CN108368918B - 具有两条中间线的减速器和包括它的涡轮螺旋桨发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮螺旋桨发动机的包括两条中间线的减速器，所述减速器包括：‑输入线，所述输入线包括支撑一输入齿轮的输入轴(ai)，‑第二中间线，所述第二中间线包括支撑一第二中间齿轮的第二中间轴，‑弹簧(24)，所述弹簧由一框架(25)支撑，并围绕输入轴(ai)的纵向部分(29)，以使该输入齿轮(10)可朝向一平衡位置移动，所述平衡位置与来自输入轴(ai)的功率至第一中间线(17)的第一中间轴(a2)和第二中间线(18)的第二中间轴(a3)的传递的均匀分配相对应。

Description

具有两条中间线的减速器和包括它的涡轮螺旋桨发动机
技术领域
本发明涉及飞机的一般领域。更具体地说，其涉及一种用于例如涡轮螺旋桨发动机的涡轮发动机的具有两条中间线路的减速器。
背景技术
涡轮螺旋桨发动机包括空气输入件、压缩机、燃烧室、涡轮机、螺旋桨和减速器。减速器布置在涡轮机与螺旋桨的轴线之间，与涡轮机的轴的旋转速度相比，使用减速器来减小螺旋桨的旋转速度，所述涡轮机的旋转速度太快而无法供应所述螺旋桨。
存在许多类型的减速器，特别是周转轮减速器、链条减速器、蜗杆减速器、中间传动减速器等。
在一涡轮螺旋桨发动机中，使用具有两条中间线的减速器是特别有意义的，因为这种减速器可在有限的空间和质量控制下使速度严重降低。具有两条中间线1的减速器在图1中示意性地示出。参照图1，减速器1包括：
-输入线16，所述输入线包括由一输入轴a1驱动的输入齿轮10，
-第一中间线17，所述第一中间线包括由一第一中间轴a2驱动的第一中间齿轮11和第三中间齿轮13，
-第二中间线18，所述第二中间线包括由一第二中间轴a3驱动的第二中间齿轮11和第四中间齿轮14，
-输出线19，所述输出线包括由一输出轴a4驱动的输出齿轮15。
当减速器1用于涡轮螺旋桨发动机中时，输出线19的输出轴a4是螺旋桨的轴，输入线的输入轴a1是涡轮机的轴。因此，与输入轴a1的旋转速度相比，输出轴a4的旋转速度降低。为此，输入轴的一半功率必须通过每个中间轴a2和a3，以最后被传递到输出轴a4。功率的传递通过相互啮合的齿轮进行。
然而，这种减速器是超静定系统，也就是说，如果没有特别的布置，中间线路可能会传输大部分发动机功率，而另一中间线路实际上不会传输任何功率。事实上，确保齿轮相互的最佳啮合是困难的，并且由此难以确保输入齿轮10的功率在第一中间齿轮11与第二中间齿轮12之间以及因此在第三中间齿轮13与第四中间齿轮14之间的平均分配。图2表示具有图1中所示的两条中间线1的减速器的正视图。参照图2，即使输入齿轮10分别在点A和B的水平处与第一中间齿轮11和第二中间齿轮12接触，难以保证在点C和D的水平处不存在游隙。应该注意的是，点C和D分别对应于第三中间齿轮13与输出齿轮15接触点以及第四中间齿轮14与输出齿轮15的接触点。
因此，需要所谓的“负载分配”或“转矩分配”系统，以确保一半的功率经由每个中间线路17和18传输。
例如，专利申请US 1351321A描述了一种负载分配系统，其通过借助于可垂直滑动的矩形部件向输入齿轮增加一定程度的垂直自由度来实现。所述自由度使所述输入齿轮沿着一竖直轴自由地定位，从而确保中间传输线之间的转矩的良好分配。位于矩形部件下方的压缩弹簧由于齿轮重量具有补偿垂直力的功能。
然而，这种“负载分配”系统的问题在于，使用安装在压缩弹簧上的矩形部件制造复杂，且有可能劣化减速器的可靠性的风险。而且，根据现有技术的系统不使输入齿轮以最佳方式移动。
发明内容
本发明的目的是简化和改进在减速器的两条中间线之间的载荷分配系统。
根据第一方面，本发明涉及一种用于涡轮螺旋桨发动机的具有两个中间线的减速器，所述减速器包括：
