CN109282017B - 用于航空应用的齿轮传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于航空应用的齿轮传动装置，其包括：围绕轴线旋转的输入轴；围绕轴线旋转的输出轴；以及用于将扭矩从输入轴传递到输出轴的传递组；传递组包括接收从输入轴输入的扭矩的第一扭矩分裂级，和接收从所述第一级输入的扭矩的第二扭矩分裂级；第一级具有至少一个第一旋转构件，并且第二级具有至少一个第二旋转构件；输入轴和第一旋转构件在相应的相互作用表面处协作，相互作用表面在前面耦联并且横向于第一轴线延伸；旋转构件在相应的摩擦表面处彼此协作，摩擦表面在前面耦联并且横向于所述轴线延伸；相互作用表面中的一个包括第一接合元件，并且相互作用表面中的另一个包括与第一接合元件互补的第二接合元件，并且接合元件彼此离合地耦联。

Description

用于航空应用的齿轮传动装置
技术领域
本发明涉及用于航空应用的齿轮传动装置，特别是包括行星齿轮的类型的齿轮传动装置。
背景技术
在运输领域，特别是在电机和航空领域，通常已知将运动从输入轴传递到输出轴，所述输出轴可以借助于多个齿轮相应地耦联到驱动单元和推进单元，例如推进器。
特别地，在航空发动机领域中，行星齿轮被广泛用于在涡轮机械(具有高速和低扭矩)和至少一个推进构件(具有高扭矩和低速)之间传递运动和转换功率，原因是它们在保持控制重量和总体尺寸的同时很有效地实现该功能。
一种已知的解决方案在欧洲专利No.EP1113193中阐明，并且其涉及一种齿轮传动装置，所述齿轮传动装置包括绕其自身轴线之一可旋转的输入轴，与所述轴线同轴并且也围绕后者可旋转的输出轴，以及介于输入轴和输出轴之间的扭矩传递组。传递组包括行星式齿轮。
特别地，行星齿轮包括一对太阳齿轮，每个太阳齿轮相应地接合卫星齿轮的两个阵列，后者彼此轴向间隔开并且关于横向于上述轴线的对称平面布置在相对侧。
每个阵列包括围绕相应的太阳齿轮和围绕上述轴线彼此等角度地间隔的三个卫星齿轮；卫星齿轮的两个阵列由单个卫星齿轮或齿轮系结构支撑，其对于两个阵列是共同的。
传递组限定分割负荷(即来自输入轴的扭矩)的级；所述级因此限定相应的负荷传递路径。
扭矩从相应的太阳齿轮传递到由所述太阳齿轮接合的卫星齿轮，其扭矩分数(torque fraction)彼此相等，所述扭矩沿着对应负荷路径的相应分支穿过传动装置。
以该方式，在行星齿轮的卫星齿轮的齿之间传递的负荷低于将扭矩传递到卫星齿轮的单个阵列的情况。因此，获得了相对紧凑的解决方案，同时保持相同的总传动功率。
在专利No.EP1113193的构造中，输入轴的扭矩被传递并且然后经由两个中空传动轴分裂到两个太阳齿轮，所述中空传动轴与输入轴和输出轴同轴并且包括一个放置在另一个内部的相应的中间部分，在径向方向上具有一定的间隙。太阳齿轮在所述传动轴的相应的相邻轴向端部上制成一体。
由借助于两级执行的分裂产生的扭矩随后会聚在输出轴上，因此再次彼此合并。所得到的新扭矩因此传递到使用对象(在该情况下是推进器)。
扭矩通过摩擦联轴器(在所示情况下是三重摩擦法兰)从输入轴传递到传递组(并且因此传递到分裂级)。
与输入轴一体的联轴器的法兰(相对于负载传递方向按照顺序是第一个)将从输入轴输入的所有扭矩传递到与上述两个中空传动轴相关的另外两个连续的法兰，其然后根据取决于两个扭矩路径之间的刚度的分裂，所述太阳齿轮的角度对准精度(角度定时(angular timing))以及前述太阳齿轮的齿之间的角度间隔的分裂将扭矩相应地传递到两个太阳齿轮。
特别地，联轴器的另外两个连续的法兰与相应的中空传动轴并且因此与其相应的太阳齿轮一体形成。联轴器的三个法兰在前面耦联的相应摩擦表面处彼此协作。
