CN109668728A - 一种gtf齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置及其试验方法；实验装置包括电机驱动系统、待测齿轮箱系统、花键法兰传动系统、陪试齿轮、扭矩加载系统和实验台架；试验方法是将实验台架上的电机驱动系统、待测齿轮箱系统、内花键法兰传动系统、陪试齿轮箱系统和扭矩加载系统分别连接好，扭矩加载系统对陪试齿轮箱系统的施加载荷，将扭矩输入封闭环，电机驱动系统的电机将功率输入待测齿轮箱系统，实现传动系统的功率封闭及其齿轮箱试验测试；本发明的实验装置传动系统结构紧凑、误差较小、成本较低，实现了小功率电机驱动大功率GTF齿轮箱试验测试的功能。

Description

一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及齿轮传动装置测试实验台，具体涉及一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置及其试验方法。

背景技术

对GTF齿轮风扇发动机减速齿轮箱的基本要求是功率大、体积小、质量轻、效率高和工作平稳。由于受到整体变形，制造误差等的影响，GTF减速齿轮箱极易产生共振而引发结构失效、噪声过大及载荷不均等问题，为获得其齿轮传动系统的动态特性，进行实验研究是准确而有效的方法。

以往对传动装置进行动态负荷试验所用的开式实验台，需要电动机容量与实际工况下相当，且动力全部消耗，对于大功率试验，其能量消耗巨大，且难以实现。而机械功率封闭实验台，通过合理的扭矩加载方案，电机仅需克服摩擦损耗，使驱动传动系统运转，便可完成大功率试验要求下的齿轮箱测试。

首先，为使实验台形成功率封闭环，普遍采用额外齿轮箱、传动轴使传动装置构成功率封闭回路，结构设计复杂，且封闭环过长易引起误差、振动，影响试验数据准确性，同时造成功率损耗。再者，载荷的加载过程中大多采用载荷加载器，额外的加载电机增加了设计复杂程度，增加了设计成本及功率损耗。

因此，简化传动系统结构、缩短传动系统封闭环回路及设计合理的载荷加载方案是难点。

发明内容

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置，其特征在于：包括电机驱动系统、待测齿轮箱系统、花键法兰传动系统、陪试齿轮箱系统、扭矩加载系统和实验台架。

所述电机驱动系统包括电机、第一联轴器、转速扭矩传感器、第二联轴器、电机支架和转速扭矩传感器支架。

所述电机的外壳通过螺栓安装在电机支架上。所述电机支架的下端固定在实验台架上。所述转速扭矩传感器的外壳通过螺栓安装在转速扭矩传感器支架上。所述转速扭矩传感器支架的下端固定在实验台架上。

所述电机的输出轴通过第一联轴器与转速扭矩传感器的输入轴连接。所述转速扭矩传感器的输出轴连接所述第二联轴器。

所述待测齿轮箱系统包括输入轴、第一输出轴、第一箱体和第一箱体内部的第一行星轮系。

所述待测齿轮箱系统的输入轴一端连接在所述第一箱体内部的第一行星轮系中，另一端连接在第二联轴器中。所述待测齿轮箱系统的第一输出轴为空心轴，一端连接在所述第一箱体内部的第一行星轮系中，另一端为动力输出端。

所述待测齿轮箱系统的第一箱体通过螺栓安装在实验台架上，并位于电机驱动系统和内花键法兰传动系统之间。

所述内花键法兰传动系统包括无线扭矩传感器、输出轴固定支架、第一内花键法兰和第二内花键法兰。

所述无线扭矩传感器固定在第一输出轴上。所述无线扭矩传感器位于输出轴固定支架和第一箱体之间。

所述输出轴固定支架由两个L形支架组成，所述输出轴固定支架的下端通过螺栓安装在实验台架上，上端通过螺栓固定住第一输出轴。所述输出轴固定支架位于第一内花键法兰与无线扭矩传感器之间。

所述第一内花键法兰上有处于同一圆周的若干第一圆孔，且所述第一内花键法兰中心为通孔，通孔内壁为内花键。所述第一内花键法兰通过内花键与第一输出轴连接。所述第一内花键法兰位于第二内花键法兰与输出轴固定支架之间。所述第二内花键法兰上有处于同一圆周的若干第一腰形孔，且所述第二内花键法兰中心为通孔，通孔内壁为内花键。所述第二内花键法兰通过螺栓与第一内花键法兰连接。所述第二内花键法兰位于陪试齿轮箱系统与第一内花键法兰之间。

所述陪试齿轮箱系统包括第三轴承、花键传动轴、第二输出轴、第二箱体端盖、扭矩输入法兰、扭矩加载法兰、第二箱体和第二箱体内部的第二行星轮系。

所述第二箱体通过螺栓安装在实验台架上。

所述第二输出轴为空心轴，一端连接所述第二箱体内部的第二行星轮系中，另一端与第二内花键法兰连接。

所述第一输出轴和第二输出轴对接后，形成一个中空的管腔。

所述花键传动轴的两端为花键，中部为轴肩。所述花键传动轴位于管腔中，其两端分别伸入第一箱体和第二箱体中。

所述第三轴承外圈固定于管腔内壁。所述第三轴承的内圈套在所述花键传动轴上，将花键传动轴的轴肩限位。

所述第二箱体端盖中心为圆形通孔。所述第二箱体端盖通过螺栓固定于第二箱体。

所述扭矩输入法兰包括第一圆形法兰盘、第一圆柱凸台、第二圆柱凸台。

所述第一圆形法兰盘上有处于同一圆周的若干第二腰型孔和第一螺纹孔，且所述第一圆形法兰盘中心有一个圆形凹槽。所述第一螺纹孔位于腰型孔与圆形凹槽之间。所述第一圆形法兰盘通过螺栓插入第一圆形法兰盘上的第二腰型孔连接所述第二箱体端盖，并固定。

