CN109139860A - 锥齿轮和航空发动机附件齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种锥齿轮和航空发动机附件齿轮箱，属于航空发动机技术领域。该锥齿轮包括齿圈、腹板、齿轮轴、减重孔和支撑凸台；齿圈具有大端和小端腹板设于所述齿圈的内缘；齿轮轴设于所述腹板靠近所述大端的一侧的中心；减重孔设于所述腹板且呈弧形；支撑凸台设于所述腹板靠近所述小端的一侧，且凸出于所述小端。该锥齿轮的轮齿不容易损毁，且减重孔可以用于锥齿轮的安装，在使用时便利性很高。

Description

锥齿轮和航空发动机附件齿轮箱

技术领域

本公开涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种锥齿轮和航空发动机附件齿轮箱。

背景技术

附件传动齿轮箱用于附件传动，是航空发动机的重要部件。锥齿轮在附件传动中传递运动、扭矩和进行运动换向，是附件传动齿轮箱的重要部件之一。

现有的附件传动齿轮箱的锥齿轮的齿圈的小端处于锥齿轮的最外端，在锥齿轮放置在支撑面上时锥齿轮的轮齿容易与支撑面发生磕碰等并可能导致轮齿损毁。因此锥齿轮在生产、存储、运输、安装和维修等过程中必须十分小心，避免轮齿与支撑面碰撞而损毁，增加了锥齿轮生产和应用的不便。不仅如此，对于特殊结构的附件传动齿轮箱，例如锥齿轮采用悬臂支撑的附件传动齿轮箱，锥齿轮由于自身的遮挡导致其安装非常不方便。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种锥齿轮和航空发动机附件齿轮箱，提高锥齿轮应用的便利。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的第一个方面，提供一种锥齿轮，包括：

齿圈，具有大端和小端；

腹板，设于所述齿圈的内缘；

齿轮轴，设于所述腹板靠近所述大端的一侧的中心；

减重孔，设于所述腹板且呈弧形；

支撑凸台，设于所述腹板靠近所述小端的一侧，且凸出于所述小端。

在本公开的一种示例性实施例中，所述支撑凸台的数量至少为三个，且均匀地设于所述腹板。

在本公开的一种示例性实施例中，所述支撑凸台为一个环形凸台。

在本公开的一种示例性实施例中，所述减重孔数量为多个且均匀设置于所述腹板。

在本公开的一种示例性实施例中，所述齿圈、所述腹板、所述齿轮轴和所述支撑凸台为一体式结构。

在本公开的一种示例性实施例中，所述大端凸出于所述腹板；所述锥齿轮还包括：

环形槽，设于所述大端的内缘；

阻尼环，设于所述环形槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述阻尼环的材料为不锈钢。

在本公开的一种示例性实施例中，所述不锈钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢。

在本公开的一种示例性实施例中，所述锥齿轮还包括：

减重腔，设于所述腹板的中心和所述齿轮轴靠近所述腹板的部分。

根据本公开的第二个方面，提供一种航空发动机附件齿轮箱，包括上述的锥齿轮。

本公开提供的锥齿轮，其在腹板上设置有凸出于小端的支撑凸台，如此当锥齿轮在放置时可以利用该支撑凸台支撑该锥齿轮，避免锥齿轮的轮齿发生磕碰、损伤，提高锥齿轮在生产、安装、运输等过程中放置的便利性。在腹板上设置的减重孔，一方面可以减轻锥齿轮的重量，另一方面，在腹板靠近小端的一侧可以利用该减重孔操控处于腹板靠近大端的一侧的挡圈等，便于该锥齿轮的安装，使得该锥齿轮能够方便地应用于特殊装配要求的结构中。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本公开一实施方式的锥齿轮的立体结构示意图。

