CN113294512B - 一种采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构，包括：中央传动组件，所述中央传动组件包括高压压气机转子、通过锁紧结构安装在高压压气机转子上的面齿轮轴、用于支撑面齿轮轴的面齿轮轴支撑轴承，所述面齿轮轴支撑轴承安装在中央传动壳体上；以及第一附件齿轮箱组件和第二附件齿轮箱组件，所述第一附件齿轮箱组件和第二附件齿轮箱组件均包括附件齿轮箱、与附件齿轮箱连接的中央传动杆、通过锁紧结构与中央传动杆连接的从动直齿圆柱齿轮轴和用于支撑从动直齿圆柱齿轮轴的齿轮轴支撑轴承一与齿轮轴支撑轴承二，其中，所述面齿轮轴分别与第一从动直齿圆柱齿轮轴和第二从动直齿圆柱齿轮轴啮合。

Description

一种采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构

技术领域

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构。

背景技术

中央传动是航空发动机的重要组成部件，主要功能是在航空发动机高压转子与附件齿轮箱之间传递功率和扭矩。在航空发动机起动状态，通过中央传动组件将扭矩传输给高压转子，完成发动机的起动；在发动机工作状态，中央传动组件从高压转子提取功率，并将动力传递至附件齿轮箱，为附件齿轮箱上各附件提供动力。中央传动位于航空发动机轴承腔内，其结构形式和尺寸受轴承腔结构限制，工作时间与发动机工作时间相同，中央传动的性能直接影响发动机的使用性能和寿命。

现有技术当中，附件机匣齿轮轴与中央传动齿轮轴通常采用一对相互啮合的弧齿锥齿轮，附件机齿轮轴通过中央传动杆在航空发动机高压转子和附件齿轮箱之间传递功率和扭矩。

随着航空发动机对传动系统的功率提取越来越高，同时要求传动系统体积更小，可靠性和维护性更好，现有的弧齿锥齿轮传动结构难以在有限的空间内和严苛的性能指标要求下满足更大的功率提取需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构，包括：

中央传动组件，所述中央传动组件包括高压压气机转子、通过锁紧结构安装在高压压气机转子上的面齿轮轴、用于支撑面齿轮轴的面齿轮轴支撑轴承，所述面齿轮轴支撑轴承安装在中央传动壳体上；以及

第一附件齿轮箱组件和第二附件齿轮箱组件，所述第一附件齿轮箱组件包括第一附件齿轮箱、与第一附件齿轮箱连接的第一中央传动杆、通过锁紧结构与第一中央传动杆连接的第一从动直齿圆柱齿轮轴和用于支撑第一从动直齿圆柱齿轮轴的第一齿轮轴支撑轴承一与第一齿轮轴支撑轴承二，所述第二附件齿轮箱组件包括第二附件齿轮箱、与第二附件齿轮箱连接的第一中央传动杆、通过锁紧结构与第二中央传动杆连接的第二从动直齿圆柱齿轮轴和用于支撑第二从动直齿圆柱齿轮轴的第一齿轮轴支撑轴承一与第一齿轮轴支撑轴承二；

其中，所述面齿轮轴分别与第一从动直齿圆柱齿轮轴和第二从动直齿圆柱齿轮轴啮合。

在本申请一实施方式中，所述第一附件齿轮箱组件和第二附件齿轮箱组件传递的负载不同。

在上述实施方式中，第一从动直齿圆柱齿轮轴中的齿数和第二从动直齿圆柱齿轮轴中的齿数不同。

在上述实施方式中，所述第一附件齿轮箱组件的轴线和第二附件齿轮箱组件的轴线在周向上共线。

在上述实施方式中，所述第一附件齿轮箱组件的轴线和第二附件齿轮箱组件的轴线在周向上不共线。

在本申请一实施方式中，所述第一齿轮轴支撑轴承一、第一齿轮轴支撑轴承二、第二齿轮轴支撑轴承一、第二齿轮轴支撑轴承二均为棒轴承。

在本申请一实施方式中，所述面齿轮轴支撑轴承为球轴承。

本申请所提供的航空发动机中央传动结构可以减小传动链的设计难度，缩小中央传动的占用空间，减少传动轴的级数、降低结构冗余，提高附件传动系统的可靠性和维护性，缩短排故周期和降低修理成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的航空发动机中央传动结构示意图。

