CN111301670A - 一种共轴双旋翼直升机主减速器及一种直升机 - Google Patents

一种共轴双旋翼直升机主减速器及一种直升机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共轴双旋翼直升机主减速器及一种直升机，包括：至少两对输入换向锥齿轮副；并车锥齿轮副，其主动轮轴与所述输入换向锥齿轮副的从动轮轴连接；封闭级行星轮系，其太阳轮与并车锥齿轮副的从动轮连接；外旋翼轴，其与所述封闭级行星轮系的齿圈连接，所述外旋翼轴由所述封闭级行星轮系的齿圈直接或间接驱动；差动级行星轮系，其太阳轮与所述并车锥齿轮副的从动轮连接，其齿圈与所述外旋翼轴连接；内旋翼轴，其与差动级行星轮系的行星架直接或间接连接，由差动级行星轮系的行星架驱动旋转；尾输出齿轮副，其主动轮由所述并车锥齿轮副的从动轮驱动。本方案结构简单、零部件数量较少，可靠性高，体积较小，齿轮线速度低，质量轻。

Description

一种共轴双旋翼直升机主减速器及一种直升机
技术领域
本发明涉及直升机动力机构设计技术领域，尤指一种共轴双旋翼直升机主减速器及一种直升机。
背景技术
目前国内传统的直升机减速器均采用单旋翼带尾桨的构型，尾桨仅用来平衡主旋翼产生的扭矩，不产生推力，导致飞行速度受限。这种传统构型无法满足高速直升机对飞行速度的需要。Sikorsky双旋翼减速器以及卡莫夫双旋翼减速器虽然能够实现去除尾桨，增设尾部推力机构，但是其中采用的是大传动比圆柱齿轮传动机构，该机构会存在偏载问题。因此，能否构思出一款能够解决双旋翼共轴输出及提高直升机飞行速度，且能够在较小的尺寸下，传递较大的功率的直升机主减速器一直是本领域普通技术人员期望解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种共轴双旋翼直升机主减速器及一种直升机，实现了共轴双旋翼直升机主减速器结构简单、零部件数量较少，可靠性高，体积较小，齿轮线速度低，质量轻。
本发明提供的技术方案如下：
一种共轴双旋翼直升机主减速器，包括：
至少两对输入换向锥齿轮副，用于输入动力；
并车锥齿轮副，其主动轮轴与所述输入换向锥齿轮副的从动轮轴连接；
封闭级行星轮系，其太阳轮与所述并车锥齿轮副的从动轮连接；
外旋翼轴，其与所述封闭级行星轮系的齿圈连接，所述外旋翼轴由所述封闭级行星轮系的齿圈直接或间接驱动；
差动级行星轮系，其太阳轮与所述并车锥齿轮副的从动轮连接，其齿圈与所述外旋翼轴连接；
内旋翼轴，其与所述差动级行星轮系的行星架直接或间接连接，由所述差动级行星轮系的行星架驱动旋转；
尾输出齿轮副，其主动轮由所述并车锥齿轮副的从动轮驱动。
本方案通过设置封闭级行星轮系以及差动级行星轮系，实现了内外旋翼轴转速相同，方向相反，两副旋翼产生的扭矩在航向不变的飞行状态下相互平衡，通过上下旋翼总距差动产生不平衡扭矩可实现航向操纵；另外，设置尾输出齿轮副，能够驱动推进尾浆，产生推进力。
进一步优选地，所述封闭级行星轮系包括：
封闭级太阳轮，其为所述封闭级行星轮系的太阳轮；
若干双联大齿轮，其沿所述封闭级太阳轮周向设置，且与所述封闭级太阳轮啮合；
若干双联小齿轮，与所述双联大齿轮对应设置，且通过花键副与所述双联大齿轮联接；
封闭级齿圈，为所述封闭级行星轮系的齿圈，套设在若干所述双联小齿轮外部，由所述双联小齿轮驱动转动，且所述封闭级齿圈通过一锥形盘间接驱动所述外旋翼轴。
本方案的封闭级行星轮系能够驱动外旋翼轴，使其与封闭级太阳轮反向转动。
进一步优选地，所述差动级行星轮系包括：
差动太阳轮，其为所述差动级行星轮系的太阳轮；
若干差动级行星轮，沿所述差动级太阳轮周向设置，且与所述差动级太阳轮啮合；
差动齿圈，其为所述差动级行星轮系的齿圈，套设在若干所述差动级行星轮外部，且与若干所述差动级行星轮啮合。
本方案的差动级行星轮系能够驱动内旋翼轴，使其与外旋翼轴反向同速转动。
进一步优选地，所述输入换向锥齿轮副包括：换向主动锥齿轮和换向从动锥齿轮，所述换向主动锥齿轮和换向从动锥齿轮的传动比大于1。
本方案的输入换向锥齿轮副能够实现第一级减速
进一步优选地，所述主动锥齿轮与输入法兰盘连接。
本方案的主动锥齿轮与输入法兰盘连接能够传递动力。
