CN108082464B - 直升机旋翼变速器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有变速器壳体(10)的直升机旋翼变速器(1)，其中，中心驱动齿轮(16)被安装成能够通过驱动链(15)旋转，借助驱动齿轮(16)，在行星齿轮架(11)上设置的行星齿轮(111)被安装成能够旋转，由此能旋转的旋翼柱(14)围绕中心轴线(Z)被可旋转地驱动，平均润滑剂监测和补充周期被显著增大。其中，直升机旋翼变速器(1)具有中心腔，支承柱(13)在中心腔中延伸，支承柱(13)被保持为沿中心轴线(Z)的方向穿过齿轮壳体(10)，旋翼柱(14)的齿环(12)能够围绕中心轴线(Z)旋转，行星齿轮(11)围绕行星齿轮轴线(P)固定地旋转，使得旋翼柱(14)能够被设定为借助附接到齿环(12)的齿环驱动器(140)而旋转。

Description

直升机旋翼变速器

技术领域

本发明描述了一种具有变速器壳体的直升机旋翼变速器，至少一个中心驱动齿轮由至少一个驱动链可旋转地支撑，其中借助驱动齿轮，将行星齿轮限定在相应的行星齿轮轴线上的多个行星齿轮架被设置成使得它们被可旋转地安装，由此可旋转的旋翼柱借助直升机变速器能够围绕中心轴线或旋翼柱被旋转地驱动。

背景技术

在直升机结构的领域中，主旋翼和尾旋翼通常由普遍为行星齿轮变速器形式的直升机旋翼变速器驱动。这样的直升机变速器被容纳于变速器壳体中。变速器壳体在多个位置处被附接到直升机的承载结构并联接到旋翼。因为可以实现紧凑、极为可靠且重量减轻的设计，所以这类直升机旋翼变速器已经被广泛使用。

行星齿轮变速器属于已知的技术，并且在用作直升机旋翼变速器时，这些行星齿轮变速器具有多个外部装齿的行星齿轮，这些行星齿轮被安装在相应的行星齿轮架上。如该设计所述，行星齿轮被安装在位置固定的齿环(呈内部装齿的环形齿轮的形式)中，使得它们能够环绕自身并在环形齿轮内旋转。在这种情况下，行星齿轮分别环绕它们的行星轴线旋转并在齿环内环绕中心旋翼轴线旋转。行星齿轮的旋转受到同样位置固定的中心太阳轮的旋转驱动的影响，但被安装成能够环绕中心旋翼轴线旋转。驱动器使中心太阳轮旋转，从而经由太阳轮和行星齿轮将旋转运动传递到旋翼柱上，其中旋翼柱从变速器壳体的远离驱动侧的一侧突出。通过现有技术的该配置，能够实现紧凑、轻便且足够强劲坚固的直升机旋翼变速器，以便驱动多种旋翼柱。

但是，在实践中，已经显现这类直升机旋翼变速器需要较高的维护费用。特别是必须十分频繁地检查和重调润滑系统。由于在直升机结构中必须接受尽可能多的重量，因此尽可能省略用于自动润滑系统、用于自动润滑系统的控制或者用于润滑剂的复合返回和再使用的附加设备。因此，每隔一段时间必须检查运动部件是否充分润滑并且手动重调运动部件。到目前为止，已知的直升机旋翼变速器在仅几小时飞行时间之后就必须再次被保养和/或维修，这个时间取决于环境和损耗。

已知的直升机旋翼变速器的润滑系统已经通过使用不同润滑剂而得到优化，其中半自动的单个润滑程序同样被做过研究。还尝试过借助中心润滑系统来降低维护费用。但是，至今为止这些努力都没有使这样的直升机旋翼变速器的维护费用达到所需的显著降低的程度。

发明内容

本发明的目的是创造一种紧凑且轻量的直升机旋翼变速器，该直升机旋翼变速器包括少量部件，而这些部件的维护费用通过使润滑被维持较长时间而降低。本发明的目的还在于创造一种相较于现有技术来说维护周期(即，润滑剂监测和补充周期)明显延长的直升机旋翼变速器。