图2是本公开一实施方式的锥齿轮的仰视结构示意图。

图3是A-A剖面结构示意图。

图4是图3的局部放大图。

图5是本公开一实施方式中多层螺旋环结构的阻尼环的结构示意图。

图6是本公开一实施方式中弹性开口环结构的阻尼环的结构示意图。

图7是本公开一实施方式中航空发动机附件齿轮箱局部剖面结构示意图。

图8是图7的局部放大图。

图9是本公开一实施方式中锥齿轮与挡圈配合的立体示意图。

图10是本公开一实施方式中锥齿轮与挡圈配合的俯视示意图。

图中主要元件附图标记说明包括：

1、齿圈；11、轮齿；12、大端；13、小端；2、腹板；21、减重孔；22、支撑凸台；23、减重腔；3、齿轮轴；41、环形槽；42、阻尼环；5、机匣；51、挡圈槽；6、轴承；7、挡圈。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。

当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开实施方式中提供一种锥齿轮，该锥齿轮可以应用于航空发动机附件传动齿轮箱，用于在附件传动中传递运动、扭矩和进行运动换向。

如图1和图2所示，该锥齿轮包括齿圈1、腹板2和齿轮轴3，齿圈1具有大端12和小端13，其外缘设置有轮齿11；腹板2设于齿圈1的内缘；齿轮轴3设于腹板2靠近大端12的一侧的中心，与腹板2共轴线；腹板2上设置有弧形减重孔21，且在腹板2靠近小端13的一侧设置有支撑凸台22，该支撑凸台22凸出于小端13。

本公开提供的锥齿轮，其在腹板2上设置有凸出于小端13的支撑凸台22，如此当锥齿轮在放置时可以利用该支撑凸台22支撑该锥齿轮，避免锥齿轮的轮齿11发生磕碰、损伤。在腹板2上设置的减重孔21，一方面可以减轻锥齿轮的重量，另一方面，在腹板2靠近小端13的一侧可以利用该减重孔21操控处于腹板2靠近大端12的一侧的挡圈7等，便于该锥齿轮的安装，使得该锥齿轮能够方便地应用于特殊装配要求的结构中。

下面结合附图对本公开实施方式提供的锥齿轮的各部件进行详细说明：

如图1和图2所示，齿圈1为环形，齿圈1外缘设置轮齿11形成锥齿轮，齿圈1的内缘与腹板2连接。轮齿11的数量、形状等可以根据锥齿轮的不用应用环境进行选择和设计，本公开对此不做特殊的限定。

如图2和图3所示，腹板2可以设于齿圈1的内缘，呈圆形，其靠近小端13的侧面可以与齿圈1处于同一平面，也可以位于齿圈1高度范围以内。腹板2可以与齿圈1是一体式结构，例如通过同一整体材料加工而成或者通过3D增材打印技术一体成型。当然的，齿圈1和腹板2也可以两个不同的组件并通过过盈、焊接或者连接结构连接在一起。

举例而言，在一实施方式中，如图3所示，该腹板2靠近小端13的侧面可以与齿圈1的小端13面齐平，且腹板2与齿圈1是一体式结构。如此可以方便该锥齿轮的加工。

腹板2上设置的支撑凸台22的数量可以为一个、两个或者两个以上，以能够实现对腹板2的支撑为准。如图4所示，支撑凸台22在腹板2的轴心所在的平面上的剖切面可以呈矩形、直角梯形、等腰梯形或其他形状，为了便于加工，该剖切面在各个折角处还可以呈现出具有倒角的形状。

在一实施方式中，如图2所示，支撑凸台22的数量为一个，该支撑凸台22呈环形且与腹板2共圆心，以保证支撑凸台22的重量均匀分布在腹板2周围，避免锥齿轮质量分布不均匀可能导致的振动和磨损。

在另一实施方式中，支撑凸台22的数量为至少三个，所有支撑凸台22可以沿与腹板2共圆心的一圆形路径均匀分布，以保证其质量在腹板2周围均匀分布，尽量使得各个支撑凸台22在锥齿轮转动时产生的离心力相互抵消，保证锥齿轮工作时的平稳。任一支撑凸台22在腹板2上的投影，可以为弧形、圆形、矩形或其他形状。各个支撑凸台22的形状可以相同，也可以通过合理的质量分布而不同。