所述第一圆柱凸台内部为圆形通孔，所述第一圆柱凸台内部的圆形通孔贯穿所述第一圆形法兰盘。所述第一圆柱凸台与第一圆形法兰盘同轴线。所述第一圆柱凸台穿过所述第二箱体端盖中心的圆形通孔。

所述第二圆柱凸台内部为圆形通孔。所述第二圆柱凸台与第一圆形法兰盘同轴线。所述第二圆柱凸台的外部穿过并连接第二行星轮系的第二行星架支架的底座。

所述扭矩加载法兰包括第二圆形法兰盘、第三圆柱凸台、第四圆柱凸台和正多边形凸台。

所述第二圆形法兰盘上有处于同一圆周的若干第二螺纹孔。所述第二圆形法兰盘与所述第一圆形法兰盘通过螺栓连接并固定。

所述第三圆柱凸台与第二圆形法兰盘同轴线。所述第三圆柱凸台插入所述第一圆形法兰盘的圆形凹槽中。

所述第四圆柱凸台与第二圆形法兰盘同轴线。所述第四圆柱凸台位于第二圆形法兰盘与正多边形凸台之间。

所述正多边形凸台的内部中心为圆形通孔。所述正多边形凸台与所述第四圆柱凸台同轴线。

所述扭矩加载系统包括扭矩加载臂和液压缸。

所述扭矩加载臂包括弧形盘和方形臂。

所述弧形盘中心有一个正多六边形孔。所述弧形盘通过弧形盘中心的正多边形孔与所述扭矩加载法兰的正多边形凸台连接。

所述方形臂的一端有一个第二圆孔和一个矩形凹槽。所述第二圆孔贯穿所述矩形凹槽。所述方形臂的另一端与所述弧形盘连接。所述弧形盘和方形臂是一体制造而成。

所述液压缸上端有伸缩杆。所述伸缩杆通过第二圆孔铰接在所述方形臂的矩形凹槽内。所述伸缩杆能对扭矩加载臂施加载荷。所述液压缸下端安装于实验台架上。

进一步，所述第一箱体内部的第一行星轮系包括第一滑动轴承、第一行星轮轴、第一行星架支架、第一箱体端盖、第一轴承、第一太阳轮、第一行星轮、第一紧固侧板、第一行星架、第一内齿圈和第二轴承。

所述第一箱体端盖中心有一个圆形通孔。第一轴承的外圈固定于所述第一箱体端盖中心的圆形通孔。所述输入轴穿过所述第一轴承的内圈，并固定。

所述第二轴承的外圈固定于第一箱体内部。所述第一输出轴穿过所述第二轴承的内圈，并固定。

所述第一行星架支架具有底座I和支撑臂I。所述第一行星架支架的底座I和第一箱体端盖通过螺栓连接并固定于第一箱体。所述第一行星架支架的支撑臂I通过螺栓连接并支撑第一行星架。

所述第一行星架安装有第一行星轮轴。所述第一行星轮轴由第一紧固侧板和螺钉紧固。所述第一行星轮轴通过第一滑动轴承连接第一行星轮。所述第一行星轮与第一内齿圈内啮合，且所述第一行星轮与第一太阳轮外啮合。所述第一内齿圈外部通过螺栓连接所述第一输出轴。

所述第一太阳轮内部一端为内花键，另一端为通孔。所述第一太阳轮通过内花键连接所述花键传动轴。所述输入轴连接在所述第一太阳轮内部的通孔内。

进一步，所述第二箱体的内部的第二行星轮系包括第四轴承、第二紧固侧板、第二行星轮、第二内齿圈、第二行星架、第二行星架支架、第二太阳轮、第二行星轮轴和第二滑动轴承。

所述第四轴承的外圈固定于第二箱体内部。所述第二输出轴穿过所述第四轴承的内圈，并固定。

所述第二行星架支架具有底座II和支撑臂II。所述第二行星架支架的底座II中心为内花键。所述第二行星架支架通过内花键连接所述扭矩输入法兰。所述第二行星架支架的支撑臂II通过螺栓连接并支撑第二行星架。

所述第二行星架安装有第二行星轮轴。所述第二行星轮轴由第二紧固侧板及螺钉紧固。所述第二行星轮轴通过第二滑动轴承连接第二行星轮。所述第二行星轮与第二内齿圈内啮合，且所述第二行星轮与第二太阳轮外啮合。所述第二内齿圈外部通过螺栓连接所述第二输出轴。

所述第二太阳轮的内部为内花键。所述第二太阳轮通过内花键连接所述花键传动轴。

进一步，所述第一太阳轮、第二太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、第一内齿圈和第二内齿圈的轮齿形式为人字齿或直齿。

一种基于GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将实验台架上的电机驱动系统、待测齿轮箱系统、内花键法兰传动系统、陪试齿轮箱系统和扭矩加载系统分别连接好。

2)扭矩加载系统施加扭矩前，释放扭矩输入法兰固定在第二箱体端盖上的螺栓，同时松开连接第一内花键法兰和第二内花键法兰的螺栓，通过锁紧输出轴固定支架上的螺栓固定第一输出轴。

