CN113864404A - 行星齿轮传动箱和星型齿轮传动箱 - Google Patents

行星齿轮传动箱和星型齿轮传动箱 Download PDF

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刘晓凡
郑晖
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    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion

Abstract

本发明提供一种行星齿轮传动箱和星型齿轮传动箱，包括输入轴、太阳轮、至少四个行星轮、行星架、内齿圈、输出轴，所述输入轴和所述太阳轮传动连接，所述至少四个行星轮分别可转动地装在所述行星架上并分别与所述太阳轮啮合，所述内齿圈与所述至少四个行星轮分别啮合，所述行星架与所述内齿圈的其中一个与所述输出轴传动连接，另一个设置为静子件，所述至少四个行星轮中至少三个由滚动轴承支撑，其余的由滑动轴承支撑。该行星齿轮传动箱和星型齿轮传动箱同时采用滚动轴承及滑动轴承两种支撑方式，以实现各行星轮载荷的均匀分配，可以省去一套花键连接结构和一套辅助供油系统。

Description

行星齿轮传动箱和星型齿轮传动箱
技术领域
本发明涉及机械传动领域，具体涉及一种行星齿轮传动箱和星型齿轮传动箱。
背景技术
大涵道比双转子涡扇发动机自投入使用以来，由于受到风扇叶尖切线速度的限制，与风扇相连的低压压气机与低压涡轮只能在较低转速下运行，从而导致压气机级数增多，重量大且效率低。为了解决上述问题，可以在由低压压气机及低压涡轮组成的低压转子与风扇转子间安装一套行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱，使风扇转子工作于低转速，而低压转子工作于高转速。相比于船舶、风电等其它领域，航空领域中特别是大涵道比涡扇发动机中所使用的行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱具有载荷大、转速高、功率密度大等特点，设计难度较大。
上述行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱通常采用五路分流人字齿轮传动结构，包括太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架、输入轴、输出轴等零部件。根据行星轮的支撑形式，该行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱可以分为两种，一种为滚动轴承支撑，另一种为滑动轴承支撑。
在采用滚动轴承支撑的行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱中，太阳轮作为输入端与输入轴传动连接，并与五个均匀分布的行星轮相啮合；每个行星轮采用齿轮轴承一体化设计，由滚动轴承在行星架内部支撑，与内齿圈相啮合；在行星齿轮传动箱中，内齿圈作为静子件，行星架为全浮动构件，作为输出端与输出轴通过花键连接；在星型齿轮传动箱中，内齿圈为全浮动构件，作为输出端通过花键与输出轴连接，行星架作为静子件。
在采用滑动轴承支撑的行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱中，太阳轮作为输入端与输入轴传动连接，并与五个均匀分布的行星轮相啮合；每个行星轮采用齿轮轴承一体化设计，由滑动轴承在行星架内部支撑，与内齿圈相啮合；在行星齿轮传动箱中，内齿圈作为静子件，行星架作为输出端与输出轴通过螺栓连接或一体化设计；在星型齿轮传动箱中，内齿圈作为输出端与输出轴通过螺栓连接或一体化设计，行星架作为静子件。
由于不可避免的加工和装配误差以及传动过程中发生的弹性变形，五路分流人字齿行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱无法对各路载荷实现完全平均分配，只能通过结构设计尽量使得载荷均匀分配。
对于采用滚动轴承支撑的行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱，其行星架或内齿圈与输出轴之间的花键即为在发动机正常工作状态下保证载荷均匀分配而设计的结构，通过花键连接结构可以使得行星架或内齿圈为全浮动构件，以补偿加工和装配误差以及传动过程中发生的弹性变形，实现载荷的均匀分配，但其加工难度及费用相比采用滑动轴承支撑的行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱中的螺栓连接或一体化连接结构要高很多。
对于采用滑动轴承支撑的行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱，虽然由于与滚动轴承相比，滑动轴承的轴承径向游隙较大，有助于补偿加工和装配误差以及传动过程中发生的弹性变形，实现各路行星轮载荷的均匀分配，相比采用滚动轴承支撑的行星齿轮传动箱或星型齿轮传动箱，可以省去一套花键连接结构，但由于滑动轴承在发动机启动及风车等小载荷状态下相比滚动轴承需要较多润滑油，以使行星轮轴承内跑道与轴承芯棒不会发生具有破坏性的干摩擦，为了保证使用寿命，相比滚动轴承需要额外配置一套辅助供油系统，其设计难度及费用较高。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种行星齿轮传动箱，该行星齿轮传动箱同时采用滚动轴承及滑动轴承两种支撑方式，以实现各行星轮载荷的均匀分配。
