CN111268110B - 同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直升机的动力传动系统，具体涉及一种同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置。其可变速、结构紧凑、质量轻、易加工承载能力强、效率高、具有良好机动性。本发明发动机通过动力输入轴与直齿圆柱小齿轮连接，小齿轮与两个朝向对称的非正交面齿轮啮合，实现动力分流、一级减速和换向功能；非正交面齿轮通过传动轴与圆柱齿轮连接，并将动力均匀的传递给四个圆柱齿轮，实现二次分扭和二级减速；动力通过四根双联齿轮轴由四个圆柱齿轮传递给四个小圆柱齿轮，并分别与上面齿轮、下面齿轮相啮合，实现三级减速和并车功能；上面齿轮通过传动轴连接下旋翼，输出转矩，下面齿轮通过传动轴连接行星变速轮系达到变速及动力双输出的目的。

Description

同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置

技术领域

本发明涉及一种直升机的动力传动系统，具体涉及一种同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置。

背景技术

直升机作为20世纪航空技术极具特色的创造之一，极大的拓展了飞行器的应用范围，可以广泛的应用在运输、巡逻、旅游、救护等多个领域。但与固定翼飞机相比，直升机存在飞行速度低、航程短等问题，因此高速飞行已成为未来直升机发展的趋势之一。

与发达国家相比，目前我国直升机的数量较少，民用直升机的数量更少，其中关键的瓶颈是成本高、维修间隔期短和可靠性低等，随着我国国民经济的不断发展，以及国家对国防航空事业的投入，未来中国对直升机产品有着十分迫切的需求，直升机的发展将有很好的前景。

直升机传动系统是其中的一项核心关键技术，直升机传动系统按结构形式可分为单旋翼、纵列旋翼、交叉旋翼、共轴对转双旋翼类型，其中较为典型的是共轴对转双旋翼高速直升机，其主减速器的构型方式直接决定了其性能的好坏，进而影响直升机的整体飞行性能。为避免高速前飞时前行桨叶激波，需降低旋翼转速，降低旋翼转速可以通过发动机变速和传动系统变速来实现，但发动机正常工作的转速范围较小，通过降低发动机转速来降旋翼转速的幅度很有限，因此传动系统变速十分必要。

目前中小型直升机主减速器的主要结构是由多级齿轮传动构成的，其结构较为简单，承载能力及传动效率均有限，传动比范围较小，且大部分主减速器结构尺寸大，安装所占空间大，可靠性及使用寿命受到限制。迄今，专门针对中小型直升机主减速器的一体化设计产品较少。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置，其可变速、结构紧凑、质量轻、易加工承载能力强、效率高、具有良好机动性等优点。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：包括动力输入部分和动力输出部分；

所述的动力输入部分包括第一动力输入轴，第一动力输入轴与第一小齿轮相互连接，第一小齿轮同时与第一非正交面齿轮和第二非正交面齿轮相互啮合，实现分流、一级减速，完成分扭和换向功能；

所述第一非正交面齿轮通过传动轴与第一圆柱齿轮同轴传动；上述第二非正交面齿轮通过传动轴与第二圆柱齿轮同轴传动；上述第一圆柱齿轮与第三圆柱齿轮和第四圆柱齿轮相互啮合，上述第二圆柱齿轮与第五圆柱齿轮和第六圆柱齿轮相互啮合，达成二级减速，并且动力再次实现分流；

所述的第三圆柱齿轮与第七圆柱齿轮固定于同一个传动轴上，第四圆柱齿轮与第八圆柱齿轮固定于同一个传动轴上，第五圆柱齿轮与第九圆柱齿轮固定于同一个传动轴上，第六圆柱齿轮与第十圆柱齿轮固定于同一个传动轴上；

所述的动力输出部分包括第一上面齿轮和第二下面齿轮，所述的第七圆柱齿轮和第九圆柱齿轮同时与第一上面齿轮相啮合；第八圆柱齿轮和第十圆柱齿轮同时与第二下面齿轮相啮合，达成三级减速，实现并车汇流；

所述的第一上面齿轮通过传动轴与下旋翼连接，第二下面齿轮通过传动轴连接行星轮系的太阳轮，行星轮系的行星轮与太阳轮外啮合，同时通过内齿圈固定，行星轮绕太阳轮公转并带动固联的行星架旋转，从而输出转矩，行星架通过花键轴与上旋翼连接，从而实现变速及动力的双输出，所述的第一上面齿轮和第二下面齿轮的轴均为空心轴，行星架与花键轴的连接位于花键轴弯矩最小的截面，花键轴从第一上面齿轮和第二下面齿轮的空心轴中穿过。

