CN111268112B - 锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥齿‑行星齿复合分汇流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。本发明发动机通过动力输入轴与直齿圆柱小齿轮连接，直齿圆柱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；非正交面齿轮通过双联齿轮轴与直齿圆柱齿轮连接，并将动力均匀的传递给四个直齿大圆柱齿轮，实现二次分扭和二级减速；动力通过四根双联齿轮轴由所述四个直齿大圆柱齿轮传递给四个螺旋锥齿轮，并分别与上面齿轮、下面齿轮相啮合，实现三级减速和并车汇流；上锥齿轮与第一输出轴固连，下锥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

锥齿-行星齿复合分汇流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，具体涉及一种锥齿-行星齿复合分汇流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。而传动系统是其中一项核心关键技术，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。

自从直升机问世以来，其主减速器的传动类型都在不断改进，在传统的直升机主减速器中，发动机的功率从输入到输出过程都是单路传递，逐级减速，这些传统构型只适合于轻型及小吨位直升机主减速器，一旦传动功率增大，整个减速器体积就得增大，质量也需加重，这样振动噪声也会随之增大，这是设计时所不希望的，因此开发一种自主设计、生产加工，结构简单，维修方便的中小型主减速器很有必要；同时传动系统若采用离合器变速装置方案，需攻克多盘离合器控制、过渡过程中离合器的摩擦、冲击及功率丢失等技术难点，而且目前直升机变速传动还存在如多传动链主减速器的结构设计、换挡过程的冲击、非工作传动链的摩擦等一系列尚待解决的技术难题，这些都严重阻碍高速直升机的应用，因此直升机传动系统变速研究也十分必要。

中国专利CN103968003A“一种直升机主减速器用分扭传动机构”，其使用直齿轮输入，输入轴上有两个直齿轮来分别与相应的面齿轮啮合，与面齿轮同轴的直齿轮来实现分扭，最后采用人字齿圆柱齿轮并车汇流输出。但由于在输入轴上使用的两个直齿轮很难精确地实现功率对半分流，会导致靠近发动机端直齿轮承受绝大部分扭矩，会大大降低使用寿命。

中国专利CN109707798A“锥齿轮-圆柱齿轮两次功率分流的共轴式双旋翼传动装置”其使用了锥齿轮功率分流传动和圆柱齿轮功率再分流传动和圆柱齿轮功率汇流传动。该装置在并车级使用直齿轮啮合，会减小齿轮重合度，降低并车级齿轮的承载能力，且该装置纵向尺寸较大，不利于结构优化设计。

中国专利CN110562447A“一种共轴反转双旋翼传动装置”其输入功率分流单元设于外齿圈与内齿圈之间，两个输出轴分别与外齿圈、内齿圈固连，整个结构尺寸较大，不够紧凑，安装不便。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种锥齿-行星齿复合分汇流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：一种锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：包括动力输入轴，所述动力输入轴与圆柱齿轮连接，圆柱齿轮同时与2个非正交面齿轮啮合，实现一级减速、第一次功率分流和两路分流传动；

每个非正交面齿轮通过双联齿轮轴连接一个直齿圆柱齿轮，每个直齿圆柱齿轮分别与2个圆柱齿轮啮合实现二级减速、第二次功率分流和四路分流传动；

4个直齿圆柱齿轮分别通过双联齿轮轴与螺旋锥齿轮连接，四个螺旋锥齿轮均采用径向浮动支撑，上端的两个螺旋锥齿轮与第一上锥齿轮连接，下端的两个螺旋锥齿轮与第二下锥齿轮连接，实现三级减速，一次功率并车汇流；

第一上锥齿轮的中心与第一输出轴连接，第二下锥齿轮的中心向下通过传动轴连接行星变速轮系中的太阳轮，所述太阳轮与行星轮外啮合，同时所述行星轮绕着固定内齿圈旋转，将动力传递给固联的行星架，行星架通过花键联接与第二输出轴齿轮传动，第二输出轴穿过第一输出轴。

进一步，第一上锥齿轮还与第一尾翼传动齿轮啮合，第二下锥齿轮还与第二尾翼传动齿轮啮合。

进一步，第一上锥齿轮和第二下锥齿轮之间设置有推力轴承。

进一步，行星变速轮系中行星架与第二输出轴的连接位于第二输出轴弯矩最小的截面。

进一步，第一输出轴为环柱，第一输出轴与第二输出轴之间设置有间隔，所述第二输出轴的顶端高于所述第一输出轴的顶端。

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均匀设置。

进一步，圆柱齿轮可替换为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮或人字齿圆柱齿轮。

进一步，螺旋锥齿轮可替换为直齿锥齿轮、斜齿锥齿轮或曲线齿锥齿轮。

进一步，太阳轮、行星轮、内齿圈为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮或人字齿圆柱齿轮。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1)本发明采用圆柱齿轮-非正交面齿轮来分流传动实现一级减速，各分支中齿轮传递的扭矩降低，有利于降低各分支承受的载荷；