为实现所述目的的行星齿轮传动箱，包括输入轴、太阳轮、至少四个行星轮、行星架、内齿圈、输出轴，所述输入轴和所述太阳轮传动连接，所述至少四个行星轮分别可转动地装在所述行星架上并分别与所述太阳轮啮合，所述行星架与所述输出轴传动连接，所述内齿圈设置为静子件并与所述至少四个行星轮分别啮合，所述至少四个行星轮中至少三个由滚动轴承支撑，其余的由滑动轴承支撑。
在所述的行星齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，所述输出轴和所述行星架的所述传动连接方式为螺栓连接或者一体化连接。
在所述的行星齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，所述输入轴与所述太阳轮的所述传动连接方式为键连接或者螺栓连接或者一体化连接。
在所述的行星齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，所述行星轮的总数至少为五个，其中至少两个由所述滑动轴承支撑，所述至少两个由所述滑动轴承支撑的行星轮相邻设置或者间隔设置。
在所述的行星齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，所述内齿圈为由左右分半的两半齿圈通过螺栓连接的整体。
在所述的行星齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，该行星齿轮传动箱为涡扇发动机中连接低压转子与风扇转子的行星齿轮传动箱。
本发明的另一个目的是提供一种星型齿轮传动箱，该星型齿轮传动箱同时采用滚动轴承及滑动轴承两种支撑方式，以实现各行星轮载荷的均匀分配。
为实现所述目的的星型齿轮传动箱，包括输入轴、太阳轮、至少四个行星轮、行星架、内齿圈、输出轴，所述输入轴和所述太阳轮传动连接，所述至少四个行星轮分别可转动地装在所述行星架上并分别与所述太阳轮啮合，所述内齿圈与所述输出轴传动连接并与所述至少四个行星轮分别啮合，所述行星架设置为静子件，所述至少四个行星轮中至少三个由滚动轴承支撑，其余的由滑动轴承支撑。
在所述的星型齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，所述输出轴和所述内齿圈的所述传动连接方式为螺栓连接或者一体化连接。
在所述的星型齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，所述输入轴与所述太阳轮的所述传动连接方式为键连接或者螺栓连接或者一体化连接。
在所述的星型齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，所述行星轮的总数至少为五个，其中至少两个行星轮由所述滑动轴承支撑，所述至少两个由所述滑动轴承支撑的行星轮相邻设置或者间隔设置。
在所述的星型齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，所述内齿圈为由左右分半的两半齿圈通过螺栓连接的整体。
在所述的星型齿轮传动箱的一个或多个实施方式中，该星型齿轮传动箱为涡扇发动机中连接低压转子与风扇转子的星型齿轮传动箱。
本发明的行星齿轮传动箱和星型齿轮传动箱通过同时采用滚动轴承和滑动轴承来支撑多个行星轮，可以实现各行星轮载荷的均匀分配，并可以省去一套花键连接结构和一套辅助供油系统，从而简化结构，降低设计、制造、装配和维护的难度及成本。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1是根据一个或多个实施方式的行星齿轮传动箱的径向剖视图。
图2是根据一个或多个实施方式的行星齿轮传动箱的轴向剖视图。
图3是根据一个或多个实施方式的星型齿轮传动箱的径向剖视图。
图4是根据一个或多个实施方式的星型齿轮传动箱的轴向剖视图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
本发明的行星齿轮传动箱100如图1和图2所示，包括太阳轮1、行星轮2、内齿圈3、输入轴4、输出轴5和行星架6。多个行星轮2分别可转动地装在行星架6上，并分别与太阳轮1啮合，内齿圈3与多个行星轮2分别啮合，输入轴4和太阳轮1传动连接，行星架6作为输出端与输出轴5传动连接，内齿圈3设置为静子件，与固定支架10相连。
其中，行星轮2的数量至少为四个，多个行星轮2通过滚动轴承7或滑动轴承8以及行星轮轴9支撑在行星架6上，其中至少三个行星轮2采用滚动轴承7支撑，其余的采用滑动轴承8支撑。例如，图1和图2所示的实施方式包括五个行星轮2，其中三个采用滚动轴承7支撑，其余两个采用滑动轴承8支撑。
