步骤：
Figure GDA0002308309570000071
Figure GDA0002308309570000072
该方法还包括由中间齿轮2b的第一级的偏移量(ΔY’,ΔZ’)计算第二角向游隙的步骤。第二角向游隙由下列等式给出：
δ1'＝ΔZ'/r+ΔY'＊tan(α)/r
其中r是中间齿轮的原始半径，单位为mm。
对于另一个中间齿轮2a，以相同的方式计算第二角向游隙δ2’。
该方法还包括计算第二总角向游隙δ变形＝δ1’+δ2’的步骤。
该方法还包括计算总角向游隙的步骤：
δ总＝δ制造+δ变形。
该方法还包括选择导致如图15所示的等于-δ总的相移的一对中间齿轮的步骤。
所描述的方法因此通过选择一对合适的中间齿轮而使制造缺陷和变形缺陷能够得到补偿。因此，其能够在两个中间齿轮之间实现平衡的负载分配。因此，图16a表示当不通过根据本发明的方法制造该减速齿轮时根据减速齿轮的输入处的转矩Ce由中间齿轮2a和2b中的每个所传递的扭矩的演进。从该图可以看出，两个中间齿轮传递非常不同的扭矩。图16b表示当通过根据本发明的一个实施例的方法制造该减速齿轮时根据该减速齿轮的输入处的转矩Ce由中间齿轮2a和2b中的每个传递的扭矩的演进。从该图可以看出，所传递的扭矩由此在两个中间齿轮之间均匀地分布。
当然，本发明不限于参考附图所描述的实施例，在不超出本发明的范围下可以考虑替代方案。特别是，可以应用用于制造包括多于两个中间齿轮的螺旋桨减速齿轮的方法。

Claims (5)

1.一种用于制造螺旋桨减速齿轮的方法，所述螺旋桨减速齿轮包括：
-壳体，所述壳体包括至少两个前轴承座和两个后轴承座；
-输入齿轮；
-至少两个中间齿轮，每个所述中间齿轮均包括与所述输入齿轮啮合的第一级，和第二级，每个所述中间齿轮均经由至少一个前轴承和一个后轴承连接到所述壳体，每个所述前轴承均由所述前轴承座中的一个支撑，每个所述后轴承均由所述后轴承座中的一个支撑；
-输出齿轮，所述输出齿轮与每个所述中间齿轮的所述第二级相啮合；
该方法包括以下步骤：
-(a)测量所述壳体的制造缺陷；
-(b)计算由所述制造缺陷在每个所述中间齿轮处引起的第一角向游隙；
-(c)估算在所述减速齿轮传递一阈值转矩的情况下由所述壳体的变形而在每个所述中间齿轮处引起的第二角向游隙；
-(d)通过所述第一角向游隙和所述第二角向游隙计算总角向游隙；
-(e)选择具有补偿该总角向游隙的相位差的两个中间齿轮。
2.根据权利要求1所述的方法，其中测量制造缺陷的步骤a包括测量所述前轴承座和后轴承座中每个的实际位置的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中计算第一角向游隙的步骤b包括以下步骤：
-计算每个所述前轴承座和后轴承座的实际位置与一基准位置之间的差，以获得轴承座偏移量；
-对于每个中间齿轮：
由支撑所述中间齿轮的轴承的所述轴承座偏移量计算该中间齿轮的偏移量；
由所述中间齿轮的偏移量计算第一角向游隙。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中估算第二角向游隙的步骤c包括以下步骤：
-估算在由所述减速齿轮传递一阈值扭矩的情况下每个所述前轴承座和后轴承座的位移；
-对于每个中间齿轮：
由支撑该中间齿轮的轴承的轴承座的位移计算第一级的位移；
由该所计算的第一级的位移计算第二角向游隙。
5.一种螺旋桨减速齿轮，其特征在于，该螺旋桨减速齿轮根据前述权利要求中任一项所述的方法来制造。
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