进一步优选地，所述换向从动锥齿轮设有内置离合器组件。
本方案设置内置离合器组件便于联接、分离。
进一步优选地，所述并车锥齿轮副包括：并车主动锥齿轮和并车大锥齿轮，所述并车主动锥齿轮与所述离合器组件通过弹性轴相联，所述并车主动锥齿轮和并车大锥齿轮的传动比大于1。
本方案通过设置并车锥齿轮副实现第二级减速并车。
进一步优选地，所述尾输出齿轮副包括相互啮合的尾传双联齿轮和尾传输出齿轮，所述尾传双联齿轮与尾传输出齿轮传动比大于1。
本方案的尾输出齿轮副能够将动能传递至尾部推进螺旋桨上，为飞机前进提供推动力。
进一步优选地，所述尾传双联齿轮为带人字齿的锥齿轮，所述尾传输出齿轮为人字齿圆柱齿轮。
本方案采用人字齿轮，具有重合度高，轴向载荷小，承载能力高，工作平稳的优点。
进一步优选地，所述离合器组件与所述弹性轴通过内花键与外花键配合连接；所述并车主动锥齿轮与所述弹性轴通过内花键与外花键配合连接；所述并车大锥齿轮与所述封闭级太阳轮通过内花键与外花键配合连接；所述双联大齿轮与所述双联小齿轮通过内花键与外花键配合连接；所述封闭级齿圈与所述锥形盘通过内花键与外花键配合连接；所述锥形盘与所述外旋翼轴通过内花键与外花键配合连接；所述并车大锥齿轮与所述差动级太阳轮通过内花键与外花键配合连接；所述差动级齿圈与所述外旋翼轴通过内花键与外花键配合连接。
本方案各部件之间接采用内花键与外花键配合连接，装配方便，传动高效。
一种直升机，装设有上述的一种共轴双旋翼直升机主减速器。
本方案的直升机采用上下共轴反转的两组旋翼用来平衡旋翼扭矩，不需尾桨，结构紧凑，外形尺寸小，通过锥齿轮副及人字齿轮副实现尾传输出进而驱动尾推机构，前进推力足。
本方案至少具有以下有益效果之一：
1.本方案中，通过封闭差动行星轮系实现共轴双旋翼输出，同时通过锥齿轮副及人字齿轮副实现尾传输出进而驱动尾推机构。通过换向锥齿轮副实现第一级减速。通过并车级锥齿轮副实现第二级减速并车。第一级换向从动锥齿轮与第二级并车主动锥齿轮通过弹性轴进行联接。第三级通过封闭差动级行星轮系同时实现两级齿圈的功率输出及内旋翼轴组件的功率输出，两级齿圈的功率由外旋翼轴组件输出；
2.本方案采用封闭差动行星轮系实现共轴双旋翼输出，结构简单、零部件数量较少，可靠性高，体积较小，齿轮线速度低，质量轻。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明产品的结构示意图。
附图标号说明：
100.输入法兰盘；200.换向锥齿轮副；220.换向主动锥齿轮；240.换向从动锥齿轮；260.离合器组件；300.弹性轴；400.并车齿轮副；420.并车主动锥齿轮；440.并车大锥齿轮；500.封闭级行星轮系；520.封闭级太阳轮；540.双联大齿轮；560.双联小齿轮；580.封闭级齿圈；600.差动级行星轮系；620.差动级太阳轮；640.差动级行星轮；660.差动级齿圈；700.内旋翼轴组件；800.外旋翼轴组件；900.尾输出齿轮副；920.尾传双联齿轮；940.尾传输出齿轮；1000.尾传法兰盘。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
作为一个具体实施例，如图1所示，一种共轴双旋翼直升机主减速器，包括：左/右输入换向锥齿轮副200、并车锥齿轮副400、封闭级行星轮系500、差动级行星轮系600以及尾输出齿轮副900。
其中，每一换向锥齿轮副200包括换向主动锥齿轮220和换向从动锥齿轮240，换向主动锥齿轮220和换向从动锥齿轮240的传动比大于1。换向从动锥齿轮240设有内置离合器组件260。换向主动锥齿轮220与输入法兰盘100连接。在该实施例中，换向锥齿轮副200能够通过输入法兰盘100与引擎或其他动力源连接，将旋转动力进行转换，实现第一级减速，以适用于本方案。
并车锥齿轮副包括并车主动锥齿轮420和并车大锥齿轮440，其中左/右两个并车主动锥齿轮420与换向从动锥齿轮240内置的离合器组件260通过弹性轴300相联，并车主动锥齿轮420和并车大锥齿轮440的传动比大于1。在该实施例中，并车主动锥齿轮420与并车大锥齿轮440啮合，并车大锥齿轮440由并车主动锥齿轮420驱动，实现第二级减速并车。