由于滚动轴承7的轴承径向游隙比滑动轴承8的小，在发动机启动及风车等小载荷状态下，首先由三个采用滚动轴承7支撑的行星轮2在太阳轮1与内齿圈3之间传递啮合力，并确定行星架6的轴心，此时两个采用滑动轴承8支撑的行星轮2由于轴承径向游隙较大的原因未能承担啮合力，启动过程中行星轮2的轴承内跑道81与轴承芯棒82发生干摩擦的时间非常短，且两个摩擦面的最大压应力仅为行星轮2的自重，因此可以不需要使用额外的辅助供油系统对滑动轴承8进行供油。
在发动机正常工作状态下，太阳轮1通过五个行星轮2在太阳轮1与内齿圈3之间传递啮合力并确定行星架6的轴心，此时两个采用滑动轴承8支撑的行星轮2由于轴承径向游隙较大的原因可以以全浮动的形式减少对由三个采用滚动轴承7支撑的行星轮2所确定的行星架6的轴心的影响，因此可以不使用花键连接输出轴5以及行星架6。
由此，该行星齿轮传动箱100通过同时采用滚动轴承7和滑动轴承8来支撑多个行星轮2，可以实现各行星轮2的载荷的均匀分配，并可以省去一套花键连接结构和一套辅助供油系统，从而简化行星齿轮传动箱100的结构，降低设计、制造、装配和维护的难度及成本。
在一些实施方式中，行星轮2的总数至少为五个，其中至少两个行星轮2采用滑动轴承8支撑，该至少两个采用滑动轴承8支撑的行星轮2可以是相邻设置，也可以在二者之间间隔设置有采用滚动轴承7支撑的行星轮2。由此，可以充分利用滚动轴承7支撑和滑动轴承8支撑各自的优点，实现各行星轮2的载荷的均匀分配。
图1和图2所示的输出轴5和行星架6的传动连接方式为一体化连接，输入轴4与太阳轮1的传动连接方式为键连接，在其他实施方式中，输出轴5和行星架6的传动连接方式也可以为螺栓连接或其他连接方式，输入轴4与太阳轮1的传动连接方式也可以为螺栓连接、一体化连接或其他连接方式。
内齿圈3可以是整体加工而成，也可以如图2所示，由左右分半的两半齿圈通过螺栓连接组成，以便于加工和装配。
该行星齿轮传动箱100可以作为涡扇发动机中连接低压转子与风扇转子的行星齿轮传动箱，以便使风扇转子工作于低转速，而低压转子工作于高转速，从而减少压气机的级数、降低重量、提高效率。
本发明的星型齿轮传动箱200如图3和图4所示，包括太阳轮1、行星轮2、内齿圈3、输入轴4、输出轴5和行星架6。多个行星轮2分别可转动地装在行星架6上，并分别与太阳轮1啮合，内齿圈3与多个行星轮2分别啮合，输入轴4和太阳轮1传动连接，内齿圈3作为输出端与输出轴5传动连接，内齿圈3设置为静子件，与传扭支架11相连。
其中，行星轮2的数量至少为四个，多个行星轮2通过滚动轴承7或滑动轴承8以及行星轮轴9支撑在行星架6上，其中至少三个行星轮2采用滚动轴承7支撑，其余的采用滑动轴承8支撑。例如，图3和图4所示的实施方式包括五个行星轮2，其中三个采用滚动轴承7支撑，其余两个采用滑动轴承8支撑。
由于滚动轴承7的轴承径向游隙比滑动轴承8的小，在发动机启动及风车等小载荷状态下，首先由三个采用滚动轴承7支撑的行星轮2在太阳轮1与内齿圈3之间传递啮合力，并确定内齿圈3的轴心，此时两个采用滑动轴承8支撑的行星轮2由于轴承径向游隙较大的原因依靠太阳轮1与内齿圈3悬浮在滑动轴承8的轴承芯棒82上，启动过程中行星轮2的轴承内跑道81与轴承芯棒82发生干摩擦的时间非常短，且两个摩擦面的最大压应力仅为行星轮2的自重，因此可以不需要使用额外的辅助供油系统对滑动轴承8进行供油。
在发动机正常工作状态下，太阳轮1通过五个行星轮2在太阳轮1与内齿圈3之间传递啮合力并确定内齿圈3的轴心，此时两个采用滑动轴承8支撑的行星轮2由于轴承径向游隙较大的原因可以以全浮动的形式减少对由三个采用滚动轴承7支撑的行星轮2所确定的内齿圈3的轴心的影响，因此可以不使用花键连接输出轴5以及内齿圈3。
由此，该星型齿轮传动箱200通过同时采用滚动轴承7和滑动轴承8来支撑多个行星轮2，可以实现各行星轮2的载荷的均匀分配，并可以省去一套花键连接结构和一套辅助供油系统，从而简化星型齿轮传动箱200的结构，降低设计、制造、装配和维护的难度及成本。
在一些实施方式中，行星轮2的总数至少为五个，其中至少两个行星轮2采用滑动轴承8支撑，该至少两个采用滑动轴承8支撑的行星轮2可以是相邻设置，也可以在二者之间间隔设置有采用滚动轴承7支撑的行星轮2。由此，可以充分利用滚动轴承7支撑和滑动轴承8支撑各自的优点，实现各行星轮2的载荷的均匀分配。
图3和图4所示的输出轴5和内齿圈3的传动连接方式为螺栓连接，输入轴4与太阳轮1的传动连接方式为键连接，在其他实施方式中，输出轴5和内齿圈3的传动连接方式也而可以为一体化连接或其他连接方式，输入轴4与太阳轮1的传动连接方式也可以为螺栓连接、一体化连接或其他连接方式。
内齿圈3可以是整体加工而成，也可以如图4所示，由左右分半的两半齿圈通过螺栓连接组成，以便于加工和装配。
该星型齿轮传动箱200可以作为涡扇发动机中连接低压转子与风扇转子的行星齿轮传动箱，以便使风扇转子工作于低转速，而低压转子工作于高转速，从而减少压气机的级数、降低重量、提高效率。
本发明的行星齿轮传动箱和星型齿轮传动箱通过同时采用滚动轴承和滑动轴承来支撑多个行星轮，可以实现各行星轮载荷的均匀分配，并可以省去一套花键连接结构和一套辅助供油系统，从而简化结构，降低设计、制造、装配和维护的难度及成本。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (12)

