CN111433492A - 行星齿轮系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种行星齿轮系(1)，该行星齿轮系包括第一行星齿轮(2)、第二行星齿轮(3)、与第一行星齿轮(2)和第二行星齿轮(3)相接合的多个行星齿轮(4)，每个行星齿轮(4)被安装成围绕轴(5)枢转，支撑每个轴(5)的行星齿轮架(6)，其特征在于，每个轴(5)沿轴线(B)延伸并且包括：安装在行星齿轮架(6)上的径向内部圆柱形部分(18)；径向外部圆柱形部分(19)，行星齿轮(4)围绕该径向外部圆柱形部分(19)被安装以用于枢转；以及从径向外部圆柱形部分(19)径向延伸的端板(20)，端板(20)的径向外周边被安装在行星齿轮架(6)上，径向外部圆柱形部分(19)和径向内部圆柱形部分(18)通过径向延伸的连接区域(24)而彼此连接。

Description

行星齿轮系

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的行星齿轮系，例如飞行器涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的行星齿轮系。

背景技术

在涡轮喷气发动机的情况下，行星齿轮系特别地使得可以将鼓风机和与压气机和/或涡轮机的转子一体的轴联接。由此，能够使鼓风机的转速与涡轮机转子的转速不同。

行星齿轮系还可以用于将涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨联接到轴，该轴联接到涡轮机的转子，使得可以根据需要调节螺旋桨的转速。

具体从文献US 9038779中已知这种行星齿轮系在涡轮发动机中的用途。在该文献中，行星齿轮系包括内行星齿轮、外行星齿轮、与内行星齿轮和外行星齿轮啮合的小齿轮，每个小齿轮绕轴枢转地安装，以及支撑每个轴的小齿轮架。

在运行过程中，高扭矩被传输通过行星齿轮系，该行星齿轮系可以使小齿轮架变形并且产生小齿轮相对于内恒星齿轮和外恒星齿轮的未对准，从而导致齿的啮合和磨损的性能下降。为了避免运行小齿轮的未对准，文献WO 2014/046960提出在小齿轮之间布置垫片，以便吸收力并且确保恒星齿轮轴保持平行于内行星齿轮和外行星齿轮的轴线。

使用额外的垫片增加了行星齿轮系的复杂性、成本和质量。

发明内容

本发明旨在以一种可靠且廉价的方式补救此类缺点。

为此目的，本发明涉及一种行星齿轮系，该行星齿轮系包括：

-第一恒星齿轮，

-第二恒星齿轮，

-与第一恒星齿轮和第二恒星齿轮啮合的小齿轮，每个小齿轮围绕轴枢转地安装，

-支撑每个轴的小齿轮架，其特征在于，每个轴沿轴线延伸并且包括：安装在小齿轮架上的径向内部圆柱形部分；径向外部圆柱形部分，小齿轮围绕该径向外部圆柱形部分被枢转地安装；以及从径向外部圆柱形部分径向延伸的凸缘，凸缘的径向外周边被安装在该小齿轮架上，径向外部圆柱形部分和径向内部圆柱形部分通过径向延伸的连接区域而彼此连接。

以此方式，在径向内部圆柱形部分与径向外部圆柱形部分之间存在环形空间。这样的结构允许轴在凸缘、圆柱形部分或连接区域处的受控变形，以补偿小齿轮行星架的变形。以此方式，保持了小齿轮与行星齿轮之间的良好啮合性能，同时避免了齿的过早磨损。

小齿轮架可以具有第一径向延伸的环形第一凸缘和第二径向延伸的环形第二凸缘，第一和第二凸缘彼此轴向偏移并且通过多个轴向延伸的连接部件而彼此连接。

每个轴的凸缘可被安装在小齿轮行星架的第一侧面上，每个轴的径向内部圆柱形部分被安装在小齿轮行星架的第二侧面上。

第一恒星齿轮可以径向地位于小齿轮的内部，第二行星齿轮径向地位于小齿轮的外部。

第一行星齿轮、第二行星齿轮以及这些恒星齿轮可以各自具有彼此轴向偏移的第一环形齿和第二环形齿，每个恒星齿轮的第一齿与第一行星齿轮的第一齿相啮合并且与第二行星齿轮的第一齿相啮合，每个恒星齿轮的第二齿与第一行星齿轮的第二齿相啮合并且与第二行星齿轮的第二齿相啮合。