这借助根据本发明所述的直升机旋翼变速器来实现，其中直升机旋翼变速器的操作可靠性被额外地增加，最终直升机旋翼变速器的使用寿命被进一步延长。由于直升机旋翼变速器的特殊构型，润滑变得更为容易且维护周期被延长。

根据本发明的一个方面，提出了一种具有变速器壳体的直升机旋翼变速器，其中，至少一个中心驱动齿轮被安装成能够通过至少一个驱动链而旋转，其中多个行星齿轮被间接地安装成能够借助齿环而旋转，且所述多个行星齿轮被设置在限定相应的行星齿轮轴线的行星齿轮架上，由此能够旋转的旋翼柱借助直升机的变速器能够围绕中心轴线而被旋转地驱动，其特征在于，所述直升机旋翼变速器具有中心腔，位置固定且旋转固定的支承柱在所述中心腔中延伸，所述支承柱被保持为沿所述中心轴线的方向而至少部分地穿过所述齿轮壳体，其中所述中心驱动齿轮在所述支承柱上被安装成能够旋转，并且借助与所述驱动齿轮连接的太阳轮，在面向所述驱动齿轮的行星齿轮架的一侧上能够实现行星式驱动齿轮围绕所述行星齿轮轴线的旋转，以及其中通过能够围绕所述中心轴线旋转的内部装齿的齿环与所述行星齿轮之间的操作性连接，所述行星齿轮被所述齿环环绕并以固定的方式安装成能够围绕其行星齿轮轴线而旋转，所述齿环能够被旋转成使得所述旋翼柱能够被设定为借助附接到所述齿环和所述旋翼柱的齿环驱动器而旋转。

此外，可能实现一种极为紧凑的直升机变速器，其允许电缆、控制杆和其它部件从驱动链侧贯穿到旋翼侧，这将在下文中进行描述。

附图说明

下文中结合附图描述本发明的主题的实施例的优选示例。

图1示出处于安装状态的直升机旋翼变速器的纵向剖视图。

图2示出在变速器壳体被移除的情况下、在直升机变速器被安装在支承柱上之后且安装齿环驱动器之前的直升机变速器的示意图。

图3示出直升机旋翼变速器的纵向剖视图，其中旋翼柱侧上省略了变速器壳体和壳盖。

图4示出直升机变速器的旋翼柱侧部的剖视图，其中示出旋翼柱的齿轮驱动器和附件的细节图。

图5示出具有横齿(cross-toothing，交叉齿)的齿轮驱动器和具有横齿的旋翼柱/齿环凸缘的立体图。

图6示出处于安装状态的直升机变速器的另一优选实施例的纵向剖视图。

其中，附图标记说明如下：

1 直升机旋翼变速器

10 变速器壳体

100 变速器壳体安装座

101 壳盖

11 行星齿轮架

P 行星齿轮轴线

111 行星齿轮(外齿轮)

1111 外齿

112 行星式驱动齿轮

113 行星齿轮架轴承

12 齿环/内部装齿的环形齿轮

120 内齿

121 附件的装置

13 支承柱(位置固定且旋转固定)

130 支承柱与旋翼柱之间的轴承

131 腔

132 第一支承柱元件

133 第二支承柱元件

134 形状配合轴承元件

14 旋翼柱

140 齿环驱动器

1401 外凸缘

14011 通孔

1402 内凸缘

14021 通孔

14022 齿

141 旋翼柱/齿环凸缘

1411 盲孔

1412 齿

142 旋翼联接凸缘

15 驱动链

150 驱动链齿轮

151 驱动链安装座(安装球轴承)

16 驱动齿轮(旋转、固定到位、移动齿环、斜齿)

17 太阳轮(连接到驱动齿轮)

170 管状部

171 外齿

172 太阳轮轴承

Z 中心轴线

具体实施方式

在下文中描述了一种直升机旋翼变速器1，其被设计为行星齿轮变速器的形式且可以被用于驱动主旋翼或尾旋翼。因此，本文所示的直升机旋翼变速器1可以被用作直升机构型中的主变速器，该主变速器在专业术语中被称为“主齿轮箱”。