3)液压缸上的伸缩杆向扭矩加载臂的方形臂施加载荷，使扭矩加载臂相对于第二箱体端盖转动角度，扭矩经扭矩加载臂的弧形盘传入扭矩加载法兰。扭矩经扭矩加载法兰传入扭矩输入法兰。扭矩经扭矩输入法兰上第二圆柱凸台的花键传入第二行星架支架的底座。扭矩经第二行星架支架的支撑臂II传入与第二行星架支架连接的第二行星架。扭矩经第二行星架封闭至传动系统。

4)将扭矩输入法兰固定在第二箱体端盖上的螺栓锁紧，同时锁紧连接第一内花键法兰和第二内花键法兰的螺栓，松开输出轴固定支架上的螺栓并撤离输出轴固定支架。

5)电机驱动系统的电机启动，功率经电机的输出轴传入第一联轴器的输入轴，经第一联轴器的输出轴传入转速扭矩传感器的输入轴，转速扭矩传感器测试出输入扭矩及转速，功率经转速扭矩传感器的输出轴传入第二联轴器的输入轴，经第二联轴器的输出轴传入待测齿轮箱系统的输入轴，功率经输入轴进入封闭传动系统实现功率封闭。

6)功率依次流经第一太阳轮、第一行星轮、第一内齿圈、第一内齿圈、第一输出轴、第一内花键法兰、第二内花键法兰，流至第二输出轴。功率经第二输出轴依次流至第二内齿圈、第二行星轮、第二太阳轮，经第二太阳轮的内花键流至花键传动轴一端的外花键，经花键传动轴另一端的外花键流至待测试齿轮箱系统的第一太阳轮，实现传动系统的功率封闭及其齿轮箱试验测试。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：

1)GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置采用背靠背式机械功率封闭，花键传动轴置于第一输出轴和第二输出轴的内腔，有效的简化系统结构，节省空间，缩短传动系统封闭环长度，减小功率损失及传动误差。

2)扭矩加载法兰和扭矩输入法兰配合扭矩加载臂对第二行星架加载扭矩，将外载荷封闭至传动系统，代替了额外的载荷加载器，简化了系统结构，同时降低成本及功率损耗，避免了额外的载荷加载器带来的振动及误差，提高试验数据的准确性。使小功率电机可供实现大功率齿轮箱实验测试。

3)第二内花键法兰的第一腰型孔和第一内花键法兰的第一圆孔结构允许第一输出轴和第二输出轴间由扭矩加载导致的任意转动角度，且完成加载后，通过调整两个内花键法兰的相对位置，保证第二内花键法兰的第一腰型孔与第一内花键法兰的第一圆孔可通过螺栓连接，两个内花键法兰之间的摩擦力矩仍可传递工作扭矩。

附图说明

图1为本发明齿轮传动实验装置的剖视图；

图2为本发明扭矩加载过程安装的示意图；

图3为本发明输出轴固定支架的安装示意图；

图4为本发明实验载荷加载装置的示意图；

图5为本发明扭矩加载系统的结构示意图；

图6为本发明内花键法兰结构的安装示意图；

图7为本发明待测试齿轮箱行星齿轮传动示意图；

图8为扭矩输入法兰的结构示意图；

图9为扭矩加载法兰的结构示意图。

图中：实验台架1、电机驱动系统A、电机A1、第一联轴器A2、转速扭矩传感器A3、第二联轴器A4、电机支架A5、转速扭矩传感器支架A6、待测齿轮箱系统B、第一箱体B1、第一滑动轴承B2、第一行星轮轴B3、第一行星架支架B4、第一箱体端盖B5、第一轴承B6、输入轴B7、第一太阳轮B8、第一行星轮B9、第一紧固侧板B10、第一行星架B11、第一内齿圈B12、第一输出轴B13、第二轴承B14、花键法兰传动系统C、无线扭矩传感器C1、输出轴固定支架C2、第一内花键法兰C3、第一圆孔C31、第二内花键法兰C4、第一腰型孔 C41、管腔S、陪试齿轮箱系统D、第三轴承D1、花键传动轴D2、第二输出轴D3、第四轴承D4、第二箱体D5、第二紧固侧板D6、第二行星轮D7、第二内齿圈D8、第二行星架D9、第二行星架支架D10、第二箱体端盖D11、扭矩输入法兰D12、第一圆形法兰盘D121、第二腰型孔D1211、第一螺纹孔D1212、圆形凹槽D1213、第一圆柱凸台 D122、第二圆柱凸台D123、扭矩加载法兰D13、第二圆形法兰盘D131、第二螺纹孔D1311、第三圆柱凸台D132、第四圆柱凸台D133、正多边形凸台D134、第二太阳轮D14、第二行星轮轴D15、第二滑动轴承 D16、扭矩加载系统E、扭矩加载臂E1、弧形盘E11、方形臂E12、第二圆孔E121、矩形凹槽E122、液压缸E2和伸缩杆E21。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

如图1～9所示，本实施例公开一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置，其特征在于：包括电机驱动系统A、待测齿轮箱系统B、花键法兰传动系统C、陪试齿轮箱系统D、扭矩加载系统E和实验台架1。

所述电机驱动系统A包括电机A1、第一联轴器A2、转速扭矩传感器A3、第二联轴器A4、电机支架A5和转速扭矩传感器支架A6。

所述电机A1的外壳通过螺栓安装在电机支架A5上。所述电机支架A5的下端固定在实验台架1上。所述转速扭矩传感器A3的外壳通过螺栓安装在转速扭矩传感器支架A6上。所述转速扭矩传感器支架A6的下端固定在实验台架1上。