由于这些旋转系统的典型离心力，并且由于传动装置操作的体积中存在油雾，因此在以上联轴器的腔中会发生油的积聚。为了排空抵靠两个腔的内壁而离心的该流体压头(fluid head)，必须在法兰之间的接口处提供合适的径向引流通道。这因此导致所述表面(特别是摩擦表面)的摩擦系数的减小，所述摩擦表面将来自输入轴的法兰的整个扭矩传递到第一传动轴的法兰，即传递到第一扭矩分裂级的法兰。
所以，由联轴器传递的力相等，需要比在干燥环境中发生摩擦传动时更大的摩擦表面，因此所述联轴器的径向尺寸更大，内部离心应力增加并且相对功率密度(传递功率和联轴器的体积之间的比率)减小。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于航空应用的齿轮传动装置，其高度可靠并且允许克服与已知类型的齿轮传动装置相关的至少一些上述缺点。
根据本发明，该目的通过根据如下至少一个技术方案所述的用于航空应用的齿轮传动装置来实现。
技术方案1.一种用于航空应用的齿轮传动装置，其包括：
围绕第一轴线可旋转的输入轴；
围绕第二轴线可旋转的输出轴；
用于将扭矩从所述输入轴传递到所述输出轴的传递组；
其中所述传递组包括接收从所述输入轴输入的扭矩的第一扭矩分裂级，和接收从所述第一级输入的扭矩的第二扭矩分裂级；所述第一级具有至少一个第一旋转构件，并且所述第二级具有至少一个第二旋转构件；
所述输入轴和所述第一旋转构件在相应的相互作用表面处彼此协作，所述相互作用表面在前面耦联并且横向于所述第一轴线延伸；
所述第一旋转构件和所述第二旋转构件在相应的摩擦表面处彼此协作，所述摩擦表面在前面耦联并且横向于所述第一轴线延伸；
所述相互作用表面中的一个包括第一接合元件，并且所述相互作用表面中的另一个包括与所述第一接合元件互补的第二接合元件，所述第一接合元件和第二接合元件彼此离合地耦联。
技术方案2.根据技术方案1所述的传动装置，其中所述第一接合元件包括由相应的第一座彼此分离的第一前齿；并且其中所述第二接合元件包括与所述第一前齿互补的第二座，所述第二座由相应的第二前齿彼此分离；所述第二前齿和所述第一座也彼此互补。
技术方案3.根据技术方案1或2所述的传动装置，其中所述传递组还包括介于所述输入轴和所述输出轴之间的行星齿轮；所述第一级包括第一太阳齿轮，所述第一太阳齿轮与所述第一旋转构件成角度地可移动并且接合多个相应的卫星齿轮；并且其中所述第二级包括第二太阳齿轮，所述第二太阳齿轮与所述第二旋转构件成角度地可移动并且接合多个相应的卫星齿轮。
技术方案4.根据技术方案3所述的传动装置，其中所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮分别与所述第一旋转构件和所述第二旋转构件联结在一起。
技术方案5.根据技术方案3或4所述的传动装置，其中所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮以及所述第一旋转构件和所述第二旋转构件彼此同轴。
技术方案6.根据前述技术方案中任一项所述的传动装置，其中从所述输入轴输入的所有扭矩借助于所述第一接合元件和第二接合元件传递到所述第一级。
技术方案7.根据前述技术方案中任一项所述的传动装置，其中从所述第一级接收的扭矩的分数借助于所述摩擦表面传递到所述第二级。
技术方案8.根据技术方案3至7中任一项所述的传动装置，其中所述传递组包括两个扭矩传动轴，所述传动轴是中空的并且以一定的径向间隙一个放置在另一个内部；所述传动轴的每一个在一个自身的轴向端部处承载所述第一太阳齿轮和第二太阳齿轮中的一个，并且在一个相对轴向端部处承载所述第一旋转构件和第二旋转构件中的一个。