直升机旋翼变速器1被变速器壳体10环绕，以此保持多种部件并使它们免受外部影响。借助至少一个变速器壳体安装座100，变速器壳体10可以附接到直升机支撑结构(未示出)。变速器壳体10通过壳盖101闭合，壳盖101 由虚线示意性地示出。

直升机旋翼变速器1具有中心腔。在这个中心腔中，以位置固定且旋转固定(抗扭)的方式安装有支承柱13；这里将支承柱13构造为环绕中心轴线Z的中空本体。同时，中心轴线Z形成支承柱13的纵向方向和旋翼柱14 的旋转轴线(还被称为旋翼柱轴线)。支承柱13可以被构造成以纵向方向沿中心轴线Z的不同长度，其中支承柱13至少部分穿过变速器壳体10的中心。这里，支承柱13被构造成完全贯穿变速器壳体10，其中控制杆(未示出) 或电力线路(如电缆等)可以经过支承柱13中的中心腔，特别是沿着旋翼柱轴线。由于支承柱中这样的布置，相较于旋翼柱以外的设置方式，控制杆或电缆不会因外部影响(如飞机与鸟相撞事故等)而受到损坏。用于偏转和校准控制杆的偏转设备优选地被设置在变速器壳体的驱动链侧。

从图1中还可以看出，此处的支承柱13被构造为从旋翼侧沿驱动链侧的方向逐渐变细，以此使支承柱13可以从旋翼侧插入到变速器壳体10的中心腔中，并且可以附接在变速器壳体10中。

根据图1，驱动齿轮16被安装在支承柱13上而使驱动齿轮能够旋转，其中此处的驱动齿轮16具有斜齿锥齿轮齿，其可以与至少一个驱动链15的至少一个驱动链齿轮150相互作用。作为斜齿的替代方案，驱动齿轮可以具有螺旋齿。设计为中空轴的太阳轮17被连接到驱动齿轮16；太阳轮17具有包含例如直齿外齿171的管状部170。驱动齿轮16借助太阳轮17附接到位置固定且旋转固定的支承柱13，并且被安装成使其能够绕中心轴线Z旋转。如图1所示，太阳轮17被安装在两个太阳轮轴承172上，使得太阳轮17能够在支承柱13上旋转，即围绕支承柱13旋转。太阳轮17可以通过驱动链 15驱动，由此太阳轮17具有中空驱动轴。作为设置在支承柱13与太阳轮17 之间的这些太阳轮轴承172的替代方案或附加方案，太阳轮17可以被安装成使其能够借助其它太阳轮轴承172而围绕支承柱13旋转，这些其它太阳轮轴承172适当地安置在变速器壳体10与太阳轮17之间，使得它们可以围绕支承柱13旋转(见图6)。

在太阳轮17的外齿171的高度处，多个行星式驱动齿轮112例如借助花键被设置在对应的行星齿轮架11上，其中行星齿轮架11可以被认为是行星轴。行星式驱动齿轮112在不同情况下均具有外齿并与太阳轮17的外齿171 接合。

行星齿轮架11被构造为固定到位并与变速器壳体10间隔，即与重心轴线Z间隔，也就是说与太阳轮17间隔，使得行星式驱动齿轮112及其行星齿轮架11可以被设定为在变速器壳体10内围绕固定轴线旋转。为了实现行星齿轮架11的尽量不发生摩擦的旋转，至少两个行星齿轮架轴承113被设置成在变速器壳体10的壁与行星齿轮架11之间、沿行星齿轮轴线P的方向间隔。

行星齿轮架11被构造为双行星齿轮架，因为每个行星齿轮架11上设置一个行星齿轮111，对于每个行星式驱动齿轮112而言，双行星齿轮架沿行星齿轮轴线P的方向间隔。行星式驱动齿轮112在不同情况下均被设置成平行于相应的行星齿轮111。多个行星齿轮架11围绕中心轴线Z分布、围绕支承柱13的外圆周分布且设置在变速器壳体10中的固定位置处。这里，所有行星齿轮架11的行星齿轮111和行星式驱动齿轮112都与变速器壳体10的壁以及与位置固定且旋转固定的支承柱13具有足够的间距。通过这种方式可以使行星齿轮架11和行星齿轮111在不同情况下围绕其行星齿轮轴线P的旋转不受干扰。