在该实施例的封闭级行星轮系500中封闭级太阳轮520与并车大锥齿轮440通过内外花键副固定联接，封闭级太阳轮520与双联大齿轮540啮合，双联大齿轮540与双联小齿轮560通过花键副联接，双联小齿轮560驱动封闭级齿圈580转动，封闭级齿圈580通过锥形盘(图中未示出)间接驱动外旋翼轴组件800转动，进而带动外旋翼轴(图中未示出)转动。在该实施例中，并车大锥齿轮440通过内外花键副驱动封闭级太阳轮520与其同轴转动，封闭级太阳轮520则通过双联大齿轮540与双联小齿轮560间接驱动封闭级齿圈580与其同轴反向转动，此时封闭级齿圈580则优选地通过锥形盘间接驱动外旋翼轴与其同向转动。
在该实施例的差动级行星轮系600中，差动太阳轮620与并车大锥齿轮440通过内外花键副浮动联接，差动级太阳轮620与差动级行星轮640啮合，由差动级行星轮640同时带动差动齿圈660及内旋翼轴组件700运动，进而而带动内旋翼轴(图中未示出)转动。差动齿圈660与外旋翼轴通过花键副联接，差动齿圈660与封闭级齿圈580共同驱动外旋翼轴880转动。内外旋翼轴转速相同，方向相反。在该实施例中，并车大锥齿轮440驱动差动太阳轮620同轴转动，差动齿圈660与外旋翼轴通过花键副联接而随其转动，差动太阳轮620则能够驱动差动级行星轮640绕其周向运动，差动级行星轮640的齿轮架随之转动，该齿轮架与内旋翼轴连接，驱动内旋翼轴转动。
该实施例中的尾输出齿轮副900包括尾传双联齿轮920及尾传输出齿轮940。尾传双联齿轮与尾传输出齿轮传动比大于1。在该实施例中，尾传双联齿轮920的锥齿轮部与并车大锥齿轮440啮合，当并车大锥齿轮440转动时，能够驱动尾传双联齿轮920，尾传双联齿轮920进而驱动尾传输出齿轮940，驱动尾部推进螺旋桨。
至此，本领域的普通技术人员可以明白，本方案中的封闭级行星轮系500和差动级行星轮系600的设置实际上是本方案的关键发明点所在。本方案通过设置封闭级行星轮系500，能够实现外旋翼轴与并车大锥齿轮440的反向转动，而设置差动级行星轮系600，则实现了内旋翼轴与并车大锥齿轮440的同向转动，从而使外旋翼轴和内旋翼轴反向转动，实现了共轴双旋翼输出。同时通过设置尾输出齿轮副900，实现尾传输出进而驱动尾推机构。本方案通过换向锥齿轮副200实现第一级减速。通过并车齿轮副400实现第二级减速并车。第一级换向从动锥齿轮240与第二级并车主动锥齿轮420通过弹性轴300进行联接。第三级通过封闭级行星轮系500和差动及行星轮系600同时实现两级齿圈的功率输出及内旋翼轴组件700的功率输出，两级齿圈580、660的功率由外旋翼轴组件800输出。本方案采用封闭差动行星轮系实现共轴双旋翼输出，结构简单、零部件数量较少，可靠性高，体积较小，齿轮线速度低，质量轻。
在另一个实施例中，如图1所示，换向从动锥齿轮240内置的离合器组件与弹性轴300通过内花键与外花键配合连接，左/右并车主动锥齿轮420与弹性轴300通过内花键与外花键配合连接，并车大锥齿轮440与封闭级太阳轮520通过内花键与外花键配合连接，封闭级行星轮系500中双联大齿轮540与双联小齿轮560通过内花键与外花键配合连接，封闭级齿圈580与锥形盘通过内花键与外花键配合连接，锥形盘与外旋翼轴通过内花键与外花键配合连接，并车大锥齿轮440与差动级太阳轮620通过内花键与外花键配合连接，差动级齿圈660与外旋翼轴通过内花键与外花键配合连接。在该实施例中，各部件之间通过内花键与外花键配合连接，花键联接受力较为均匀，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少。且花键齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷，轴上零件与轴的对中性好，能够满足高精度的要求，且导向性好。
在该实施例中，尾输出齿轮副900中的尾传双联齿轮920为带人字齿的锥齿轮，尾传输出齿轮940为人字齿圆柱齿轮。该实施例中采用人字齿，人字齿轮重合度高，轴向载荷小，承载能力高，工作平稳。