技术方案9.根据技术方案8所述的传动装置，其中所述第一旋转构件和第二旋转构件限定所述传动轴的相应法兰；其中所述输入轴具有另一法兰；并且其中所述相应法兰和所述另一法兰借助于多个螺栓在轴向固定位置处连接。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面将仅通过示例并且借助于附图来描述本发明的优选的非限制性实施例，其中：
图1是根据本发明的用于航空应用的齿轮传动装置的轴向截面；
图2是图1的齿轮传动装置的细节的更大比例的轴向截面；
图3是图2的细节的更大比例视图；
图4是图2的细节的透视图，为清楚起见去除了部件；以及
图5是图1的齿轮传动装置的透视图。
具体实施方式
参考图1和5，数字1总体上指示用于航空应用的齿轮传动装置。
传动装置1设计成介于诸如涡轮机械(本身已知且未示出)的驱动单元和诸如推进器的使用对象(本身也已知且未示出)之间，并且包括：
-输入轴3，其可以围绕轴线A旋转并且以未详细描述的已知方式连接到驱动单元；
-输出轴4，其可以优选地以不同于输入轴3的速度围绕所述轴线A旋转并且以未详细描述的已知方式连接到使用对象；以及
-运动传递组8，其介于输入轴3和输出轴4之间。
组8包括行星齿轮48，所述行星齿轮构造成将来自输入轴3的扭矩传递到输出轴4，即由驱动单元递送并由使用对象吸收的扭矩。
特别地，行星齿轮48包括齿轮系2和卫星齿轮30、31的两个平行阵列，所述卫星齿轮关于垂直于轴线A的对称平面位于相对的轴向侧，并且限定相应的扭矩传递路径以传递相应的扭矩分数，这也将在下文中解释。
根据行星齿轮的独特操作模式，卫星齿轮30、31由齿轮系2支撑以便围绕相应的轴线B并且同时绕轴线A自身旋转，所述轴线B平行于且相对于轴线A偏心。卫星齿轮30、31的齿优选为圆柱形且直齿的。
两个阵列的每一个由围绕轴线A成角度布置的至少三个卫星齿轮30、31(在该情况下是五个卫星齿轮30、31)组成。特别地，每个阵列的卫星齿轮30、31的轴线B围绕轴线A等角度地彼此间隔。
对于两个阵列的每一个，卫星齿轮30、31直接接合相应的太阳齿轮28、29，所述太阳齿轮具有相同的形状和尺寸并且布置在轴向间隔开的对准位置。
齿轮系2由单一主体(monolithic body)限定，即由单件制成的主体基本上为钟形并且具有轴向端部，所述轴向端部终止于邻接元件(abutment element)49，如法兰。邻接元件49限定联轴器以用于以角度固定的方式将齿轮系2连接到未示出的构件，即连接到另一运动输出构件或静态结构(也未示出)。齿轮系2具有两个端部开口5、6，所述端部开口为圆形，与轴线A同轴且彼此轴向相对；齿轮系2具有横截于轴线A的大致圆形形状的截面，其直径从开口5开始朝向开口6增加。
齿轮系2还在与开口5相同的侧限定五个贯通开口7，其形状为圆弧，与轴线B同轴，围绕轴线A彼此等角度地间隔，并且彼此成角度地连通并且与开口5成角度地连通以限定与轴线A同轴的单个叶状开口(lobed opening)7a，其叶片由开口7自身限定(图5)。
在相对于邻接元件49的相对轴向端部处，齿轮系2包括界定叶状开口7a的环形部分50。
具体参考图1，齿轮系2还包括环形板51，所述环形板与轴线A同轴，借助于在卫星齿轮30、31之间成角度布置的连接部分52连接到部分50，并且借助于相应的销32支撑所述卫星齿轮30、31，所述销沿着它们的轴线B在相反方向上从板51突出。在具体示例中，销32与板51一体制成，因此它们形成齿轮系2的一部分。
根据未示出的变型，销32可以是例如借助于干涉耦联(interference coupling)而固定到板51的独立件。
卫星齿轮30、31经由相应的轴承，优选已知类型并且未详细描述的滚动轴承33、34安装在相应的销32上。
参考图2，输入轴3是轴向中空的并且由上述的驱动单元支撑，以便在轴向固定位置围绕轴线A成角度地旋转。输入轴3在其一个轴向端部15处包括法兰16，所述法兰的功能将在下面阐明，所述法兰在横向于轴线A的方向上径向向外延伸并且在周边由径向端部45界定。