2)本发明通过圆柱齿轮啮合再次功率分流实现二级减速，降低传动分支载荷，整个装置结构减小，质量减轻，功重比增加；

3)本发明在两个共轴锥齿轮上实现汇流传动实现三级减速，且两锥齿轮之间使用了推力轴承，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，有利于模块化结构设计；

4)本发明两个锥齿轮与尾翼传动齿轮啮合，来进一步增加稳定性，同时该传动装置可多路输入，能增加直升机承载能力及航程；

5)本发明采用行星轮系实现变速，工作平稳，可靠性高。同时包含功率分流传动，且各传动分支采用定轴轮系，平稳性好，技术上较易实现，可满足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；

6)本发明一方面使得各传动分支结构尺寸减小，各分支齿轮受载减小；另一方面零件数量减小，各齿轮轴向尺寸和径向尺寸均减小，整个装置精巧稳定，提高了传动有效性；

8)本发明主要应用于直升机的主减速器上，是一种功率分汇流的共轴式双旋翼输出、转向相反、变速的传动装置，外廓尺寸小、结构紧凑、质量轻、功重比大，传动性能好。

附图说明：

图1为本发明单发动机输入的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置基本构型的结构示意图；

图2为图1带旋翼架的结构示意图；

图3为本发明双发动机输入的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置基本构型的结构示意图；

图4为图3带旋翼架的结构示意图；

图5为本发明双发动机输入的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置基本构型的结构俯视示意图；

附图标记：1-第一动力输入轴；2-第一圆柱齿轮；3-第一非正交面齿轮；4-第二非正交面齿轮；5-第一齿轮轴；6-第二齿轮轴；7-第二圆柱齿轮；8-第三圆柱齿轮；9-第四圆柱齿轮；10-第五圆柱齿轮；11-第六圆柱齿轮；12-第七圆柱齿轮；13-第一传动轴；14-第二传动轴；15-第三传动轴；16-第四传动轴；17-第一螺旋锥齿轮；18-第二螺旋锥齿轮；19-第三螺旋锥齿轮；20-第四螺旋锥齿轮；21-第一上锥齿轮；22-第二下锥齿轮；23-推力轴承；24-第一尾翼传动齿轮；25-第二尾翼传动齿轮；26-第一输出轴；27-传动轴；28-太阳轮；29-行星轮；30-内齿圈；31-行星架；32-第二输出轴；33-花键联接；34-功率输入单元；

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锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，如图1和图2所示，包括功率输出单元和功率输入单元34，输出单元包括第一输出轴26和第二输出轴32，

发动机通过第一动力输入轴1连接第一圆柱齿轮2，第一圆柱齿轮2同时和第一非正交面齿轮3、第二非正交面齿轮4相啮合，实现一级减速、第一次功率分流和两路分流传动。

上述第一非正交面齿轮3通过第一齿轮轴5与第二圆柱齿轮7固联，上述第二圆柱齿轮7同时和第四圆柱齿轮9和第五圆柱齿轮10啮合，上述第二非正交面齿轮4通过第二齿轮轴6与第三圆柱齿轮8固联，上述第三圆柱齿轮8同时和第六圆柱齿轮11和第七圆柱齿轮12啮合，实现二级减速、第二次功率分流和四路分流传动。

上述第四圆柱齿轮9通过第一传动轴13与第一螺旋锥齿轮17固联，上述第五圆柱齿轮10通过第二传动轴14与第二螺旋锥齿轮18固联，上述第六圆柱齿轮11通过第三传动轴15与第三螺旋锥齿轮19固联，上述第七圆柱齿轮12通过第四传动轴16与第四螺旋锥齿轮20固联，上述第一螺旋锥齿轮17、上述第二螺旋锥齿轮18、上述第三螺旋锥齿轮19和上述第四螺旋锥齿轮20均采取径向浮动支撑，来提高功率的均匀分配，上述第一螺旋锥齿轮17和第三螺旋锥齿轮19同时和第一上锥齿轮21啮合，上述第二螺旋锥齿轮18和第四螺旋锥齿轮20同时和第二下锥齿轮22啮合，实现三级减速，一次功率并车汇流。