-输入线，所述输入线包括驱动输入齿轮的输入轴，
-第一中间线，所述第一中间线包括驱动一第一中间齿轮的第一中间轴，
-第二中间线，所述第二中间线包括驱动一第二中间齿轮的第二中间轴，
-弹簧，所述弹簧由一框架支持，
该弹簧围绕所述输入轴的纵向部分，以便使输入齿轮朝向平衡位置移动，所述平衡位置对应于来自所述输入轴的功率到第一中间线的第一中间轴和第二中间线的第二中间轴的传递的平均分配。
根据第一方面的减速器使上述问题得以解决。
事实上，根据本发明的减速器比根据现有技术的减速器更容易制造，因为安装在压缩弹簧上的矩形部件被一单个弹簧代替。因此使用弹簧可在实现相同功能的同时减少部件的数量。
围绕输入轴的纵向部分的弹簧的存在使由输入轴驱动的输入齿轮可垂直和侧向自由移动。实际上，当驱动输入齿轮的输入轴具有侧向自由度时，中间线之间的转矩更有效地分配。因此，当输入齿轮沿着径向自由移动时，所述输入齿轮自然地定位在第一中间线的啮合力和第二中间线的啮合力彼此抵消的一位置中。在这个平衡位置，传递给第一和第二中间线的转矩是相等的。
除了前面段落中已经描述的特征之外，根据本发明的第一方面的减速器可以具有以下的一个或多个附加特征，单独或根据其所有技术上可能的组合考虑。
根据一个非限制性实施例，围绕输入轴的纵向部分的弹簧使输入轴沿大体垂直于输入轴的旋转轴线的轴线移动。
根据一个非限制性实施例，框架对弹簧的保持通过将所述弹簧的第一部分连接到框架来实现。
根据一个非限制性实施例，框架对弹簧保持通过将所述弹簧插入框架的一凹槽中来实现。
根据一个非限制性实施例，包括一内环和一外环的轴承位于输入轴与弹簧之间。
根据一个非限制性实施例，弹簧的第二部分连接到轴承的外环。
根据一个非限制性实施例，轴承的内环连接到输入轴。
根据一个非限制性实施例，轴承的内环通过热配合连接到输入轴。
根据一个非限制性实施例，弹簧是螺旋形的。
根据一个非限制性实施例，框架是减速器的壳体。
根据第二方面，本发明涉及一种包括根据本发明的第一方面的减速器的涡轮螺旋桨发动机。
通过阅读下面的描述并通过检查随附的附图可以更好地理解本发明及其不同的应用。
附图说明
这些图仅出于指示性目的而呈现，绝不限制本发明。附图显示：
-在已经描述的图1中，显示具有两条中间线的减速器的立体图，
-在已经描述的图2中，显示了图1中所示的减速器的前视图，
-在图3中显示了根据本发明的一个实施例的减速器的输入线的轴向截面图，
-在图4中，显示了沿着图3中呈现的输入线的轴线AA的截面图，
-在图5中，显示了当所述弹簧经历变形时，根据一个实施例的弹簧的图。
具体实施方式
除非另有说明，否则出现在不同附图中的相同元件具有单一的附图标记。
本发明涉及一种具有两个中间线的减速器1，使负载在所述中间线之间优化分配。
在涡轮螺旋桨发动机中，减速器1设置在涡轮机与螺旋桨之间，用来减小螺旋桨的轴相对于涡轮机的轴的旋转速度。
参考图1，其示意性地表示具有两条中间线的减速器1的原理，该减速器1包括：
-输入线16，
-第一中间线17，
-第二中间线18，
-输出线19。
输入线16包括驱动输入齿轮10的输入轴a1，输入轴a1对应于涡轮螺旋桨发动机的涡轮机的轴(未示出)。输入齿轮10与分别由第一中间轴a2和第二中间轴a3驱动的第一中间齿轮11和第二中间齿轮12啮合。安装在第一中间轴a2上的第一中间齿轮11和安装在第二中间轴a3上的第二中间齿轮12分别形成第一中间线17和第二中间线18。第一中间线17包括安装在第一中间轴a2上的第三中间齿轮13，第二中间线18包括安装在第二中间轴a3上的第四中间齿轮14。输出线19包括由输出轴a4驱动的输出齿轮15，所述输出轴a4对应于涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨的轴(未示出)。输出齿轮15与第三中间齿轮13和第四中间齿轮14啮合。