所述电机A1的输出轴通过第一联轴器A2与转速扭矩传感器A3 的输入轴连接。所述转速扭矩传感器A3的输出轴连接所述第二联轴器A4。

所述待测齿轮箱系统B包括输入轴B7、第一输出轴B13、第一箱体B1和第一箱体B1内部的第一行星轮系。

所述待测齿轮箱系统B的输入轴B7一端连接在所述第一箱体B1 内部的第一行星轮系中，另一端连接在第二联轴器A4中。所述待测齿轮箱系统B的第一输出轴B13为空心轴，一端连接在所述第一箱体B1内部的第一行星轮系中，另一端为动力输出端。

所述待测齿轮箱系统B的第一箱体B1通过螺栓安装在实验台架 1上，并位于电机驱动系统A和内花键法兰传动系统C之间。

所述内花键法兰传动系统C包括无线扭矩传感器C1、输出轴固定支架C2、第一内花键法兰C3和第二内花键法兰C4。

所述无线扭矩传感器C1固定在第一输出轴B13上。所述无线扭矩传感器C1位于输出轴固定支架C2和第一箱体B1之间。

所述输出轴固定支架C2由两个L形支架组成，所述输出轴固定支架C2的下端通过螺栓安装在实验台架1上，上端通过螺栓固定住第一输出轴B13。所述输出轴固定支架C2位于第一内花键法兰C3 与无线扭矩传感器C1之间。

所述第一内花键法兰C3上有处于同一圆周的若干第一圆孔C31，且所述第一内花键法兰C3中心为通孔，通孔内壁为内花键。所述第一内花键法兰C3通过内花键与第一输出轴B13连接。所述第一内花键法兰C3位于第二内花键法兰C4与输出轴固定支架C2之间。所述第二内花键法兰C4上有处于同一圆周的若干第一腰形孔 C41，且所述第二内花键法兰C4中心为通孔，通孔内壁为内花键。所述第二内花键法兰C4通过螺栓与第一内花键法兰C3连接。即所述第二内花键法兰C4通过螺栓依次穿入所述第一内花键法兰C3的第一圆孔C31和第二内花键法兰C4的第一腰形孔C41连接第一内花键法兰C3。所述第二内花键法兰C4位于陪试齿轮箱系统D与第一内花键法兰C3之间。

所述陪试齿轮箱系统D包括第三轴承D1、花键传动轴D2、第二输出轴D3、第二箱体端盖D11、扭矩输入法兰D12、扭矩加载法兰D13、第二箱体D5和第二箱体D5内部的第二行星轮系。

所述第二箱体D5通过螺栓安装在实验台架1上。

所述第二输出轴D3为空心轴，一端连接所述第二箱体D5内部的第二行星轮系中，另一端与第二内花键法兰C4连接。

所述第一输出轴B13和第二输出轴D3对接后，形成一个中空的管腔S。

所述花键传动轴D2的两端为花键，中部为轴肩。所述花键传动轴D2位于管腔S中，其两端分别伸入第一箱体B1和第二箱体D5中。

所述第三轴承D1外圈固定于管腔S内壁。所述第三轴承D1的内圈套在所述花键传动轴D2上，将花键传动轴D2的轴肩限位。

所述第二箱体端盖D11中心为圆形通孔。所述第二箱体端盖D11 通过螺栓固定于第二箱体D5。

所述扭矩输入法兰D12包括第一圆形法兰盘D121、第一圆柱凸台D122、第二圆柱凸台D123。

所述第一圆形法兰盘D121上有处于同一圆周的若干第二腰型孔 D1211和第一螺纹孔D1212，且所述第一圆形法兰盘D121中心有一个圆形凹槽D1213。所述第一螺纹孔D1212位于腰型孔D1211与圆形凹槽D1213之间。所述第一圆形法兰盘D121通过螺栓插入第一圆形法兰盘D121上的第二腰型孔D1211连接所述第二箱体端盖D11，并固定。

所述第一圆柱凸台D122内部为圆形通孔，所述第一圆柱凸台 D122内部的圆形通孔贯穿所述第一圆形法兰盘D121。所述第一圆柱凸台D122与第一圆形法兰盘D121同轴线。所述第一圆柱凸台D122 穿过所述第二箱体端盖D11中心的圆形通孔。

所述第二圆柱凸台D123内部为圆形通孔。所述第二圆柱凸台D123与第一圆形法兰盘D121同轴线。所述第二圆柱凸台D123的外部穿过并连接第二行星轮系的第二行星架支架D10的底座。

所述扭矩加载法兰D13包括第二圆形法兰盘D131、第三圆柱凸台D132、第四圆柱凸台D133和正六边形凸台D134。

所述第二圆形法兰盘D131上有处于同一圆周的若干第二螺纹孔 D1311。所述第二圆形法兰盘D131与所述第一圆形法兰盘D121通过螺栓连接并固定。即所述第二圆形法兰盘D131通过螺栓依次旋入第二圆形法兰盘D131上的第二螺纹孔D1311和所述第一圆形法兰盘D121上的第一螺纹孔D1212连接并固定在所述第一圆形法兰盘D121 上。

所述第三圆柱凸台D132与第二圆形法兰盘D131同轴线。所述第三圆柱凸台D132插入所述第一圆形法兰盘D121的圆形凹槽D1213 中。

所述第四圆柱凸台D133与第二圆形法兰盘D131同轴线。所述第四圆柱凸台D133位于第二圆形法兰盘D131与正六边形凸台D134 之间。

所述正六边形凸台D134内部中心为圆形通孔。所述正六边形凸台D134与所述第四圆柱凸台D133同轴线。

所述扭矩加载系统E包括扭矩加载臂E1和液压缸E2。

所述扭矩加载臂E1包括弧形盘E11和方形臂E12。

所述弧形盘E11中心有一个正六边形孔。所述弧形盘E11通过弧形盘E11中心的正六边形孔与所述扭矩加载法兰D13的正六边形凸台D134连接。

所述方形臂E12的一端有一个第二圆孔E121和一个矩形凹槽 E122。所述第二圆孔E121贯穿所述矩形凹槽E122。所述方形臂E12 的另一端与所述弧形盘E11连接。所述弧形盘E11和方形臂E12是一体制造而成。