上述第一上锥齿轮21和第一输出轴26连接，第二下锥齿轮22通过传动轴27与行星轮系中的太阳轮28相连，太阳轮28与行星轮29外啮合，这样行星轮29必定绕着固定内齿圈30旋转运动，同时带动行星架31转动，行星架31与第二输出轴32用花键联接33连接，这样在行星轮系的太阳轮28与行星轮29啮合上实现变速的目的，通过以上的功率传递，最终达成输出轴相反的转向，不同的转速。

上述第一输出轴26为环柱，第一输出轴26与第二输出轴32之间具有间隔，第二输出轴32从上述第一输出轴中穿过，所述第二输出轴的顶端高于所述第一输出轴的顶端；

上述变速行星轮系中行星架31与第二输出轴32的连接位于第二输出轴32弯矩最小的截面。

上述第一上锥齿轮21和第一尾翼传动齿轮24相啮合，上述第二下锥齿轮22和第二尾翼传动齿轮25相啮合，来进一步增加稳定性。

上述第一上锥齿轮21和第二下锥齿轮22之间设置有推力轴承23，减小了主减速器的外廓尺寸和质量。

上述第一上锥齿轮21和第二下锥齿轮22之间设置有推力轴承23，使其在高度方向的结构更紧凑，主减速器的高度降低，齿轮箱高度降低。

第一非正交面齿轮3和第二非正交面齿轮4直径相同，第二圆柱齿轮7和第三圆柱齿轮8直径相同，第四圆柱齿轮9、第五圆柱齿轮10、第六圆柱齿轮11和第七圆柱齿轮12直径相同，第一螺旋锥齿轮17、第二螺旋锥齿轮18、第三螺旋锥齿轮19和第四螺旋锥齿轮20直径相同，第一尾翼传动齿轮24和第二尾翼传动齿轮25直径相同。

实施例二：

一种双发动机输入的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，如图3-图5所示，实施例一结构的基础上，对称布置两个功率输入单元34，可以实现双发动机输入的锥齿轮-行星齿轮的功率分汇流共轴双旋翼变速传动。

本发明圆柱齿轮还可为斜齿圆柱齿轮或人字齿圆柱齿轮；螺旋锥齿轮还可为直齿锥齿轮、斜齿锥齿轮或曲线齿锥齿轮；上述太阳轮、行星轮、内齿圈为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮或人字齿圆柱齿轮。

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依所述功率输出单元对称布置，通过功率传递，最终实现共轴双旋翼变速传动。

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 (7)

1.锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：包括动力输入轴，所述动力输入轴与圆柱齿轮连接，圆柱齿轮同时与2个非正交面齿轮啮合，实现一级减速、第一次功率分流和两路分流传动；

每个非正交面齿轮通过双联齿轮轴连接一个直齿圆柱齿轮，每个直齿圆柱齿轮分别与2个圆柱齿轮啮合实现二级减速、第二次功率分流和四路分流传动；

4个直齿圆柱齿轮分别通过双联齿轮轴与螺旋锥齿轮连接，四个螺旋锥齿轮均采用径向浮动支撑，上端的两个螺旋锥齿轮与第一上锥齿轮连接，下端的两个螺旋锥齿轮与第二下锥齿轮连接，实现三级减速，一次功率并车汇流；

第一上锥齿轮的中心与第一输出轴连接，第二下锥齿轮的中心向下通过传动轴连接行星变速轮系中的太阳轮，所述太阳轮与行星轮外啮合，同时所述行星轮绕着固定内齿圈旋转，将动力传递给固联的行星架，行星架与第二输出轴用花键联接，第二输出轴穿过第一输出轴；

所述的太阳轮、行星轮、内齿圈为直齿圆柱齿、斜齿圆柱齿或人字齿圆柱齿。

2.根据权利要求1所述的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：所述的第一上锥齿轮还与第一尾翼传动齿轮啮合，第二下锥齿轮还与第二尾翼传动齿轮啮合。

3.根据权利要求1或2所述的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：所述的第一上锥齿轮和第二下锥齿轮之间设置有推力轴承。

4.根据权利要求3所述的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：所述的行星变速轮系中行星架与第二输出轴的连接位于第二输出轴弯矩最小的截面。

5.根据权利要求4所述的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：所述第一输出轴为环柱，第一输出轴与第二输出轴之间设置有间隔，所述第二输出轴的顶端高于所述第一输出轴的顶端。

6.根据权利要求5所述的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：所述的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均匀设置。

7.根据权利要求6所述的锥齿-行星齿复合分汇流共轴双旋翼变速传动装置，其特征在于：所述的圆柱齿轮可替换为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮或人字齿圆柱齿轮。