应该注意的是，输入线16、第一中间线17、第二中间线18和输出线19是平行的。而且，应该注意的是，输入线16和输出线19通常安装在减速器1的壳体25中。
当输入齿轮10通过输入轴a1沿着第一轴线x1旋转时，与第一中间齿轮11和第二中间齿轮12啮合的所述输入齿轮10驱动所述中间齿轮11和12分别沿着第二轴线x2和第三轴线x3旋转。实际上，输入线16将其功率传递给第一中间线17和第二中间线18。应该注意的是，第一中间齿轮11和第二中间齿轮12的直径d2比输入齿轮10的直径d1更小，第一中间齿轮11和第二中间齿轮12的齿数比输入齿轮10的齿数更少。由第一中间齿轮11的旋转驱动的第一中间轴a2的旋转驱动第三中间齿轮13的旋转。以相同方式，由第二中间齿轮12的旋转驱动的第二中间轴a3的旋转驱动第四中间齿轮14的旋转。应该注意的是，根据图2中呈现的实施例，第三中间齿轮13和第四中间齿轮14的直径d3比第一中间齿轮11和第二中间齿轮12的直径d2更小，第三中间齿轮13和第四中间齿轮14的齿数比第一中间齿轮11和第二中间齿轮12的齿数更少。第三中间齿轮13和第四中间齿轮14与输出齿轮15的啮合驱动所述输出齿轮15的旋转，从而沿着第四旋转轴线a4驱动输出轴a4旋转。
输出齿轮15的直径d4大于第三和第四中间齿轮13和14的直径d3。不同直径的齿轮的使用使得可比较于输入轴a1的旋转速度改变输出轴a4的旋转速度，以相对于输入轴a1(涡轮机的轴)降低输出轴a4(螺旋桨的轴)的速度。
图3显示根据本发明的一个实施例的所述减速器1的输入线16的轴向截面。事实上，负载分配系统位于减速器1的输入线18的水平。
参照图3，输入轴a1的纵向部分29通过所述壳体25的一孔口31安装在减速器1的壳体25中。根据图3和图4中呈现的实施例，壳体25具有一凹槽30，以容纳所述纵向部分29以及轴承20和弹簧24。而且，根据一个实施例，输入轴a1的一端(图中未示出)由使输入轴a1可自由旋转的一个系统支撑。根据一个实施例，使输入轴a1可自由旋转的所述系统由旋转花键形成。
如前所述，壳体25的凹槽30容纳输入轴a1的纵向部分29，所述部分29被轴承20包围，所述轴承本身被弹簧24包围。凹槽30由经由连接装置26连接到凹槽30的壁的盖32阻隔。
轴承20由一外环23和一内环22组成，在该外环23和内环22之间放置滚珠21。内环22连接在输入轴a1的纵向部分29周围。根据一个实施例，轴承20通过过盈配合连接到输入轴a1。
弹簧24围绕轴承20的外环23。根据图5所示的实施例，弹簧24是螺旋形的。根据一个实施例，弹簧24的第一端27(图5中可见)连接到轴承20的外环23。而且，根据一个实施例，一第二端28(图5中可见)连接到减速器1的壳体25。根据另一个实施例，一第一部件连接到壳体25，一第二部件连接到外环23。弹簧24的“部件”被认为是弹簧24的除了第一端27和第二端28之外的一个部分。
而且，根据一个实施例，弹簧24具有扭转刚度，使得能够阻止轴承20的外环23的旋转。根据一个实施例，弹簧24的扭转刚度与径向刚度相比较高，以使输入齿轮10可径向运动。弹簧24的低径向刚度使输入齿轮10可自由地定位，从而确保转矩在中间线17和18之间的良好分配。应该注意的是，弹簧24的扭转刚度和径向刚度可以根据应用而变化。
因此，当输入齿轮10采用不正确的定位而导致第一中间线17与第二中间线18之间的输入线16的功率的不正确传递时，所述输入齿轮10将自然地移动，以取得一平衡位置，再次使功率可在中间线17和18之间平均分配。应该注意的是，输入线16的功率到中间线17和18的不正确传输导致一个中间线比另一个被更多地加载。于是，经由最大载荷的中间线传递的扭矩大于另一个中间线上传递的扭矩，因此，由输入齿轮10上的所述扭矩引起的力在一侧比另一侧大。