所述液压缸E2上端有伸缩杆E21。所述伸缩杆E21通过第二圆孔E121铰接在所述方形臂E12的矩形凹槽E122内。所述伸缩杆E21 能对扭矩加载臂E1施加载荷。所述液压缸E2下端安装于实验台架1 上。

实施例2：

本实施例主要结构同实施例1，进一步的，对所述第一箱体B1 内部的第一行星轮系做进一步说明。

所述第一箱体B1内部的第一行星轮系包括第一滑动轴承B2、第一行星轮轴B3、第一行星架支架B4、第一箱体端盖B5、第一轴承B6、第一太阳轮B8、第一行星轮B9、第一紧固侧板B10、第一行星架B11、第一内齿圈B12和第二轴承B14。

所述第一箱体端盖B5中心有一个圆形通孔。第一轴承B6的外圈固定于所述第一箱体端盖B5中心的圆形通孔。所述输入轴B7穿过所述第一轴承B6的内圈，并固定。

所述第二轴承B14的外圈固定于第一箱体B1内部。所述第一输出轴B13穿过所述第二轴承B14的内圈，并固定。

所述第一行星架支架B4具有底座I和支撑臂I。所述第一行星架支架B4的底座I和第一箱体端盖B5通过螺栓连接并固定于第一箱体B1。所述第一行星架支架B4的支撑臂I通过螺栓连接并支撑第一行星架B11。

所述第一行星架B11安装有第一行星轮轴B3。所述第一行星轮轴B3由第一紧固侧板B10和螺钉紧固。所述第一行星轮轴B3通过第一滑动轴承B2连接第一行星轮B9。所述第一行星轮B9与第一内齿圈B12内啮合，且所述第一行星轮B9与第一太阳轮B8外啮合。所述第一内齿圈B12外部通过螺栓连接所述第一输出轴B13。

所述第一太阳轮B8内部一端为内花键，另一端为通孔。所述第一太阳轮B8通过内花键连接所述花键传动轴D2。所述输入轴B7连接在所述第一太阳轮B8内部的通孔内。

本实施例中，所述第一太阳轮B8、第一行星轮B9和第一内齿圈 B12的轮齿形式为人字齿。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例1，进一步的，对所述第二箱体D5 内部的第二行星轮系做进一步说明。

所述第二箱体D5的内部的第二行星轮系包括第四轴承D4、第二紧固侧板D6、第二行星轮D7、第二内齿圈D8、第二行星架D9、第二行星架支架D10、第二太阳轮D14、第二行星轮轴D15和第二滑动轴承D16。

所述第四轴承D4的外圈固定于第二箱体D5内部。所述第二输出轴D3穿过所述第四轴承D4的内圈，并固定。

所述第二行星架支架D10具有底座II和支撑臂II。所述第二行星架支架D10的底座II中心为内花键。所述第二行星架支架D10通过内花键连接所述扭矩输入法兰D12。所述第二行星架支架D10的支撑臂II通过螺栓连接并支撑第二行星架D9。

所述第二行星架D9安装有第二行星轮轴D15。所述第二行星轮轴D15由第二紧固侧板D6及螺钉紧固。所述第二行星轮轴D15通过第二滑动轴承D16连接第二行星轮D7。所述第二行星轮D7与第二内齿圈D8内啮合，且所述第二行星轮D7与第二太阳轮D14外啮合。所述第二内齿圈D8外部通过螺栓连接所述第二输出轴D3。

所述第二太阳轮D14的内部为内花键。所述第二太阳轮D14通过内花键连接所述花键传动轴D2。

本实施例中，所述第二太阳轮D14、第二行星轮D7和第二内齿圈D8的轮齿形式为人字齿。

实施例4：

如图1～9所示，本实施例公开一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置的试验方法，包括以下步骤：

1)将实验台架1上的电机驱动系统A、待测齿轮箱系统B、内花键法兰传动系统C、陪试齿轮箱系统D和扭矩加载系统E分别连接好。

2)扭矩加载系统E施加扭矩前，释放扭矩输入法兰D12固定在第二箱体端盖D11上的螺栓，同时松开连接第一内花键法兰C3和第二内花键法兰C4的螺栓，通过锁紧输出轴固定支架C2上的螺栓固定第一输出轴B13。

3)液压缸E2上的伸缩杆E21向扭矩加载臂E1的方形臂E12施加载荷，使扭矩加载臂E1相对于第二箱体端盖D11转动角度，扭矩经扭矩加载臂E1的弧形盘E11传入扭矩加载法兰D13。扭矩经扭矩加载法兰D13传入扭矩输入法兰D12。扭矩经扭矩输入法兰D12上第二圆柱凸台D123的花键传入第二行星架支架D10的底座。扭矩经第二行星架支架D10的支撑臂II传入与第二行星架支架D10连接的第二行星架D9。此时第二内齿圈D8、第二输出轴D3和第二内花键法兰C4自由，第二行星架D9仅带动第二太阳轮D14转动，第一输出轴B13固定，则第二行星架D9、第二太阳轮D14、花键传动轴D2、第一太阳轮B8、第一行星轮B9、第一内齿圈B12和第一输出轴B13 的传动链内形成与扭矩加载臂E1平衡的内部力矩，大小可由无线扭矩传感器C1输出。扭矩经第二行星架D9封闭至传动系统。