外行星齿轮可以具有带有第一齿的第一环以及带有第二齿的第二环。

行星架可以由与这些轴相同的材料或由两种不同的材料制成。

行星架和轴例如由钢或钛制成。

行星齿轮系可以具有盖，其中小齿轮架、这些小齿轮以及这些轴被至少部分地容纳在该盖中。

盖可包括界定所述体积的第一环形部分和第二环形部分。

内恒星齿轮和外恒星齿轮旨在旋转并且小齿轮架和轴旨在于运行过程中保持静止。

内部行星齿轮也可被称为恒星齿轮。外部行星齿轮也被称为冠状齿轮。

径向内部圆柱形部分和径向外部圆柱形部分可以是管状的，径向内部圆柱形部分的厚度小于径向外部圆柱形部分的厚度。

以kc为小齿轮架的刚度常数并且以kp为每个轴的刚度常数，小齿轮架和这些轴的刚度常数可以被定制成使得0.5kc<kp<2kc。下面给出刚度常数的定义。

本发明还涉及一种具有上述类型的行星齿轮系的涡轮发动机，如飞行器涡轮发动机或涡轮螺旋桨发动机。

当参考附图阅读作为非限制性示例给出的以下说明时，将更好地理解本发明并且本发明的其他细节、特征和优点将显现。

附图说明

-图1是根据本发明的一个实施方式的行星齿轮系的爆炸透视图；

-图2是行星齿轮系的轴向截面视图；

-图3是图2的部分的详细视图；

-图4是小齿轮轴的透视图；

-图5示意性地示出了当在第一侧的开口的边缘处施加力fc时小齿轮架的第一侧的变形；

-图6示意性示出了当力fp施加到轴时轴的变形dp。

具体实施方式

图1至图4示出了根据本发明的一个实施方式的行星齿轮系1。这包括内行星齿轮2或恒星齿轮、外恒星齿轮3或环形齿轮、可旋转地安装在轴5上的小齿轮4以及小齿轮架6，小齿轮6的轴5安装在小齿轮架6上。行星齿轮系1还具有盖7或环形齿轮架。

内部行星齿轮2是具有轴线A的环形，并且内部行星齿轮2具有第一环形并且径向在外的、轴向偏移的第一齿9a以及第二环形并且径向在外的齿9b。

每个小齿轮4是环形的并且具有径向内部圆柱形表面10。每个小齿轮4还包括彼此轴向偏移的第一齿11a和第二齿11b，这些齿对应地与内恒星齿轮2的第一齿9a和第二齿9b相啮合。

小齿轮架6具有彼此轴向偏移并且通过轴向延伸的连接部件14连接的第一环形侧面12和第二环形侧面13。第一侧面12具有B轴线的圆形开口15。第二侧面13具有轴线B的孔16，该孔与第一侧面的圆形开口15轴向相对地定位。连杆部分14界定用于安装小齿轮4的槽17。所述壳体17径向向外敞开，以便允许小齿轮4在小齿轮行星架6的所述壳体17中的径向安装。

每个轴5沿着对应的轴线B延伸并且包括径向内部圆柱形部分18、径向外部圆柱形部分19，小齿轮4围绕该径向外部圆柱形部分枢转地安装，以及从径向外部圆柱形部分19径向延伸的凸缘20。凸缘20的径向外周边具有圆柱形凸缘20a，其一端，称为前端，通过径向凸缘20b延伸，使得其具有大致L形截面。圆柱形凸缘20a的外表面无游隙或小游隙地安装在小齿轮架6的第一凸缘12的开口15中。径向凸缘20b轴向地支撑在第一侧面12的径向前表面上。

所述内部圆柱形部分18更具体地具有第一区域21或前部区域，该第一区域或前部区域具有比第二区域22或后部区域更小的直径。后部区域22在小齿轮行星架6的第二侧13的孔16中无游隙或小游隙地安装。第二区域22在其径向外表面上具有环形凹槽23。

所述第二区域22的外径表示为d0。第一区域21的厚度，即第一区域21的内表面与外表面之间的径向距离表示为e0。第一区域21的外径表示为d3。第一区域21的尺寸被限定为在第一区域21中提供柔性。

径向外部圆柱形部分19的外径表示为d1。径向外部圆柱形部分19的厚度，即外表面与内表面之间的径向距离表示为e1。

凸缘的径向环形部件20的宽度，即所述径向环形部件20的轴向尺寸表示为l2。凸缘20a的外径表示为d4。宽度l2被限定为在凸缘20处提供柔性。

外径向圆柱形部分19和内径向圆柱形部分18通过径向延伸的环形连接区域24而彼此连接。特别地，连接区域24连接内部圆柱形部分18和外部圆柱形部分19的中间区域的一端，特别是前端。在径向内部圆柱形部分18与径向外部圆柱形部分19之间形成有环状空间25。连接区域24的最小宽度，即距连接区域24的最小轴向距离表示为13。

尺寸d0、d1、d3和d4被限定成使得d3<d0<d1<d4。此外，尺寸e0和e1被限定为使得e0≤e1。

轴5和小齿轮架6例如由钢或钛制成。

图5示意性示出了当在开口15的边缘处施加力fc并且第二侧面13被限定为固定时小齿轮架6的第一侧面12的变形dc。对于n个开口12，施加到每个开口12的力的值等于fc/n，这些力均匀地分布在不同的开口12上。该作用力fc导致每个开口12的位移dc。在所述移位之后，开口12以虚线示出。小齿轮架6的刚度常数kc由等式kc＝fc/dc限定。

图6示意性地示出了当力fp被施加到轴上并且凸缘20的外周边和内部部件18的第二区域22被认为是固定时轴5的变形dp。凸缘20和内部部件18的第一区域21被示出为弹簧，由于弹簧的柔性或柔软性。虚线部分示出了变形后的所述部件。轴5的刚度常数kp由等式kp＝fp/dp限定。