根据未详细描述的已知构造，输出轴4(图1)是轴向中空的、与轴线A同轴、并且可以在其一个端部9处与推进器(未示出)耦联。
输出轴4包括布置在齿轮系2的外部的部分10和容纳在齿轮系2内部的部分11，其为大致圆柱形且具有比部分10的直径更大的直径；在图1的示例中，部分11借助于从部分10径向延伸到部分11的环形壁36与部分10一体形成。
行星齿轮48还包括与齿轮系2同轴的冠部35，所述冠部容纳在齿轮系2的内部并且优选地但不一定与输出轴4一体地形成。在所示的情况下，冠部35由输出轴4的部分11限定并且因此经由环形壁36与输出轴4一体地形成。冠部35设有一对内齿12，每个内齿适于接合卫星齿轮30、31的对应阵列。
特定的钟形形状为冠部35提供相对于轴线A的一定程度的挠性，这允许最小化由于负荷引起的传动装置1的各个部件之间的任何未对准。
参考图2，输入轴3沿着负荷传递方向在运动传递组8轴向之前，所述运动传递组将由驱动单元接收的扭矩初始地分成彼此尽可能相同的两个分数，并且经由太阳齿轮28、29将这样的扭矩分数相应地传递到卫星齿轮30、31的两个阵列。
组8包括第一和第二传动轴13、14，所述传第一和第二动轴与轴线A同轴(至少在设计阶段)并且以一定的径向间隙将一个(13)布置在另一个(14)内部，并且在它们的轴向端部之一处相应地承载太阳齿轮28、29。在图2的示例中，太阳齿轮28从传动轴13的端部分22径向向外突出并且与所述部分22一体制成。类似地，太阳齿轮29从传动轴14的端部分23径向向外突出并且与所述部分23一体制成。
传动轴13、14具有在设计阶段建立的相应扭转刚度，有利地彼此相等，从而以尽可能彼此相同的分数传递扭矩。
太阳齿轮28和与其成一体的传动轴13在相应的旋转构件(在所示出的情况下由传动轴13自身的端部法兰24限定)处接收来自输入轴3的法兰16的扭矩。
太阳齿轮29和与其成一体的传动轴14在相应的旋转构件(在所示的情况下由传动轴14自身的端部法兰25限定)处接收来自传动轴13的法兰24的扭矩。
实际上，法兰24沿着轴线A介于输入轴3的法兰16和法兰25之间。
太阳齿轮28和传动轴13及其法兰24限定第一级20，所述第一级20分裂(split)从输入轴3的法兰16接收的扭矩。
太阳齿轮29和传动轴14及其法兰25限定第二级21，所述第二级分裂从第一级20接收的扭矩。
每个法兰24、25布置在齿轮系2的外部上，在相应的传动轴13、14的自由端上制成一体，并且关于对应部分22、23布置在轴向相对侧。
每个传动轴13、14具有大致圆柱形的中心部分26、27，其与相应的部分22、23以及相应的法兰24、25一体地形成，并且部分地布置在齿轮系2的外部并且部分地布置在齿轮系2的内部。
换言之，每个传动轴13、14及其相应的法兰24、25限定具有相应的太阳齿轮28、29的单个元件。
传动轴14是轴向中空的，并且传动轴13通过传动轴14本身安装。特别地，传动轴13的中心部分26具有小于传动轴14的中心部分27的内径的外径，并且以一定量的径向间隙容纳在后者内部。优选地，传动轴13也是轴向中空的。
在相对于太阳齿轮28、29的轴向相对端部处，传动轴13、14设有彼此面对且彼此间隔开的相应连接部分55、56，所述连接部分将中心部分26、27一体地连接到相应的法兰24、25。
法兰24、25与输入轴3的法兰16一起限定联轴器37，所述联轴器将传动轴13和14连接到所述输入轴3(即，将输入轴3连接到传递组8)，所述输入轴设计成将由驱动单元传递的扭矩传递到组8。
特别地，输入轴3的法兰16和传动轴13的法兰24在前面耦联并垂直于轴线A延伸的相应的环形相互作用表面18、38处彼此协作。
