CN108626378A - 用于行星齿轮装置的行星支架和行星齿轮装置 - Google Patents

Abstract

用于行星齿轮装置(1)的行星支架(5)设置有环(15)，环具有多个板扇区(16)和多个连接扇区(17)，多个板扇区和多个连接扇区围绕第一轴线(3)而彼此交替；连接结构(9)以角度固定的方式将连接扇区(17)连接至旋转部件或静态部件；行星支架还设置有多个销(19)，这些销(19)相对于所述板扇区(16)而固定，并且，沿着相对于第一轴线(3)而平行且偏心的相应的第二轴线(21)从板扇区沿相反方向突出；各销具有两个同轴的外表面(22A、22B)，外表面适应于支撑齿轮装置的相应的行星齿轮(2)，并且，相对于与第一轴线(3)垂直的对称平面(P)而彼此对称；板扇区(16)相对于该对称平面而不对称。

Description

用于行星齿轮装置的行星支架和行星齿轮装置

技术领域

本发明涉及用于行星齿轮装置的行星支架，具体地，用于航空应用的行星支架，下文的描述将涉及该行星支架，然而，不失普遍性。

背景技术

达成本专利申请的项目从根据欧盟的地平线2020研究的洁净天空2计划的共同事业和根据编号为CS2-ENG-GAM-2014-2017-05的拨款协议的创新规划收到资金。

众所周知，行星齿轮装置在航空发动机领域中广泛地用于在涡轮机(具有高速和低转矩)与至少一个推进元件(具有高转矩和低速)之间传递运动且转换动力，因为，行星齿轮装置在以有限的重量和总体尺寸执行该功能的方面非常高效。

在航空领域之外，尤其是，在风力涡轮构造领域中，存在类似的设计解决方案，然而，其中，齿轮装置充当倍速器，而不充当减速器。

在被研究以降低消耗和污染的新型航空发动机体系结构(诸如，“整体式驱动装置”和“开式转子”型“涡扇”体系结构)中，除了重量自然减轻之外，尤其感觉到需要尽量减小齿轮装置的尺寸。实际上，在这些体系结构中，行星齿轮装置与涡轮机成整体，使得齿轮装置的直径的总体尺寸倾向于对供空气流或排气通过的通道的几何结构造成影响，且因此，对同一涡轮机的输出造成决定性影响。

这些齿轮装置的实施例的有利的解决方案允许行星支架的使用，其中，该行星支架具有环形板，该环形板支撑成两个阵列的行星齿轮，成两个阵列的行星齿轮布置于同一板的相反的两侧上。具体地，行星齿轮借助于轴承而安装于相应的销上，其中，销沿着与齿轮装置的轴线平行的方向沿相反方向从板突出。

非常需要实现沿着齿轮装置中的各种转矩传递路径的负载的完全地均等的分布。该均等分布是实现齿轮装置的最轻和最小总体尺寸的必要条件。实际上，负载的可能的分布不均和对该分布不均的估计的不确定性导致当对齿轮装置(嵌齿轮、轴承等)的构件进行设计且选择尺寸时，无论构件的有效应力状态如何，都有必要使用过载系数，结果，所有的零件都尺寸过大，即使是实际上受到较小的应力的零件，也尺寸过大。

在WO2013065024中描述的解决方案通过引入具有径向旋转轴线的联接器以支撑板，而有效地降低负载的分布不均。然而，该解决方案要求相对较大的数量的构件，并且，联接器冒着由于摩擦而导致所联接的零件的磨损的风险，且因此，联接器在某种程度上不可靠。

因此，优选尝试设计齿轮装置不具有接头的解决方案。然而，在这类解决方案中，板通常在联结点处受到弯矩，在联结点处，板连接至用于运动输入/输出的连接结构，或连接至固定的连接结构。由于这些局部弯矩而导致的板弯曲造成支撑行星齿轮的销的轴线的倾斜，导致两个阵列之间的行星齿轮上的负载的不理想的失衡或分布不均，并且，引起销与板之间的连接区中的不理想的反作用应力。