这里所示的直升机旋翼变速器1可以被认为是二级行星齿轮变速器，这就是根据新型的直升机旋翼变速器1，围绕位置固定且旋转固定的支承柱13 能旋转地安装的中空轴能够用作太阳轮17的原因。这里，支承柱13完全穿过变速器壳体10，并从变速器壳体10的远离驱动链15的一侧突出。

在行星齿轮111的沿中心轴线Z的方向的高度处，齿环12被设置成使其能够围绕中心轴线Z旋转。齿环12环绕所有行星齿轮111，并能够通过行星齿轮111的旋转而被驱动，因而可以围绕行星齿轮111、中心轴线Z旋转，根据所示实施例，环绕支承柱13的外周旋转。

齿环驱动器140被设置在齿环12上，齿环12的旋转借助该齿环驱动器 140可以被传递到可旋转的旋翼柱14上。壳盖101闭合齿轮壳体10，以环绕齿环驱动器140。为了这个目的，壳盖101被附接到变速器壳体10并突出到恰好在可旋转的旋翼柱14的前方。因此，壳盖101没有被附接到旋翼柱上，从而旋翼柱14可以没有任何问题地旋转。

此处，管状设计的旋翼柱14被可旋转地安装成与从变速器壳体10突出的支承柱13的部分同心地对齐。因此两个柱13、14的纵向轴线对齐，其中仅旋翼柱围绕轴线Z旋转。

旋翼柱14被设计为中空轴并形成驱动轴，其通过驱动链15借助直升机旋翼变速器1可以被间接地驱动。旋翼头(包括多个旋翼叶片)被附接到旋翼柱14的与直升机变速器1相反的一侧。为了安装旋翼柱14，其它轴承130 被设置在支承柱13与旋翼柱14之间；这里，两个轴承130沿中心轴线Z彼此间隔。腔131被形成在支承柱13与旋翼柱14之间，其中例如可以设置将润滑油沿旋翼侧的方向进给到轴承130的管。

在图2中，齿环12围绕行星齿轮111的外轮廓的旋转由附图上部的箭头表示。随着行星齿轮111和行星齿轮架11围绕固定轴线旋转，齿环12围绕中心轴线Z运转。内齿120被设置在齿环12上，其与所有行星齿轮111上的外齿1111接合。在这个实施例中，齿环12旋转，从而行星齿轮111被安装在固定轴线上。齿轮驱动器140可以通过附件装置121(例如通孔、或螺纹孔和合适的螺丝)被附接到旋转的齿环12。这里，附件装置121被设置成在朝向中心轴线Z的表面上沿周向分布，并与支承柱13间隔开。支承柱13 与旋翼柱14(未示出)之间的轴承130表现为环绕固定支承柱13。

如图3所示，在壳盖101被移入齿环驱动器140的构型中并连接到旋翼柱14时，可以通过截取直升机变速器1、支承柱13和旋翼柱14的纵向剖面进行观察。齿环驱动器140被设计成罩的形式，防止齿环驱动器140与行星齿轮111之间发生任何接触。齿环驱动器140在一侧连接到齿环12，以及在面向中心轴线Z的一侧连接到旋翼柱14。齿环驱动器140的构型应该尽可能轻便，但具有足够的强度；因此，具有上述这些性质的环形的、类似罩或罩状的部件(由钢、钛等制成且具有优选为2至12mm、更优选为3至8mm的壁厚)形成齿环驱动器140。

作为替代方案，旋翼柱14和齿环驱动器140可以被制造成单个整体部件 (见图6)。

驱动齿轮16通过驱动链15旋转，该驱动链借助驱动链轴承151被安装。凭借连接到驱动齿轮16及其相应的外齿171的太阳轮17所引起的旋转，该旋转被传输到行星式驱动齿轮112并进而被传输到行星齿轮111，其中这可以被认为是当前的二级行星齿轮变速器的第一级。在第二级中，行星齿轮111 将力传递到齿环12的内齿120，并且齿环12围绕中心轴线Z所产生的旋转借助齿环驱动器140被传输到旋翼柱14，其中旋翼柱14从变速器壳体10突出。因此，来自齿环12的扭矩借助齿环驱动器140被传递到旋翼柱14。