有利地，输入轴3的法兰16的相互作用表面18在前面和周边上设有至少一个周向系列的前齿17，所述至少一个周向系列的前齿在相互作用表面18自身上围绕轴线A彼此等角度地间隔并且朝着法兰24轴向突出；齿17在其间限定相应的座19，所述座因此在相互作用表面18上围绕轴线A彼此等角度地间隔。
类似地，传动轴13的法兰24的相互作用表面38在前面和周边上设有至少一个周向系列的前齿39，所述至少一个周向系列的前齿朝着法兰16轴向突出并且围绕轴线A在相互作用表面38本身上彼此等角度地间隔；齿39在其间限定相应的座(seats)40，所述座因此在相互作用表面38上围绕轴线A彼此等角度地间隔。
有利地，输入轴3的法兰16的齿17与传动轴13的法兰24的座40互补，并且法兰24的齿39与输入轴3的法兰16的座19互补。以该方式，限定输入轴3和传动轴13之间的前面离合联轴器，通过所述前面离合联轴器传递由驱动单元传递的全部扭矩。
应当注意的是，在本说明书和权利要求书中，术语“离合联轴器”是指齿17、39在相应的座19、40中的相互贯穿。
传动轴13的法兰24和传动轴14的法兰25在周边在相应的环形摩擦表面42、44处彼此协作，所述环形摩擦表面前面耦联并且垂直于轴线A延伸。
特别地，摩擦表面42形成在法兰24的径向端部41处并且关于相互作用表面38布置在轴向相对侧；类似地，摩擦表面44形成在法兰25的径向端部43处并且在前面面向摩擦表面42。
摩擦表面42、44在传动装置轴13和传动轴14之间(并且因此在级20和级21之间)限定前面摩擦联轴器，来自输入轴3的扭矩的分数通过所述摩擦联轴器经由离合联轴器在法兰16和传动轴13的法兰24之间传递。
端部41、43和45也配备有一系列轴向通孔46，所述轴向通孔围绕轴线A彼此等角度地间隔，并且在内部容纳相应的螺栓47；这些螺栓47适于在轴向固定位置上紧联轴器37的法兰24、25和16。
在使用中，由驱动单元递送并输入输入轴3的扭矩传递到传递组8，所述传递组经由两个级20、21并且随后经由行星齿轮48分裂成不同的分数(fractions)；扭矩分数然后通过冠部35传送到输出轴4，它们通过所述输出轴重新联合为输出扭矩的部分，随后经由输出轴4本身发送到推进器。
特别地，当驱动单元被启动时，扭矩经由下列(按照传动的顺序)传递到输入轴3并从后者传递到传动轴13、14：相互接合并与法兰16、24的相应座19、40互补的前齿17、39，其构成输入轴3到传动轴13(并且因此到第一级20)的离合联轴器；以及布置在法兰24、25的径向端部41、43处的摩擦表面42、44，其构成传动轴13到传动轴14(并且因此到第二级21)的摩擦联轴器。
传动轴13、14扭转变形，并且在它们的扭转刚度被适当校准时，在常规条件(regime conditions)下，将彼此相等的相应扭矩分数传递到相应的太阳齿轮28、29，除非由于所涉及的部件制造和组装中的误差引起的小差异。然后每个扭矩分数从相应的太阳齿轮28、29传递到与其接合的卫星齿轮30、31的阵列。因此，从每个太阳齿轮28、29传递的扭矩分数在其相应的卫星齿轮30、31上被分成彼此相等的分数，除非由于所涉及的部件制造和组装中的误差引起的小差异。
在所示的情况下，在每个太阳齿轮28、29接合相应的卫星齿轮30、31的区域中，相应的扭矩分数被分成五个分数，其沿着由相应卫星齿轮30、31限定的对应传递路径的相应分支穿过行星齿轮48。
一旦旋转，卫星齿轮30、31与它们一起拖动相应的销32，并且扭矩分数可以通过卫星齿轮30、31的齿与所述冠部35的内齿12的啮合而在冠部35上合并，并且通过后者在输出轴4上重新联合。然后在输出轴4处所得到的扭矩被传递到推进器。
根据本发明制造的传动装置1所具有的优点将通过对其特征的检查而变得明显。