在EP2998615中描述的解决方案通过借助于多对可变形的臂而联接板，以允许板与连接结构之间在负载下的相对移动，从而解决这些问题。具体地，这些臂的柔性防止局部弯矩从连接结构传递至板，以便能够以极其有限的厚度(即，高柔性)生产该板，这自动地补偿在属于两个不同的阵列的行星齿轮的两个同轴的行星齿轮之间沿切向方向的任何相对位移量。具有非常低的抗弯刚度的设计还意味着，在行星支架销连接至板的区中，减少过载。

虽然如此，但该解决方案不尽如人意，因为，前述的多对臂具有周向方向上的相当大的总体尺寸且占据能够用于行星齿轮的空间。换句话说，在这类解决方案的情况下，不可能针对各阵列而设置不止三个或至多四个行星齿轮。

发明内容

本发明的目标是生产用于行星齿轮装置的行星支架，该行星支架允许简单地且低成本地解决前述的问题。

根据本发明，生产如权利要求1中所定义的用于行星齿轮装置的行星支架。

本发明还涉及如权利要求11中所定义的行星齿轮装置。

附图说明

现在，将参考附图而描述本发明，附图图示本发明的实施例的非限制性的示例，其中：

图1在透视简化图中示出设置有根据本发明的行星支架的优选的实施例的行星齿轮装置；

图2是图1的齿轮装置的轴向图；

图3是根据图2的线III-III所指示的截面的放大截面图；并且，

图4是图1的行星支架的细节的放大且为了清楚起见而移除零件的透视图。

具体实施方式

参考图1和图2，参考标号1作为整体而指示行星齿轮装置(以简化的方式示出)，行星齿轮装置包括多个行星齿轮2，这些行星齿轮2围绕轴线3布置，围绕相对于轴线3而平行且偏心的相应的轴线4旋转，并且，由行星支架或齿轮系架5支撑。行星齿轮2的轮齿未在附图中示出，且优选为带有直齿的圆柱形。

行星齿轮2布置成形成两个阵列，这两个阵列相对于与轴线3(图3)垂直的平面P而对称，并且，沿径向向内侧与至少一个太阳齿轮(未示出)啮合，其中，太阳齿轮相对于运动传递部件而同轴且角度固定。

行星齿轮2能够沿径向向外侧与环形齿轮(未示出)的至少一个内部轮齿啮合。

优选地，行星齿轮2的轴线4围绕轴线3相对于彼此而在角度上等距。

有利地，行星支架5由整体式主体(即，以单个件制成的主体)限定，并且，包括环形结构9，环形结构9限定转矩提取/插入部件，并且，以连接元件10(例如，凸缘)终止，连接元件10限定联接器，该 联接器用于以角度固定的方式将行星支架5连接至未示出的部件，例如，连接至运动输出或输入传动轴或静态结构。

在与连接元件10相反的轴向端处，结构9以环形部分12终止，环形部分12连接至行星支架5的环15。具体地，部分12和元件10布置于平面P的相反的轴向侧上。

环15与结构9沿着轴线3同轴，并且，包括多个扇区16(图3和图4)和多个扇区17，多个扇区16和多个扇区17围绕轴线3沿周向方向彼此交替。

如能够在图3和图4中看到的，扇区16由板扇区限定，即，其沿与轴线3平行的方向测量到的厚度小于径向方向上的尺寸且小于周向方向上的尺寸。例如，扇区16具有小于10mm的厚度(典型地，5-7 mm的厚度)。

扇区17针对相对于扇区16的弯曲而具有更大的刚性。扇区17以角度固定的方式联接至结构9的部分12，以便于在环15与结构9之间传递剪切作用(切向力)，且因此，传递转矩。

具体地，扇区17刚性地连接至部分12。优选地，扇区17和该结构形成单个件的部分。根据未示出的变型，结构9是与环15分离的零件，并且，在齿轮装置1的装配的期间，结构9紧固至环15。

如上文所提到的，并且，如在图3中可见的，部分12与平面P沿轴向隔开，以便在环15的两个轴向侧之一处，发生环15与结构9之间的转矩的传递。在设计阶段中，还根据行星齿轮2的直径和轴线4的位置而确定结构9的形状和大小，以便于留下足以配合且移除行星齿轮2的径向空隙。