进一步，第一上面齿轮还与第一尾翼传动齿轮相啮合，第二下面齿轮还与第二尾翼传动齿轮相啮合。

进一步，第一上面齿轮和第二下面齿轮之间设置有推力轴承。

进一步，动力输入轴设置至少设置有1个，采用多个输入轴时，各个输入轴依输出轴对称布置。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1)本发明采用两次功率分流传动及一次功率汇流传动，各分支中齿轮传递的扭矩降低，有利于降低整个装置承受的载荷，有利于减小结构尺寸及减轻重量；另外面齿轮尺寸大，可以承受大的扭矩；

2)本发明两个面齿轮之间使用推力轴承，减小了主减速器的外廓尺寸和质量，整个齿轮箱的高度降低，结构将更加紧凑，有利于结构优化设计，提高了可靠性；

3)本发明可多路输入，能增加直升机承载能力及航程；

4)本发明具有可变速、结构紧凑、承载能力强、维修方便、质量轻、传动比大的优点，可适应我国对高速直升机新构型技术发展规划提出的大部分要求。

附图说明：

图1为本发明单发动机输入的一种同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置基本构型的结构示意图；

图2为本发明双发动机输入的一种同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置基本构型的结构示意图；

图3为本发明双发动机输入的一种同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置基本构型结构的俯视图；

附图标记：1、第一动力输入轴，2、第一小齿轮，3a、第一非正交面齿轮，3b、第二非正交面齿轮，4a、第一圆柱齿轮，4b、第二圆柱齿轮，5a、第三圆柱齿轮，5b、第四圆柱齿轮，5c、第五圆柱齿轮，5d、第六圆柱齿轮，6a、第七圆柱齿轮，6b、第八圆柱齿轮，6c、第九圆柱齿轮，6d、第十圆柱齿轮，7a、第一上面齿轮，7b、第二下面齿轮，8、推力轴承，9a、第一尾翼传动齿轮，9b、第二尾翼传动齿轮，10、太阳轮，11、行星轮，12、内齿圈，13、行星架，14、花键轴，15、动力输入，16、动力输出，17、第二动力输入轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

一种单发动机输入的同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置，如图1所示，包括动力输入部分和动力输出部分；所述动力输入部分包括第一动力输入轴1，所述第一动力输入轴1与第一小齿轮2相互连接；第一小齿轮2与第一非正交面齿轮3a和第二非正交面齿轮3b同时相互啮合，实现动力分流、一级减速，完成分扭和换向功能；第一非正交面齿轮3a通过传动轴与第一圆柱齿轮4a同轴传动；第二非正交面齿轮3b通过传动轴与第二圆柱齿轮4b同轴传动；第一圆柱齿轮4a与第三圆柱齿轮5a和第四圆柱齿轮5b相互啮合，上述第二圆柱齿轮4b与第五圆柱齿轮5c和第六圆柱齿轮5d相互啮合，达成二级减速，并且动力再次实现分流，增加了传动有效性，提高了功率的均匀分配；第三圆柱齿轮5a与第七圆柱齿轮6a固定于同一个传动轴上，第四圆柱齿轮5b与第八圆柱齿轮6b固定于同一个传动轴上，上述第五圆柱齿轮5c与第九圆柱齿轮6c固定于同一个传动轴上，上述第六圆柱齿轮5d与第十圆柱齿轮6d固定于同一个传动轴上；

所述动力输出部分包括第一上面齿轮7a和第二下面齿轮7b，第七圆柱齿轮6a和第九圆柱齿轮6c同时与第一上面齿轮7a相啮合；第八圆柱齿轮6b和第十圆柱齿轮6d同时与第二下面齿轮7b相啮合，达成三级减速，实现并车汇流；第一上面齿轮7a通过传动轴连接下旋翼，第二下面齿轮7b通过传动轴连接行星轮系中的太阳轮10，行星轮11与上述太阳轮10外啮合，同时通过内齿圈12固定，行星轮11必定绕太阳轮10公转带动固联的行星架13旋转，从而输出转矩，行星架13通过花键轴14连接上旋翼，从而实现变速及动力的双输出，

上述第一上面齿轮7a与第一尾翼传动齿轮9a啮合传动，上述第二下面齿轮7b与第二尾翼传动齿轮9b啮合传动，来进一步增加飞行时的稳定性；

上述面齿轮啮合对齿轮副的对中性要求不高，上述第一上面齿轮7a和第二下面齿轮7b安装拆卸方便；同时两个面齿轮之间使用了推力轴承8，使其在高度方向的结构更紧凑，降低了主减速器的高度。