本方案还涉及一种直升机，装设有上述的一种共轴双旋翼直升机主减速器。本方案的直升机采用上下共轴反转的两组旋翼用来平衡旋翼扭矩，不需尾桨，结构紧凑，外形尺寸小，通过锥齿轮副及人字齿轮副实现尾传输出进而驱动尾推机构，前进推力足。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，包括：
至少两对输入换向锥齿轮副，用于输入动力；
并车锥齿轮副，其主动轮轴与所述输入换向锥齿轮副的从动轮轴连接；
封闭级行星轮系，其太阳轮与所述并车锥齿轮副的从动轮连接；
外旋翼轴，其与所述封闭级行星轮系的齿圈连接，所述外旋翼轴由所述封闭级行星轮系的齿圈直接或间接驱动；
差动级行星轮系，其太阳轮与所述并车锥齿轮副的从动轮连接，其齿圈与所述外旋翼轴连接；
内旋翼轴，其与所述差动级行星轮系的行星架直接或间接连接，由所述差动级行星轮系的行星架驱动旋转；
尾输出齿轮副，其主动轮由所述并车锥齿轮副的从动轮驱动。
2.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述封闭级行星轮系包括：
封闭级太阳轮，其为所述封闭级行星轮系的太阳轮；
若干双联大齿轮，其沿所述封闭级太阳轮周向设置，且与所述封闭级太阳轮啮合；
若干双联小齿轮，与所述双联大齿轮对应设置，且通过花键副与所述双联大齿轮联接；
封闭级齿圈，为所述封闭级行星轮系的齿圈，套设在若干所述双联小齿轮外部，由所述双联小齿轮驱动转动，且所述封闭级齿圈通过一锥形盘间接驱动所述外旋翼轴。
3.根据权利要求2所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述差动级行星轮系包括：
差动太阳轮，其为所述差动级行星轮系的太阳轮；
若干差动级行星轮，沿所述差动级太阳轮周向设置，且与所述差动级太阳轮啮合；
差动齿圈，其为所述差动级行星轮系的齿圈，套设在若干所述差动级行星轮外部，且与若干所述差动级行星轮啮合。
4.根据权利要求3所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述输入换向锥齿轮副包括：换向主动锥齿轮和换向从动锥齿轮，所述换向主动锥齿轮和换向从动锥齿轮的传动比大于1。
5.根据权利要求4所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述主动锥齿轮与输入法兰盘连接。
6.根据权利要求5所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述换向从动锥齿轮设有内置离合器组件。
7.根据权利要求6所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述并车锥齿轮副包括：并车主动锥齿轮和并车大锥齿轮，所述并车主动锥齿轮与所述离合器组件通过弹性轴相联，所述并车主动锥齿轮和并车大锥齿轮的传动比大于1。
8.根据权利要求7所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述尾输出齿轮副包括相互啮合的尾传双联齿轮和尾传输出齿轮，所述尾传双联齿轮与尾传输出齿轮传动比大于1。
9.根据权利要求8所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述尾传双联齿轮为带人字齿的锥齿轮，所述尾传输出齿轮为人字齿圆柱齿轮。
10.根据权利要求9所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器，其特征在于，所述离合器组件与所述弹性轴通过内花键与外花键配合连接；所述并车主动锥齿轮与所述弹性轴通过内花键与外花键配合连接；所述并车大锥齿轮与所述封闭级太阳轮通过内花键与外花键配合连接；所述双联大齿轮与所述双联小齿轮通过内花键与外花键配合连接；所述封闭级齿圈与所述锥形盘通过内花键与外花键配合连接；所述锥形盘与所述外旋翼轴通过内花键与外花键配合连接；所述并车大锥齿轮与所述差动级太阳轮通过内花键与外花键配合连接；所述差动级齿圈与所述外旋翼轴通过内花键与外花键配合连接。
11.一种直升机，其特征在于，装设有根据权利要求1-10任一所述的一种共轴双旋翼直升机主减速器。
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