参考图3，行星齿轮2借助于相应的轴承20而由销19支撑。各销19是行星支架5的一部分，并且，沿着轴线21延伸，在设计条件下，轴线21与轴线4重合。

有利地，各销19与对应的扇区16一起以单个件制成。根据未示出的变型，销19是例如经由过盈配合而固定至相应的扇区16的单独的零件。

如能够在图4中看到的，各销19包括两个部分19A和19B，这两个部分19A和19B相对于对应的扇区16而沿相反方向沿轴向突出。具体地，各扇区16包括两个部分16A和16B，这两个部分16A和16B围绕轴线3沿周向方向布置于对应的销19的相反的两侧上。

优选地，部分19A和19B具有相应的外表面22A和22B，外表面22A和22B彼此同轴，并且，限定座部，轴承20配合于座部上。具体地，部分19A和19B被突出部23沿轴向彼此分离，突出部23优选地围绕轴线21为圆形且连续的，并且，相对于表面22A和22B而沿径向向外突出。具体地，各突出部23具有两个相反的面24A和24B，面24A和24B限定轴向肩部，轴承20靠在轴向肩部上。优选地，销19沿轴向为空心的，并且，在内部通过连接装置(未示出)而接合，该连接装置将轴承2沿轴向锁定在面24A和24B上。

参考图3，轴承20优选地由滚动轴承限定，并且，包括相应的内滚道25，具体地，内滚道25由相应的环限定，环配合至表面22A和22B上，并且，沿轴向靠在面24A和24B上。

轴承20还包括相应的外滚道26，外滚道26优选地由行星齿轮2的内表面直接地限定。

根据未示出的变型，滚道26由与行星齿轮2分离的环限定；且/或滚道25由表面22A和22B限定。

优选地，轴承20是自对准滚柱轴承，即，如下的轴承：允许滚道25围绕布置于轴线21上的旋转中心C相对于滚道26而自由旋转，且因此，允许各行星齿轮2的旋转轴线4在运行条件下围绕中心C相对于轴线21而自动地对准。出于该目的，外滚道26关于中心C而呈环形或球形。有利地，各轴承20包括单行桶形滚子27。

前述的平面P由如下的平面限定：表面22A和22B相对于该平面而相互对称。更详细地，平面P由如下的平面限定：轴承20和中心C相对于该平面而相互对称。

参考图4，各扇区16包括至少一个连接区28，连接区28联结至对应的突出部23，且具体地，限定至少一个圆角，以防止形成锐缘。此外，各扇区16沿周向方向以两个相反的连接区终止，这两个连接区由参考标号29指示，并且，联结至相邻的两个扇区17。具体地，区29限定至少一个圆角，以防止形成锐缘。

根据本描述的优选的方面，如能够在图3中看到的，至少一个扇区16相对于平面P而不对称，即，具有相对于平面P而不对称的形状和/或位置。

优选地，所有的扇区16都具有相同的形状和轴向位置，使得扇区16彼此的区别仅在于围绕轴线3的轴向位置。

具体地，对于各销19，区28沿着平面M沿轴向布置，平面M与轴线21垂直，并且，与平面P沿轴向间隔开。更详细地，平面M向轴向侧与平面P间隔开，在轴向侧上，布置有结构9的部分12，联接有扇区17。

优选地，区29沿着平面P对称地布置，以便于不沿轴向干涉轴承2的轮齿和限制齿轮装置1的轴向总体尺寸。因此，考虑到区28的不对称，扇区16具有不平坦的形状，且/或并非与轴线3完全地垂直。

扇区16的相对于平面P的不对称的配置允许在运行条件下使负载均等地分布于各种转矩路径中，即，各种行星齿轮2中。具体地，扇区16的不对称补偿了在相对于平面P的不对称的轴向位置，在结构9的部分12与环15之间传递转矩这一事实。

能够例如借助于计算机模拟而注意到，扇区16的不对称的配置相对于对称配置而减少运行期间的负载下的销19的轴线21的旋转。换句话说，由于该补偿，关于偏转，销19 倾向于与结构9隔离，使得结构9的负载下的变形不改变轴线21的对准，因此，轴线21依然彼此平行。这导致两个阵列中的一个阵列与另一个阵列之间的行星齿轮2的轮齿上的负载的均匀分布。