旋翼柱14具有旋翼柱/齿环凸缘141和旋翼联接凸缘142。图4详细地示出将齿环驱动器140附接到齿环12和旋翼柱14。多个通孔14011被形成在齿环驱动器140的外凸缘1401中(如图5所示)，其中带有外凸缘1401的齿环驱动器140可以借助穿过通孔14011的合适的螺丝被附接到齿环12的附件的相应装置(见图2)，使得齿环驱动器140可以被安装成与后者一起旋转。作为外凸缘1401与齿环12之间这样的螺纹连接的替代方案或附加方案，彼此发生接触的齿环12和齿环驱动器140的外凸缘1401的表面可以设有附加的相应的齿或横齿。

在远离外凸缘1401的一侧上，具有多个通孔14021(用虚线示出)的内凸缘1402被形成在齿环驱动器140上。齿环驱动器140借助穿过通孔14021 的螺丝、以及旋翼柱/齿环凸缘141中选定的盲孔1411(用虚线示出)而被紧固到旋翼柱14。

如文中所示，从齿环12、或更具体地从齿环驱动器140传递到旋翼柱14 的扭矩可以被增大并被保护。为了这个目的，旋翼柱/齿环凸缘141与齿环驱动器140的内凸缘1402之间的附加的形状配合连接被引入。为此，彼此发生接触的旋翼柱/齿环凸缘141和内凸缘1402的表面均设有附加的相应的齿或横齿1412，14022。附图中以交叉的形式表示十字形构型。在不同情况下，在旋翼柱/齿环凸缘141和内凸缘1402螺接在一起时，齿部从凸缘表面突出并以形状配合方式彼此接合。除了通过旋翼柱/齿环凸缘141与齿环驱动器 140的内凸缘1402的接触而在大的表面面积上提供扭矩传递之外，两个面上的横齿保证凸缘的接触表面的固定。

此处所示的直升机变速器1具有能够围绕固定轴线旋转的四个行星齿轮架11，其中行星齿轮111使齿环12能够旋转。这里，所有径向轴承113、130、 172、151被设计成锥形滚柱轴承的形式。

特别地，行星齿轮架轴承113应该实施为锥形滚柱轴承的形式，这使得维护周期，即润滑剂监测和补充周期的增加得以实现。

锥形滚柱轴承的滚动元件优选地由陶瓷制成，特别是由氮化硅或二氧化锆制成。如本文所示，在使用这样的锥形滚柱轴承时不需要经常监测和补充润滑系统。此外，在使用中锥形滚柱轴承的磨损不会那么严重。

可选地，支承柱13可以在变速器壳体10外的驱动链侧上被附接到直升机承载结构(未示出)。由于支承柱13保持位置固定且旋转固定，所以这成为可能。

由于支承柱13和旋翼柱14的完全中空本体设计，电缆和/或控制杆可以完全穿过直升机变速器1。这可以实现更紧凑的设计。

根据新型直升机旋翼变速器1的另一优选实施例，参考图6，支承柱13 可以被构造成两个部分。第一支承柱元件132被设置在驱动链侧上，并且支承柱元件132的至少一部分由第二支承柱元件133容纳。第一支承柱元件132 可以被认为是变速器轴，驱动齿轮16和连接到驱动齿轮16的太阳轮17围绕第一支承柱元件132可旋转地安装。如图6所示，太阳轮轴承172被设置在变速器壳体10与太阳轮17之间，进而太阳轮17围绕支承柱13的支承柱元件132可旋转地安装。

支承柱13的第二支承柱元件133被设计为从驱动链侧沿朝向旋翼侧的方向逐渐变细，在组装期间，第二支承柱元件133从驱动链侧通过变速器壳体 10的中心腔沿朝向旋翼侧的方向插入。此处，第二支承柱元件133可以借助套筒形式的形状配合轴承元件134而基本上被附接到变速器壳体10中。