上述第一小齿轮2、第七圆柱齿轮6a、第八圆柱齿轮6b、第九圆柱齿轮6c、第十圆柱齿轮6d均为径向浮动支撑，有利于提高功率均匀分配，增加传动有效性；同时该传动装置包含两次功率分流、一次功率汇流，降低了功重比及各分支齿轮承受的载荷，提高了传动效率及可靠性。最后传动级为行星传动，实现了变速功能，增加了传动比及稳定性。

上述第一上面齿轮7a和第二下面齿轮7b的轴均为空心轴，上述行星架13与花键轴14的连接位于花键轴14弯矩最小的截面，花键轴14从第一上面齿轮7a和第二下面齿轮7b的空心轴中穿过，从而有效的改善了行星系的工作条件，实现变速输出，整个装置结构紧凑，传动比大，工作平稳。

通过以上功率传递，达成输出轴共轴旋转、变速且转向相反。

实施例二：

一种双发动机输入的同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置，如图2和图3所示，在实施例一结构的基础上，在第一动力输入轴1的相对位置上设置第二动力输入轴，第二动力输入轴上的齿轮连接关系与第一动力输入轴1上的齿轮连接关系相同，第二动力输入轴上连接发动机，实现双发动机输入。

本发明还可采用多路动力输入单元，当动力输入单元为多路时，所述多路动力输入单元根据系统受载及设计参数分析，依输出部分呈对称或近似对称布置。通过功率传递，最终实现输出轴的共轴旋转，变速，转向相反。

以上所述仅是本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的保护范围，应当指出，对本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对其进行若干改进与润饰，均应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：包括动力输入部分和动力输出部分；

所述的动力输入部分包括第一动力输入轴（1），第一动力输入轴（1）与第一小齿轮（2）相互连接，第一小齿轮（2）同时与第一非正交面齿轮（3a）和第二非正交面齿轮（3b）相互啮合，实现分流、一级减速，完成分扭和换向功能；

所述第一非正交面齿轮（3a）通过传动轴与第一圆柱齿轮（4a）同轴传动；上述第二非正交面齿轮（3b）通过传动轴与第二圆柱齿轮（4b）同轴传动；上述第一圆柱齿轮（4a）与第三圆柱齿轮（5a）和第四圆柱齿轮（5b）相互啮合，上述第二圆柱齿轮（4b）与第五圆柱齿轮（5c）和第六圆柱齿轮（5d）相互啮合，达成二级减速，并且动力再次实现分流；

所述的第三圆柱齿轮（5a）与第七圆柱齿轮（6a）固定于同一个传动轴上，第四圆柱齿轮（5b）与第八圆柱齿轮（6b）固定于同一个传动轴上，第五圆柱齿轮（5c）与第九圆柱齿轮（6c）固定于同一个传动轴上，第六圆柱齿轮（5d）与第十圆柱齿轮（6d）固定于同一个传动轴上；

所述的动力输出部分包括第一上面齿轮（7a）和第二下面齿轮（7b），所述的第七圆柱齿轮（6a）和第九圆柱齿轮（6c）同时与第一上面齿轮（7a）相啮合；第八圆柱齿轮（6b）和第十圆柱齿轮（6d）同时与第二下面齿轮（7b）相啮合，达成三级减速，实现并车汇流；

所述的第一上面齿轮（7a）通过传动轴与下旋翼连接，第二下面齿轮（7b）通过传动轴连接行星轮系的太阳轮（10），行星轮系的行星轮（11）与太阳轮（10）外啮合，同时通过内齿圈（12）固定，行星轮（11）绕太阳轮（10）公转并带动固联的行星架（13）旋转，从而输出转矩，行星架（13）通过花键轴（14）与上旋翼连接，从而实现变速及动力的双输出，所述的第一上面齿轮（7a）和第二下面齿轮（7b）的轴均为空心轴，行星架（13）与花键轴（14）的连接位于花键轴（14）弯矩最小的截面，花键轴（14）从第一上面齿轮（7a）和第二下面齿轮（7b）的空心轴中穿过；

所述的动力输入部分设置至少设置有1个，采用多个输入轴时，各个输入轴依输出轴对称布置。

2.根据权利要求1所述的同轴面齿轮两次分汇流的共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：所述的第一上面齿轮（7a）还与第一尾翼传动齿轮（9a）相啮合，第二下面齿轮（7b）还与第二尾翼传动齿轮（9b）相啮合。