如图4所示，支撑凸台22可以与腹板2为一体成型结构，例如可以采用同一模具铸造或者采用同一整体材料加工出来，如此可以简化锥齿轮加工过程和零件数量，方便锥齿轮的制备。当然地，技术人员清楚，支撑凸台22与腹板2为两个不同的构件依然可以达成本公开的技术目的。支撑凸台22与腹板2之间可以通过焊接、胶粘、螺纹连接或其他连接方式实现固定连接。举例而言，在一实施方式中，技术人员可以通过在现有的锥齿轮上额外设置支撑凸台22并设置弧形减重孔21来制备本公开的锥齿轮，实现对已有零件的改造利用。

减重孔21的数量可以为多个且多个减重孔21均匀地分布在腹板2上。举例而言，如图2所示，腹板2上可以设置三个弧形减重孔21，三个弧形减重孔21均以腹板2的轴心为轴心，以保证腹板2上质量分布的均匀，避免锥齿轮工作过程中因为减重孔21分布不均匀导致的腹板2产生离心力和振动，保证锥齿轮工作状态的平稳。

该减重孔21不仅仅能够有效降低锥齿轮的重量，进而降低航空发动机附件传动齿轮箱的重量；而且该减重孔21的形状为弧形而非常规的圆形，可以方便锥齿轮的安装，进而方便航空发动机附件传动齿轮箱的组装。

一些航空发动机附件传动齿轮箱具有特殊的形状和装配要求。举例而言，在一实施方式中，如图7和图8所示，航空发动机附件传动齿轮箱的锥齿轮可以呈现出悬臂支撑结构，锥齿轮上安装有轴承6，航空发动机附件传动齿轮箱在安装锥齿轮的机匣5处设置一挡圈槽51，该挡圈7位于锥齿轮的腹板2与轴承6之间，该挡圈槽51中可以设置一挡圈7并借助该挡圈7实现对轴承6的限位和固定。

在安装时，轴承6套设于该锥齿轮的齿轮轴3上；在齿轮轴3上安装一阻挡件使得轴承6在该阻挡件与腹板2之间，如此轴承6限制该锥齿轮向腹板2方向的移动。此时，需要将轴承6安装到航空发动机附件传动齿轮箱的机匣5上，然后在挡圈槽51内安装挡圈7，实现对轴承6的固定。由于该航空发动机附件传动齿轮箱在锥齿轮安装位置开口非常小，且垫圈设置在轴承6与腹板2之间，在腹板2的遮挡下该挡圈7的安装非常困难。如图9和图10所示，本公开在腹板2上设置的弧形减重孔21，恰好可以用于该挡圈7的安装；技术人员可以借助安装工具从减重孔21中控制挡圈7的姿态，实现挡圈7与挡圈槽51的配合，方便了挡圈7的安装，简化了该锥齿轮的安装过程。减重孔21的形状为弧形，为沿弧形方向压缩和释放挡圈7提供了充足的操作空间。

同样的，技术人员也可以通过该减重孔21实现拆卸挡圈7，进而实现将锥齿轮从航空发动机附件传动齿轮箱上拆卸下来，方便锥齿轮和航空发动机附件传动齿轮箱的维修和养护。

如图10所示，减重孔21距离腹板2中心的距离可以根据挡圈7的尺寸进行调整，以能够方便的操作挡圈7为准。

当然的，在另一实施方式中，还可以通过设置在机匣5上的锁片、螺钉或其他机构实现对轴承6的阻挡，实现对锥齿轮的安装。在这些安装方式中，同样的，锁片、螺钉等机构均可以通过减重孔21进行安装。

为了降低锥齿轮的重量，如图2所示，在腹板2和齿轮轴3靠近腹板2的部分上还可以设置一减重腔23。举例而言，该减重腔23可以沿该锥齿轮的轴线设置，其在垂直于锥齿轮的轴线的平面上的截面可以为等边三角形、正方形、正六方形等等边多边形，还可以为圆形、椭圆形等其他中心对称的形状；不仅如此，该减重腔23在沿锥齿轮轴3线方向，其横截面的形状还可以放生渐变或者突变。

如图3和图4所示，该锥齿轮还可以通过设置阻尼环42来进行减振。该阻尼环42可以设置在支撑凸台22的内缘、减重腔23的内缘或者其他能够形成环形内缘的结构上。举例而言，在一实施方式中，如图4所示，大端12凸出于腹板2，且在大端12的内缘设置一环形槽41，该环形槽41用于安装阻尼环42，阻尼环42与该安装槽的槽壁之间可以过盈配合。