特别地，由于传递整个扭矩的法兰(16、24)之间的离合联轴器，可以防止与在操作中油雾存在于联轴器37内相关的上述问题。
所以，所传递的扭矩相等，与整个扭矩通过摩擦联轴器传递的情况相比需要更小径向尺寸的联轴器37；这因此允许增加相对功率密度(传递功率和联轴器37的体积之间的比率)以及极低的重量。
清楚的是，本文所述和示出的传动装置1可以进行修改和变化而不脱离由权利要求限定的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于航空应用的齿轮传动装置，其包括：
围绕第一轴线可旋转的输入轴；
围绕第二轴线可旋转的输出轴；
用于将扭矩从所述输入轴传递到所述输出轴的传递组；
其中所述传递组包括接收从所述输入轴输入的扭矩的第一扭矩分裂级，和接收从所述第一级输入的扭矩的第二扭矩分裂级；所述第一级具有至少一个第一旋转构件，并且所述第二级具有至少一个第二旋转构件；
所述输入轴和所述第一旋转构件在相应的相互作用表面处彼此协作，所述相互作用表面在前面耦联并且横向于所述第一轴线延伸；
所述第一旋转构件和所述第二旋转构件在相应的摩擦表面处彼此协作，所述摩擦表面在前面耦联并且横向于所述第一轴线延伸；
所述相互作用表面中的一个包括第一接合元件，并且所述相互作用表面中的另一个包括与所述第一接合元件互补的第二接合元件，所述第一接合元件和第二接合元件彼此离合地耦联。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其中所述第一接合元件包括由相应的第一座彼此分离的第一前齿；并且其中所述第二接合元件包括与所述第一前齿互补的第二座，所述第二座由相应的第二前齿彼此分离；所述第二前齿和所述第一座也彼此互补。
3.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中所述传递组还包括介于所述输入轴和所述输出轴之间的行星齿轮；所述第一级包括第一太阳齿轮，所述第一太阳齿轮与所述第一旋转构件成角度地可移动并且接合多个相应的卫星齿轮；并且其中所述第二级包括第二太阳齿轮，所述第二太阳齿轮与所述第二旋转构件成角度地可移动并且接合多个相应的卫星齿轮。
4.根据权利要求3所述的传动装置，其中所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮分别与所述第一旋转构件和所述第二旋转构件联结在一起。
5.根据权利要求3所述的传动装置，其中所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮以及所述第一旋转构件和所述第二旋转构件彼此同轴。
6.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中从所述输入轴输入的所有扭矩借助于所述第一接合元件和第二接合元件传递到所述第一级。
7.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中从所述第一级接收的扭矩的部分借助于所述摩擦表面传递到所述第二级。
8.根据权利要求3所述的传动装置，其中所述传递组包括两个扭矩传动轴，所述传动轴是中空的并且以一定的径向间隙一个放置在另一个内部；所述传动轴的每一个在一个自身的轴向端部处承载所述第一太阳齿轮和第二太阳齿轮中的一个，并且在一个相对轴向端部处承载所述第一旋转构件和第二旋转构件中的一个。
9.根据权利要求8所述的传动装置，其中所述第一旋转构件和第二旋转构件限定所述传动轴的相应法兰；其中所述输入轴具有另一法兰；并且其中所述相应法兰和所述另一法兰借助于多个螺栓在轴向固定位置处连接。
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