根据图6所示的另一优选实施例，旋翼柱14和齿环驱动器140例如被制造成单个整体部件。

Claims (12)

1.一种具有变速器壳体(10)的直升机旋翼变速器(1)，其中，至少一个中心驱动齿轮(16)被安装成能够通过至少一个驱动链(15)而旋转，其中

多个行星齿轮(111)被间接地安装成能够借助所述中心驱动齿轮(16)而旋转，且所述多个行星齿轮被设置在限定相应的行星齿轮轴线(P)的行星齿轮架(11)上，由此能够旋转的旋翼柱(14)借助所述直升机旋翼变速器(1)能够围绕中心轴线(Z)而被旋转地驱动，

其特征在于，

所述直升机旋翼变速器(1)具有中心腔，位置固定且旋转固定的支承柱(13)在所述中心腔中延伸，所述支承柱(13)被保持为沿所述中心轴线(Z)的方向而至少部分地穿过所述变速器壳体(10)，其中

所述中心驱动齿轮(16)在所述支承柱(13)上被安装成能够旋转，并且借助与所述中心驱动齿轮(16)连接的太阳轮(17)，在面向所述中心驱动齿轮(16)的行星齿轮架(11)的一侧上能够实现行星式驱动齿轮(112)围绕所述行星齿轮轴线(P)的旋转，以及其中

通过能够围绕所述中心轴线(Z)旋转的内部装齿的齿环(12)与所述行星齿轮(111)之间的操作性连接，所述行星齿轮(111)被所述齿环(12)环绕并以固定的方式安装成能够围绕其行星齿轮轴线(P)而旋转，所述齿环(12)能够被旋转成使得所述旋翼柱(14)能够被设定为借助附接到所述齿环(12)和所述旋翼柱(14)的齿环驱动器(140)而旋转。

2.根据权利要求1所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

所述位置固定且旋转固定的支承柱(13)穿过所述变速器壳体(10)，并沿所述中心轴线(Z)的方向完全贯穿所述变速器壳体，所述支承柱(13)和所述旋翼柱(14)相对彼此同心地设置。

3.根据权利要求1所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

所述支承柱(13)和所述旋翼柱(14)均被构造为具有中心开口的中空本体，使得元件能够被设置为沿所述中心轴线(Z)的方向完全地穿过所述支承柱(13)与所述旋翼柱(14)之间。

4.根据权利要求1所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

被构造为从旋翼侧沿着朝向驱动链侧的方向逐渐变细的所述支承柱(13)被插入所述变速器壳体(10)的中心腔中并被附接。

5.根据权利要求1所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

借助所述行星齿轮架(11)，所述中心驱动齿轮(16)被设置成能够平行于所述行星齿轮(111)且相对于所述行星齿轮轴线(P)间隔开地旋转。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

所述齿环驱动器(140)能够借助外凸缘(1401)而附接在所述齿环(12)上，并借助内凸缘(1402)而附接在所述旋翼柱(14)的旋翼柱/齿环凸缘(141)上。

7.根据权利要求6所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

所述旋翼柱/齿环凸缘(141)和所述内凸缘(1402)的发生接触的表面均设有相应的齿(1412；14022)，由此实现形状配合连接。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

所述变速器壳体(10)能够借助环绕所述齿环驱动器(140)的壳盖(101)闭合，其中

所述壳盖(101)被附接到所述变速器壳体(10)且没有被附接到旋翼柱侧。

9.根据权利要求1所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

行星齿轮架轴承(113)被实施为锥形滚柱轴承的形式。

10.根据权利要求9所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

其它径向轴承、位于所述支承柱(13)与所述旋翼柱(14)之间的轴承(130)、太阳轮轴承(172)以及驱动链轴承(151)也都被实施为锥形滚柱轴承的形式。

11.根据权利要求9或10所述的直升机旋翼变速器(1)，其中

所述锥形滚柱轴承的滚动元件由陶瓷制成。

12.根据权利要求11所述的直升机旋翼变速器(1)，其中，所述锥形滚柱轴承的滚动元件由氮化硅、碳化硅或二氧化锆制成。

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