阻尼环42的材料可以为不锈钢等合金材料，例如可以采用1Cr18Ni9Ti不锈钢。阻尼环42的形式可以是多样的，以能够实现与锥齿轮的配合为准。举例而言，如图5和图6所示，阻尼环42可以采用弹性开口环或者多层螺旋环等形式或形状。阻尼环42可以具有较小的轴向尺寸，因此主要通过外摩擦实现减振，即借助阻尼环42与锥齿轮的接触面之间的周向滑动摩擦起到减振作用。阻尼环42的一方面可以大幅减小锥齿轮的振动，提高锥齿轮和航空发动机附件传动齿轮箱工作的可靠性；另一方面，阻尼环42可以调节锥齿轮的固有振动特性，达成锥齿轮调频的目的，保证锥齿轮的安全且减小锥齿轮的设计难度，有助于使得锥齿轮具有最佳的固有振动特性。

在相关技术中，根据振动特性分析和台架试验证明，航空发动机附件传动齿轮箱的锥齿轮在高速长期工作区有可能存在着行波共振，有些振动在工作和初期无法显现，但在工作过程中振动过大会使齿轮发生裂纹，因此，需要使得锥齿轮的行波共振远离长期工作区域。在设计初期，为了调整锥齿轮到合理振动效率，需要通过调整齿数、腹板2厚度、减重孔21数量等改变其固有振动特性的措施来修改或重新设计齿轮。这样的修改会否定一个锥齿轮设计方案并导致锥齿轮的重新设计，工作量巨大。不仅如此，在一些情况下，锥齿轮在体积、性能要求上的要求可能导致齿数、腹板2厚度、减重孔21数量等参数无法调节或者调节的结果依旧难以满足调频目的，导致锥齿轮的设计工作难以进行。本公开通过在锥齿轮上设置阻尼环42，通过采用不同的阻尼环42，可以达到锥齿轮调频的目的，减小锥齿轮的设计难度，不仅提高了锥齿轮的设计效率，而且更容易使得锥齿轮具有最佳的固有振动特性。

本公开还提供一种航空发动机附件齿轮箱，该航空发动机附件齿轮箱的锥齿轮为本公开上述锥齿轮实施方式中的锥齿轮。

本公开实施方式的航空发动机附件齿轮箱采用的锥齿轮与上述锥齿轮的实施方式中的锥齿轮相同，因此，具有相同的有益效果，在此不再赘述。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (10)

1.一种锥齿轮，其特征在于，包括：

齿圈，具有大端和小端；

腹板，设于所述齿圈的内缘；

齿轮轴，设于所述腹板靠近所述大端的一侧的中心；

减重孔，设于所述腹板且呈弧形；

支撑凸台，设于所述腹板靠近所述小端的一侧，且凸出于所述小端。

2.根据权利要求1所述的锥齿轮，其特征在于，所述支撑凸台的数量至少为三个，且均匀地设于所述腹板。

3.根据权利要求1所述的锥齿轮，其特征在于，所述支撑凸台为一个环形凸台。

4.根据权利要求1所述的锥齿轮，其特征在于，所述减重孔数量为多个且均匀设置于所述腹板。

5.根据权利要求1所述的锥齿轮，其特征在于，所述齿圈、所述腹板、所述齿轮轴和所述支撑凸台为一体式结构。

6.根据权利要求1所述的锥齿轮，其特征在于，所述大端凸出于所述腹板；所述锥齿轮还包括：

环形槽，设于所述大端的内缘；

阻尼环，设于所述环形槽。

7.根据权利要求6所述的锥齿轮，其特征在于，所述阻尼环的材料为不锈钢。

8.根据权利要求7所述的锥齿轮，其特征在于，所述不锈钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢。

9.根据权利要求1所述的锥齿轮，其特征在于，所述锥齿轮还包括：

减重腔，设于所述腹板的中心和所述齿轮轴靠近所述腹板的部分。

10.一种航空发动机附件齿轮箱，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的锥齿轮。