4)当无线扭矩传感器C1输出的扭矩达到指定扭矩大小时，将扭矩输入法兰D12固定在第二箱体端盖D11上的螺栓锁紧，同时锁紧连接第一内花键法兰C3和第二内花键法兰D4的螺栓，可根据两个内花键法兰连接孔相对位置，调整第二内花键法兰C4的位置，保证第二内花键法兰C4的腰型孔C41与第一内花键法兰C3的第一圆孔C31可通过螺栓完成紧固。松开输出轴固定支架C2上的螺栓并撤离输出轴固定支架C2，以便于进行实验。

5)电机驱动系统A的电机A1启动，功率经电机A1的输出轴传入第一联轴器A2的输入轴，经第一联轴器A2的输出轴传入转速扭矩传感器A3的输入轴，转速扭矩传感器A3测试出输入扭矩及转速，功率经转速扭矩传感器A3的输出轴传入第二联轴器A4的输入轴，经第二联轴器A4的输出轴传入待测齿轮箱系统B的输入轴B7，功率经输入轴B7进入封闭传动系统实现功率封闭。

6)功率依次流经第一太阳轮B8、第一行星轮B9、第一内齿圈 B12、第一内齿圈B12、第一输出轴B13、第一内花键法兰C3、第二内花键法兰C4，流至第二输出轴D3。功率经第二输出轴D3依次流至第二内齿圈D8、第二行星轮D7、第二太阳轮D14，经第二太阳轮 D14的内花键流至花键传动轴D2一端的外花键，经花键传动轴D2 另一端的外花键流至待测试齿轮箱系统B的第一太阳轮B8，实现传动系统的功率封闭及其齿轮箱试验测试。

本实施例中，在保证两内花键法兰结构间摩擦力矩大于传动系统的工作扭矩的基础上，对紧固螺栓进行设计，其总摩擦扭矩可通过积分得到：

T＝2μF(R³-r³)/3R²

式中，T为总摩擦力矩，μ为摩擦系数，R为内花键法兰结构摩擦面的外圆半径，r为内花键法兰结构摩擦面的内孔半径，F为总预紧力， F＝n·F'，n为螺栓个数，F'为单个螺栓的预紧力。

Claims (5)

1.一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置，其特征在于：包括所述电机驱动系统(A)、待测齿轮箱系统(B)、花键法兰传动系统(C)、陪试齿轮箱系统(D)、扭矩加载系统(E)和实验台架(1)；

所述电机驱动系统(A)包括电机(A1)、第一联轴器(A2)、转速扭矩传感器(A3)、第二联轴器(A4)、电机支架(A5)和转速扭矩传感器支架(A6)；

所述电机(A1)的外壳通过螺栓安装在电机支架(A5)上；所述电机支架(A5)的下端固定在实验台架(1)上；所述转速扭矩传感器(A3)的外壳通过螺栓安装在转速扭矩传感器支架(A6)上；所述转速扭矩传感器支架(A6)的下端固定在实验台架(1)上；

所述电机(A1)的输出轴通过第一联轴器(A2)与转速扭矩传感器(A3)的输入轴连接；所述转速扭矩传感器(A3)的输出轴连接所述第二联轴器(A4)；

所述待测齿轮箱系统(B)包括输入轴(B7)、第一输出轴(B13)、第一箱体(B1)和第一箱体(B1)内部的第一行星轮系；

所述待测齿轮箱系统(B)的输入轴(B7)一端连接在所述第一箱体(B1)内部的第一行星轮系中，另一端连接在第二联轴器(A4)中；所述待测齿轮箱系统(B)的第一输出轴(B13)为空心轴，一端连接在所述第一箱体(B1)内部的第一行星轮系中，另一端为动力输出端；

所述待测齿轮箱系统(B)的第一箱体(B1)通过螺栓安装在实验台架(1)上，并位于电机驱动系统(A)和内花键法兰传动系统(C)之间；

所述内花键法兰传动系统(C)包括无线扭矩传感器(C1)、输出轴固定支架(C2)、第一内花键法兰(C3)和第二内花键法兰(C4)；

所述无线扭矩传感器(C1)固定在第一输出轴(B13)上；所述无线扭矩传感器(C1)位于输出轴固定支架(C2)和第一箱体(B1)之间；

所述输出轴固定支架(C2)由两个L形支架组成，所述输出轴固定支架(C2)的下端通过螺栓安装在实验台架(1)上，上端通过螺栓固定住第一输出轴(B13)；所述输出轴固定支架(C2)位于第一内花键法兰(C3)与无线扭矩传感器(C1)之间；

所述第一内花键法兰(C3)上有处于同一圆周的若干第一圆孔(C31)，且所述第一内花键法兰(C3)中心为通孔，通孔内壁为内花键；所述第一内花键法兰(C3)通过内花键与第一输出轴(B13)连接；所述第一内花键法兰(C3)位于第二内花键法兰(C4)与输出轴固定支架(C2)之间；所述第二内花键法兰(C4)上有处于同一圆周的若干第一腰形孔(C41)，且所述第二内花键法兰(C4)中心为通孔，通孔内壁为内花键；所述第二内花键法兰(C4)通过螺栓与第一内花键法兰(C3)连接；所述第二内花键法兰(C4)位于陪试齿轮箱系统(D)与第一内花键法兰(C3)之间；