已经计算出，小齿轮架6和轴5的不同部分的刚度常数应定制为使得0.5kc<kp<2kc，使得轴5的未对准被认为是可接受的。

外行星齿轮3包括彼此轴向偏移的第一环26和第二环27。如在图3中可以更好地看到，每个环26、27具有带有径向内齿26b、27b的径向内部环形部分26a、27a。第一环26承载与每个小齿轮4的第一齿11a相啮合的第一齿26a。第二环27承载与每个小齿轮4的第二齿11b相啮合的第二齿27b。每个环26、27还具有径向延伸的径向外侧凸缘26c、27c。最后，每个环26、27具有连接外侧凸缘26c、27c和内侧环形部件26a、27a的倾斜连接壁26d、27d。第一环26的连接壁26d朝向第二环27变宽。第二环27的连接壁27d朝向第一环26变宽。第一环26的凸缘26c的径向内周边具有环形对中凸缘28，该环形对中凸缘28接合在第二环27的凸缘27c的相应形状的凹部29中。两个凸缘26c、27c轴向地支撑在彼此上。盖7附接到第一和第二环26、27的凸缘26c、27c。盖7包括第一部件30或前部和第二部件31或后部，每个部件30、31在径向外周边上具有径向环形凸缘30a、31a。盖7的部件30、31的凸缘30a、31a轴向地固定在例如通过焊接或螺栓连接的衬套的凸缘26c、27c的两侧上。盖7的第一部件30和第二部件31界定环形内部体积壳体，至少部分地界定小齿轮4、轴5和小齿轮架6环形内部体积壳体。

在运行中，根据本发明的行星齿轮系1可以传输高扭矩，该高扭矩可以具有使小齿轮架6略微变形的效果，特别是在第二侧面13处。轴5的结构允许它们在凸缘20、圆柱形部分18、19或连接区域24处变形，以便补偿小齿轮架6的变形。以此方式，维持了小齿轮4与行星齿轮2、3之间的良好的啮合性能，同时避免了齿9a、9b、11a、11b、27a、27b的过早磨损。

Claims (8)

1.行星齿轮系(1)，包括：

-第一行星齿轮(2)，

-第二行星齿轮(3)，

-与第一行星齿轮(2)和第二行星齿轮(3)啮合的小齿轮(4)，每个小齿轮(4)围绕轴(5)枢转地安装，

-支撑每个轴(5)的小齿轮架(6)，其特征在于，每个轴(5)沿轴线延伸并且包括：安装在小齿轮架(6)上的径向内部圆柱形部分(18)；径向外部圆柱形部分(19)，小齿轮(4)围绕该径向外部圆柱形部分(19)被枢转地安装；以及从径向外部圆柱形部分(19)径向延伸的凸缘(20)，凸缘(20)的径向外周边被安装在小齿轮架(6)上，径向外部圆柱形部分(19)和径向内部圆柱形部分(18)通过径向延伸的连接区域(24)而彼此连接。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮系(1)，其特征在于，小齿轮架(6)具有第一径向延伸的环形凸缘(12)和第二径向延伸的环形凸缘(13)，该第一和第二凸缘(12、13)彼此轴向偏移并且通过多个轴向延伸的连接部件(14)而彼此连接。

3.根据权利要求2所述的行星齿轮系(1)，其特征在于，每个轴(5)的凸缘(20)被安装在小齿轮架(6)的第一侧面(12)上，每个轴(5)的径向内部圆柱形部分(18)被安装在小齿轮架(6)的第二侧面(13)上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的行星齿轮系(1)，其特征在于，第一行星齿轮(2)径向地位于小齿轮(4)的内部，第二行星齿轮(3)径向地位于小齿轮(4)的外部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的行星齿轮系(1)，其特征在于，第一行星齿轮(2)、第二行星齿轮(3)和多个小齿轮(4)各自具有第一环形齿(9a、11a、27a)以及第二环形齿(9b、11b、27b)，第一环形齿(9a、11a、27a)以及第二环形齿(9b、11b、27b)彼此轴向偏移，每个小齿轮(4)的第一齿(11a)与第一行星齿轮(2)的第一齿(9a)相啮合并且与第二行星齿轮(3)的第一齿(27a)相啮合，每个小齿轮(4)的第二齿(11b)与第一行星齿轮(2)的第二齿(9b)相啮合并且与第二行星齿轮(3)的第二齿(27b)相啮合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的行星齿轮系(1)，其特征在于，小齿轮架(6)是由与这些轴(5)相同的材料制成的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的行星齿轮系(1)，其特征在于，径向内部圆柱形部分(18)和径向外部圆柱形部分(19)是管状的，径向内部圆柱形部分(18)的厚度(e0)小于径向外部圆柱形部分(19)的厚度(e1)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的行星齿轮系(1)，其特征在于，小齿轮架(6)的刚度常数kc或每个轴的刚度常数kp，小齿轮架(6)和这些轴(5)的刚度常数被定制成使得0.5kc<kp<2kc。

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