在设计阶段中，具体地，基于计算机模拟，确定不对称的程度，且具体地，平面P与平面M之间的轴向偏移的程度，以便最佳地使负载均匀地分布于两个阵列的轴承之间。

同时，扇区16的不对称不对周向方向上的齿轮装置1的总体尺寸造成影响，以便如所示出的示例中那样，有可能在行星齿轮的各阵列中设置甚至不止四个行星齿轮2。

此外，行星支架5以单个件制成这一事实不仅减少待制造和装配的零件的数量，且因此，降低复杂性，而且还降低受到循环负载的接触的构件上的微动疲劳所造成的断裂的风险。

从上文显而易见在不背离如所附权利要求中所定义的保护范围的情况下，可以对行星支架5和齿轮装置作出改变或变型的方式。

具体地，扇区16的不对称程度和形状可能与经由示例而指示的扇区的不对称程度和形状不同。

此外，齿轮装置1能够配置有静态行星支架和旋转环形齿轮(“星形”配置)、旋转的行星支架和静态环形齿轮(“行星”配置)或所有的元件都旋转(“差动”配置)。

Claims (10)

1.一种用于行星齿轮装置(1)的行星支架(5)，所述行星支架(5)包括：

- 环(15)，其具有第一轴线(3)，并且，包括多个板扇区(16)和多个连接扇区(17)，所述多个板扇区(16)和多个连接扇区(17)围绕所述第一轴线(3)而彼此交替；

- 连接结构(9)，其以角度固定的方式联接至所述连接扇区(17)，并且，适应于在使用中以角度固定的方式连接至旋转部件或静态结构；

- 多个销(19)，其相对于所述板扇区(16)而固定，并且，沿着相对于所述第一轴线(3)而平行且偏心的相应的第二轴线(21)从所述板扇区(16)沿相反方向突出；各销具有两个外表面(22A、22B)，这两个外表面(22A、22B)沿着相应的第二轴线(21)同轴，适应于支撑所述齿轮装置的相应的行星齿轮(2)，并且，相对于与所述第一轴线(3)垂直的对称平面(P)而彼此对称；

其特征在于，所述板扇区(16)中的至少一个相对于所述对称平面(P)而不对称。

2.根据权利要求1所述的行星支架，其特征在于，所有的所述板扇区(16)都相对于所述对称平面(P)而不对称。

3.根据权利要求1或2所述的行星支架，其特征在于，所述板扇区(16)包括联结至所述销(19)的第一连接区(28)；所述板扇区(16)中的所述至少一个的所述第一连接区(28)沿着与所述第二轴线(21)垂直且与所述对称平面(P)沿轴向间隔开的平面(M)沿轴向布置。

4.根据权利要求3所述的行星支架，其特征在于，所述平面(M)向轴向侧与所述对称平面(P)沿轴向间隔开，在该轴向侧上，所述连接扇区(17)联接至所述连接结构(9)。

5.根据权利要求3或4所述的行星支架，其特征在于，所述销(19)包括相应的外突出部(23)，这些外突出部(23)沿轴向使所述外表面(22A、22B)彼此分离；所述第一连接区(28)联结至所述外突出部(23)。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的行星支架，其特征在于，所述板扇区(16)包括第二连接区(29)，这些第二连接区(29)联结至所述连接扇区(17)，并且，沿着所述对称平面(P)布置。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的行星支架，其特征在于，所述板扇区(16)中的所述至少一个具有不平坦且/或不与所述第一轴线(3)垂直的形状。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的行星支架，其特征在于，所述环(15)、所述连接结构(9)和所述销(19)形成呈单个件的主体的部分。

9.一种行星齿轮装置，包括：

- 根据前述权利要求中的任一项所述的行星支架(5)；

- 成两个阵列的行星齿轮，其借助于相对于所述对称平面(P)而对称的相应的轴承(20)而由所述外表面支撑；

- 至少一个太阳齿轮，其能够围绕所述传动装置轴线(3)而旋转，并且，与所述行星齿轮(2)啮合。

10.根据权利要求9所述的行星齿轮装置，其特征在于，所述轴承(20)是自对准滚动轴承，其包括相应的内滚道(25)和能够围绕相应的旋转中心(C)相对于所述内滚道(25)而旋转的相应的外滚道(26)，这些旋转中心(C)布置于所述第二轴线(21)上，并且，相对于所述对称平面(P)而彼此对称。