所述陪试齿轮箱系统(D)包括第三轴承(D1)、花键传动轴(D2)、第二输出轴(D3)、第二箱体端盖(D11)、扭矩输入法兰(D12)、扭矩加载法兰(D13)、第二箱体(D5)和第二箱体(D5)内部的第二行星轮系；

所述第二箱体(D5)通过螺栓安装在实验台架(1)上；

所述第二输出轴(D3)为空心轴，一端连接所述第二箱体(D5)内部的第二行星轮系中，另一端与第二内花键法兰(C4)连接；

所述第一输出轴(B13)和第二输出轴(D3)对接后，形成一个中空的管腔(S)；

所述花键传动轴(D2)的两端为花键，中部为轴肩；所述花键传动轴(D2)位于管腔(S)中，其两端分别伸入第一箱体(B1)和第二箱体(D5)中；

所述第三轴承(D1)外圈固定于管腔(S)内壁；所述第三轴承(D1)的内圈套在所述花键传动轴(D2)上，将花键传动轴(D2)的轴肩限位；

所述第二箱体端盖(D11)中心为圆形通孔；所述第二箱体端盖(D11)通过螺栓固定于第二箱体(D5)；

所述扭矩输入法兰(D12)包括第一圆形法兰盘(D121)、第一圆柱凸台(D122)、第二圆柱凸台(D123)；

所述第一圆形法兰盘(D121)上有处于同一圆周的若干第二腰型孔(D1211)和第一螺纹孔(D1212)，且所述第一圆形法兰盘(D121)中心有一个圆形凹槽(D1213)；所述第一螺纹孔(D1212)位于腰型孔(D1211)与圆形凹槽(D1213)之间；所述第一圆形法兰盘(D121) 通过螺栓插入第一圆形法兰盘(D121)上的第二腰型孔(D1211)连接所述第二箱体端盖(D11)，并固定；

所述第一圆柱凸台(D122)内部为圆形通孔，所述第一圆柱凸台(D122)内部的圆形通孔贯穿所述第一圆形法兰盘(D121)；所述第一圆柱凸台(D122)与第一圆形法兰盘(D121)同轴线；所述第一圆柱凸台(D122)穿过所述第二箱体端盖(D11)中心的圆形通孔；

所述第二圆柱凸台(D123)内部为圆形通孔；所述第二圆柱凸台(D123)与第一圆形法兰盘(D121)同轴线；所述第二圆柱凸台(D123)的外部穿过并连接第二行星轮系的第二行星架支架(D10)的底座；

所述扭矩加载法兰(D13)包括第二圆形法兰盘(D131)、第三圆柱凸台(D132)、第四圆柱凸台(D133)和正多边形凸台(D134)；

所述第二圆形法兰盘(D131)上有处于同一圆周的若干第二螺纹孔(D1311)；所述第二圆形法兰盘(D131)与所述第一圆形法兰盘(D121)通过螺栓连接并固定；

所述第三圆柱凸台(D132)与第二圆形法兰盘(D131)同轴线；所述第三圆柱凸台(D132)插入所述第一圆形法兰盘(D121)的圆形凹槽(D1213)中；

所述第四圆柱凸台(D133)与第二圆形法兰盘(D131)同轴线；所述第四圆柱凸台(D133)位于第二圆形法兰盘(D131)与正多边形凸台(D134)之间；

所述正多边形凸台(D134)的内部中心为圆形通孔；所述正多边形凸台(D134)与所述第四圆柱凸台(D133)同轴线；

所述扭矩加载系统(E)包括扭矩加载臂(E1)和液压缸(E2)；

所述扭矩加载臂(E1)包括弧形盘(E11)和方形臂(E12)；

所述弧形盘(E11)中心有一个正多六边形孔；所述弧形盘(E11)通过弧形盘(E11)中心的正多边形孔与所述扭矩加载法兰(D13)的正多边形凸台(D134)连接；

所述方形臂(E12)的一端有一个第二圆孔(E121)和一个矩形凹槽(E122)；所述第二圆孔(E121)贯穿所述矩形凹槽(E122)；所述方形臂(E12)的另一端与所述弧形盘(E11)连接；所述弧形盘(E11)和方形臂(E12)是一体制造而成；

所述液压缸(E2)上端有伸缩杆(E21)；所述伸缩杆(E21)通过第二圆孔(E121)铰接在所述方形臂(E12)的矩形凹槽(E122)内；所述伸缩杆(E21)能对扭矩加载臂(E1)施加载荷；所述液压缸(E2)下端安装于实验台架(1)上。

2.根据权利要求2所述的一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置，其特征在于：所述第一箱体(B1)内部的第一行星轮系包括第一滑动轴承(B2)、第一行星轮轴(B3)、第一行星架支架(B4)、第一箱体端盖(B5)、第一轴承(B6)、第一太阳轮(B8)、第一行星轮(B9)、第一紧固侧板(B10)、第一行星架(B11)、第一内齿圈(B12)和第二轴承(B14)；

所述第一箱体端盖(B5)中心有一个圆形通孔；第一轴承(B6)的外圈固定于所述第一箱体端盖(B5)中心的圆形通孔；所述输入轴(B7)穿过所述第一轴承(B6)的内圈，并固定；

所述第二轴承(B14)的外圈固定于第一箱体(B1)内部；所述第一输出轴(B13)穿过所述第二轴承(B14)的内圈，并固定；

所述第一行星架支架(B4)具有底座I和支撑臂I；所述第一行星架支架(B4)的底座I和第一箱体端盖(B5)通过螺栓连接并固定于第一箱体(B1)；所述第一行星架支架(B4)的支撑臂I通过螺栓连接并支撑第一行星架(B11)；