图2至图4为本申请实施例中的附件齿轮分布示意图。

附图标记：

11-第一附件齿轮箱

12-第一中央传动杆

13-第一齿轮轴支撑轴承一

14-第一齿轮轴支撑轴承二

15-第一从动直齿圆柱齿轮轴

21-第二附件齿轮箱

22-第二中央传动杆

23-第二齿轮轴支撑轴承一

24-第二齿轮轴支撑轴承二

25-第二从动直齿圆柱齿轮轴

31-面齿轮轴

32-中央传动壳体

33-面齿轮轴支撑轴承

34-高压压气机转子

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了克服现有航空发动机的中央传动所具有的如下缺点：

1)中央传动只有一个输出接口，从动锥齿轮的输出转速需要同时兼顾附件齿轮箱中的增速和减速传动链，传动链设计难度较大，当附件转速较输入轴转速差距较大时，受单级传动的传动比(圆柱齿轮的传动比一般不超过2)限制，需要堕轮进行过渡，而增加的墮轮提高了传动轴的级数和结构冗余；

2)附件齿轮从中央传动提取的功率增大时，齿轮副的尺寸也相应增大，体积增加，工作可靠性降低；

3)附件齿轮箱内同时包含高速重载传动链和低速轻载传动链，工作过程中，重载侧齿轮工作条件恶劣，易发生齿面擦伤、滑油金属超标等故障，需要对附件齿轮箱进行拆卸和分解检查，此时，轻载侧齿轮轴也要随重载侧齿轮轴一起返厂分解检查，修理周期长、维护性差，且反复拆装容易造成轻载侧零组件不必要的损伤；

本申请提出了一种采用面齿轮功率分流的航空发动机中央传动结构，以使航空发动机能够实现传递更高功率、体积更小、可靠性和维护性更好。

本申请的采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构用于实现高压转子和两个或多个附件齿轮箱之间的功率和扭矩传递。

如图1所示，本实施例中以单输入、双输出为例进行详述。

本申请的航空发动机中央传动结构包括：中央传动组件、第一附件齿轮箱组件和第二附件齿轮箱组件。

中央传动组件包括高压压气机转子34、面齿轮轴31、面齿轮轴支撑轴承33及中央壳体32，面齿轮轴31通过锁紧结构安装在高压转子34上，并通过面齿轮轴支撑轴承32进行支承，面齿轮轴支撑轴承32安装在中央传动壳体32的安装座上。

第一附件齿轮箱组件包括第一附件齿轮箱11、第一中央传动杆12、第一从动直齿圆柱齿轮轴15及第一齿轮轴支撑轴承一13、第一齿轮轴支撑轴承二14。第一中央传动杆12自第一附件齿轮箱11内伸出，且与第一从动直齿圆柱齿轮轴15相锁紧，第一从动直齿圆柱齿轮轴15与面齿轮轴31啮合，并被第一齿轮轴支撑轴承一13、第一齿轮轴支撑轴承二14支撑安装在中央传动壳体34上，第一直齿圆柱齿轮轴15通过第一中央传动杆12在高压转子34和第一附件齿轮箱11之间传递功率和扭矩。

第二附件齿轮箱组件包括第二附件齿轮箱21、第二中央传动杆22、第二从动直齿圆柱齿轮轴25及第二齿轮轴支撑轴承一23、第二齿轮轴支撑轴承二24。第二中央传动杆22自第二附件齿轮箱21内伸出，且与第二从动直齿圆柱齿轮轴25相锁紧，第二从动直齿圆柱齿轮轴15与面齿轮轴31啮合，并被第二齿轮轴支撑轴承一23、第二齿轮轴支撑轴承二24支撑安装在中央传动壳体34上，第二直齿圆柱齿轮轴25通过第二中央传动杆22在高压转子34和第二附件齿轮箱21之间传递功率和扭矩。

本申请所提供的采用面齿轮功率分流传动的中央传动结构可以减小传动轴的级数、降低传动链设计难度和结构冗余，提高附件传动系统的可靠性和维护性，满足航空发动机不断提升的功能、性能要求。

在本申请的一些优选实施例中，与面齿轮轴31啮合的第一从动直齿圆柱齿轮轴15和第二从动直齿圆柱齿轮轴25的轴线可以共线，也可以不共线，在不共线时，即第一从动直齿圆柱齿轮轴15和第二从动直齿圆柱齿轮轴25在不同的周向位置(基于图1中A向所示)，如图2和图3所示。

此外，在上述单输入、双输出的实施例中，第一附件齿轮箱11可为高速重载附件齿轮箱，而第一附件齿轮箱12为低速轻载附件齿轮箱，两者具有不同的负载。

在该实施例下，第一附件齿轮箱组件中第一从动直齿圆柱齿轮轴15的齿数与第二附件齿轮箱组件中第二从动直齿圆柱齿轮轴25的齿数不相同。即高速重载附件齿轮箱所对应的第一从动直齿圆柱齿轮15为小齿数，以增大啮合的传动比，进而增大输出转速，用以驱动第一附件齿轮箱11，而低速轻载附件齿轮箱所对应的第二从动直齿圆柱齿25为多齿数，以减小啮合的传动比，进而降低输出转速，用以驱动第二附件齿轮箱21。