围绕输入轴a1的纵向部分29的弹簧24的存在使输入齿轮10可在竖直方向和侧向方向上自由移动。当输入齿轮10移动以采用平衡位置时，连接到壳体25和轴承20的外环23的弹簧24变形。应该注意的是，当驱动输入齿轮10的输入轴a1除了具有垂直自由度之外还具有侧向自由度时，中间线17和18之间的转矩更有效地分配。实际上，当输入齿轮10沿着径向自由移动时，所述输入齿轮10自然地定位在第一中间线17的啮合力和第二中间线18的啮合力相互抵消的一位置中。在这个平衡位置，传递到第一和第二中间线17和18的转矩是相等的。
图5表示当输入轴a1以及因此输入齿轮10采用不正确的定位时弹簧24变形的例子。参考图5，弹簧24垂直变形(沿着图4中所示的y轴)：在弹簧24的一部分上被压缩并且在弹簧24的另一部分的水平处被拉伸，也就是说，输入轴a1(未示出)和因此输入齿轮10已经竖直移动(沿着y轴)。应该注意的是，弹簧24的变形也可以沿着垂直以外的方向实现，弹簧24使输入轴a1可沿着大体垂直于输入轴a1的旋转轴线x1的任何轴线移动。
在平衡时，由于中间线17和18上的转矩而导致的输入齿轮10上的力相互抵消，这意味着所述中间线17和18上的转矩是相等的。

Claims (10)

1.一种用于涡轮螺旋桨发动机的具有两条中间线(17，18)的减速器(1)，所述减速器(1)包括：
-输入线(16)，所述输入线包括驱动一输入齿轮(10)的输入轴(a1)，
-第一中间线(17)，所述第一中间线包括驱动一第一中间齿轮(11)的第一中间轴(a2)，
-第二中间线(18)，所述第二中间线包括驱动一第二中间齿轮(12)的第二中间轴(a3)，
-弹簧(24)，所述弹簧由一框架(25)固定，
其特征在于，所述弹簧(24)是螺旋形的，其扭转刚度高于其径向刚度，并且它围绕所述输入轴(a1)的纵向部分(29)，以使所述输入齿轮(10)可朝向一平衡位置移动，该平衡位置与来自所述输入轴(a1)的功率向所述第一中间线(17)的第一中间轴(a2)和所述第二中间线(18)的第二中间轴(a3)的传递的平均分配相对应。
2.根据权利要求1所述的减速器(1)，其特征在于，围绕所述输入轴(a1)的纵向部分(29)的所述弹簧(24)使所述输入轴(a1)可沿与所述输入轴(a1)的旋转轴线(x1)大致垂直的一个轴线移动。
3.根据权利要求1或2所述的减速器(1)，其特征在于，包括内环(22)和外环(23)的一轴承(20)位于所述输入轴(a1)与所述弹簧(24)之间。
4.根据权利要求3所述的减速器(1)，其特征在于，所述弹簧(24)的第一端(27)连接到所述轴承(20)的外环(23)。
5.根据权利要求3所述的减速器(1)，其特征在于，所述轴承(20)的所述内环(22)连接至所述输入轴(a1)。
6.根据权利要求5所述的减速器(1)，其特征在于，所述轴承(20)的所述内环(22)通过过盈配合连接到所述输入轴(a1)。
7.根据权利要求1或2所述的减速器(1)，其特征在于，通过将所述弹簧(24)的第二端(28)连接到所述框架(25)来实现所述框架(25)对所述弹簧(24)的固定。
8.根据权利要求1或2所述的减速器(1)，其特征在于，通过将所述弹簧(24)插入所述框架(25)的一凹槽(30)来实现所述框架(25)对所述弹簧(24)的固定。
9.根据权利要求1或2所述的减速器(1)，其特征在于，所述框架(25)是所述减速器(1)的一壳体(25)。
10.一种涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，它包括根据权利要求1至9中任一项所述的减速器(1)。
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