所述第一行星架(B11)安装有第一行星轮轴(B3)；所述第一行星轮轴(B3)由第一紧固侧板(B10)和螺钉紧固；所述第一行星轮轴(B3)通过第一滑动轴承(B2)连接第一行星轮(B9)；所述第一行星轮(B9)与第一内齿圈(B12)内啮合，且所述第一行星轮(B9)与第一太阳轮(B8)外啮合；所述第一内齿圈(B12)外部通过螺栓连接所述第一输出轴(B13)；

所述第一太阳轮(B8)内部一端为内花键，另一端为通孔；所述第一太阳轮(B8)通过内花键连接所述花键传动轴(D2)；所述输入轴(B7)连接在所述第一太阳轮(B8)内部的通孔内。

3.根据权利要求1所述的一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置，其特征在于：所述第二箱体(D5)的内部的第二行星轮系包括第四轴承(D4)、第二紧固侧板(D6)、第二行星轮(D7)、第二内齿圈(D8)、第二行星架(D9)、第二行星架支架(D10)、第二太阳轮(D14)、第二行星轮轴(D15)和第二滑动轴承(D16)；

所述第四轴承(D4)的外圈固定于第二箱体(D5)内部；所述第二输出轴(D3)穿过所述第四轴承(D4)的内圈，并固定；

所述第二行星架支架(D10)具有底座II和支撑臂II；所述第二行星架支架(D10)的底座II中心为内花键；所述第二行星架支架(D10)通过内花键连接所述扭矩输入法兰(D12)；所述第二行星架支架(D10)的支撑臂II通过螺栓连接并支撑第二行星架(D9)；

所述第二行星架(D9)安装有第二行星轮轴(D15)；所述第二行星轮轴(D15)由第二紧固侧板(D6)及螺钉紧固；所述第二行星轮轴(D15)通过第二滑动轴承(D16)连接第二行星轮(D7)；所述第二行星轮(D7)与第二内齿圈(D8)内啮合，且所述第二行星轮(D7)与第二太阳轮(D14)外啮合；所述第二内齿圈(D8)外部通过螺栓连接所述第二输出轴(D3)；

所述第二太阳轮(D14)的内部为内花键；所述第二太阳轮(D14)通过内花键连接所述花键传动轴(D2)。

4.根据权利要求2或3所述的一种GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置，其特征在于：所述第一太阳轮(B8)、第二太阳轮(D14)、第一行星轮(B9)、第二行星轮(D7)、第一内齿圈(B12)和第二内齿圈(D8)的轮齿形式为人字齿或直齿。

5.一种基于GTF齿轮风扇发动机齿轮传动实验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将实验台架(1)上的电机驱动系统(A)、待测齿轮箱系统(B)、内花键法兰传动系统(C)、陪试齿轮箱系统(D)和扭矩加载系统(E)分别连接好；

2)扭矩加载系统(E)施加扭矩前，释放扭矩输入法兰(D12)固定在第二箱体端盖(D11)上的螺栓，同时松开连接第一内花键法兰(C3)和第二内花键法兰(C4)的螺栓，通过锁紧输出轴固定支架(C2)上的螺栓固定第一输出轴(B13)；

3)液压缸(E2)上的伸缩杆(E21)向扭矩加载臂(E1)的方形臂(E12)施加载荷，使扭矩加载臂(E1)相对于第二箱体端盖(D11)转动角度，扭矩经扭矩加载臂(E1)的弧形盘(E11)传入扭矩加载法兰(D13)；扭矩经扭矩加载法兰(D13)传入扭矩输入法兰(D12)；扭矩经扭矩输入法兰(D12)上第二圆柱凸台(D123)的花键传入第二行星架支架(D10)的底座；扭矩经第二行星架支架(D10)的支撑臂II传入与第二行星架支架(D10)连接的第二行星架(D9)；扭矩经第二行星架(D9)封闭至传动系统；

4)将扭矩输入法兰(D12)固定在第二箱体端盖(D11)上的螺栓锁紧，同时锁紧连接第一内花键法兰(C3)和第二内花键法兰(D4)的螺栓，松开输出轴固定支架(C2)上的螺栓并撤离输出轴固定支架(C2)；

5)电机驱动系统(A)的电机(A1)启动，功率经电机(A1)的输出轴传入第一联轴器(A2)的输入轴，经第一联轴器(A2)的输出轴传入转速扭矩传感器(A3)的输入轴，转速扭矩传感器(A3)测试出输入扭矩及转速，功率经转速扭矩传感器(A3)的输出轴传入第二联轴器(A4)的输入轴，经第二联轴器(A4)的输出轴传入待测齿轮箱系统(B)的输入轴(B7)，功率经输入轴(B7)进入封闭传动系统实现功率封闭；

6)功率依次流经第一太阳轮(B8)、第一行星轮(B9)、第一内齿圈(B12)、第一内齿圈(B12)、第一输出轴(B13)、第一内花键法兰(C3)、第二内花键法兰(C4)，流至第二输出轴(D3)；功率经第二输出轴(D3)依次流至第二内齿圈(D8)、第二行星轮(D7)、第二太阳轮(D14)，经第二太阳轮(D14)的内花键流至花键传动轴(D2)一端的外花键，经花键传动轴(D2)另一端的外花键流至待测试齿轮箱系统(B)的第一太阳轮(B8)，实现传动系统的功率封闭及其齿轮箱试验测试。