需要说明的是，本申请的航空发动机中央传动结构中所包含的附件齿轮箱组件数量还可以为多个，例如3个或4个，但不宜太多。当附件齿轮箱组件的数量为多个时，其依旧可以参考上述具有两个附件齿轮箱组件的实施例，即附件齿轮箱组件的负载情况和在周向上的设置情况(参见图4所示)，本处不在赘述。

本申请所提供的航空发动机中央传动结构的工作过程如下：

1)面齿轮轴31在不同角向位置分别与第一从动直齿圆柱齿轮15、第二从动直齿圆柱齿轮25啮合，将中央传动的输出接口分为两路。

通过面齿轮功率分流的形式将常用的单一附件传动链分为高速重载和低速轻载两条传动链，可以有效的减少和避免使用堕轮，降低传动链结构冗余和设计难度、减少传动轴的级数，缩小附件齿轮箱的占用空间。

2)采用单输入、双输出(或多输出)的面齿轮功率分流传动，传动结构由常用的一对弧齿锥齿轮传递的功率变为由两个从动直齿圆柱齿轮轴分别传递，因此在满足同样强度裕度储备的前提下，单个从动齿轮轴的尺寸、占用空间可以大幅度减小，工作稳定性和可靠性显著提高。

3)与常用的单一中央传动输出和单一传动链设计的方式不同，通过中央传动的功率分流双输出将高速重载传动链和低速轻载传动链分别布置在第一附件齿轮箱11和第二附件齿轮箱21中，当易发故障的高速重载侧齿轮发生齿面擦伤、滑油金属超标等故障时，只需要对相应的附件齿轮箱返厂和分解检查即可，不影响另一附件齿轮箱的正常使用，从而可以有效的缩短附件齿轮箱的修理周期，提高附件齿轮箱的维护性，避免了对故障发生率较低附件传动链的反复拆装检查和损伤。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构，其特征在于，包括：

中央传动组件，所述中央传动组件包括高压压气机转子（34）、通过锁紧结构安装在高压压气机转子（34）上的面齿轮轴（31）、用于支撑面齿轮轴（31）的面齿轮轴支撑轴承（33），所述面齿轮轴支撑轴承（33）安装在中央传动壳体（32）上；以及

第一附件齿轮箱组件和第二附件齿轮箱组件，所述第一附件齿轮箱组件包括第一附件齿轮箱（11）、与第一附件齿轮箱（11）连接的第一中央传动杆（12）、通过锁紧结构与第一中央传动杆（12）连接的第一从动直齿圆柱齿轮轴（15）和用于支撑第一从动直齿圆柱齿轮轴（15）的第一齿轮轴支撑轴承一（13）与第一齿轮轴支撑轴承二（14），所述第二附件齿轮箱组件包括第二附件齿轮箱（21）、与第二附件齿轮箱（21）连接的第一中央传动杆（22）、通过锁紧结构与第二中央传动杆（22）连接的第二从动直齿圆柱齿轮轴（25）和用于支撑第二从动直齿圆柱齿轮轴（25）的第一齿轮轴支撑轴承一（23）与第一齿轮轴支撑轴承二（24）；

其中，所述面齿轮轴（31）分别与第一从动直齿圆柱齿轮轴（15）和第二从动直齿圆柱齿轮轴（25）啮合，当所述第一附件齿轮箱组件和第二附件齿轮箱组件传递的负载不同时，所述第一从动直齿圆柱齿轮轴（15）中的齿数和第二从动直齿圆柱齿轮轴（25）中的齿数不同。

2.如权利要求1所述的采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构，其特征在于，所述第一附件齿轮箱组件的轴线和第二附件齿轮箱组件的轴线在周向上共线。

3.如权利要求1所述的采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构，其特征在于，所述第一附件齿轮箱组件的轴线和第二附件齿轮箱组件的轴线在周向上不共线。

4.如权利要求1所述的采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构，其特征在于，所述第一齿轮轴支撑轴承一、第一齿轮轴支撑轴承二、第二齿轮轴支撑轴承一、第二齿轮轴支撑轴承二均为棒轴承。

5.如权利要求1所述的采用面齿轮进行功率分流的航空发动机中央传动结构，其特征在于，所述面齿轮轴支撑轴承（33）为球轴承。

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