1.行星齿轮传动箱，包括输入轴、太阳轮、至少四个行星轮、行星架、内齿圈、输出轴，所述输入轴和所述太阳轮传动连接，所述至少四个行星轮分别可转动地装在所述行星架上并分别与所述太阳轮啮合，所述行星架与所述输出轴传动连接，所述内齿圈设置为静子件并与所述至少四个行星轮分别啮合，其特征在于，所述至少四个行星轮中至少三个由滚动轴承支撑，其余的由滑动轴承支撑。
2.如权利要求1所述的行星齿轮传动箱，其特征在于，所述输出轴和所述行星架的所述传动连接方式为螺栓连接或者一体化连接。
3.如权利要求1所述的行星齿轮传动箱，其特征在于，所述输入轴与所述太阳轮的所述传动连接方式为键连接或者螺栓连接或者一体化连接。
4.如权利要求1所述的行星齿轮传动箱，其特征在于，所述行星轮的总数至少为五个，其中至少两个由所述滑动轴承支撑，所述至少两个由所述滑动轴承支撑的行星轮相邻设置或者间隔设置。
5.如权利要求1所述的行星齿轮传动箱，其特征在于，所述内齿圈为由左右分半的两半齿圈通过螺栓连接的整体。
6.如权利要求1所述的行星齿轮传动箱，其特征在于，该行星齿轮传动箱为涡扇发动机中连接低压转子与风扇转子的行星齿轮传动箱。
7.星型齿轮传动箱，包括输入轴、太阳轮、至少四个行星轮、行星架、内齿圈、输出轴，所述输入轴和所述太阳轮传动连接，所述至少四个行星轮分别可转动地装在所述行星架上并分别与所述太阳轮啮合，所述内齿圈与所述输出轴传动连接并与所述至少四个行星轮分别啮合，所述行星架设置为静子件，其特征在于，所述至少四个行星轮中至少三个由滚动轴承支撑，其余的由滑动轴承支撑。
8.如权利要求7所述的星型齿轮传动箱，其特征在于，所述输出轴和所述内齿圈的所述传动连接方式为螺栓连接或者一体化连接。
9.如权利要求7所述的星型齿轮传动箱，其特征在于，所述输入轴与所述太阳轮的所述传动连接方式为键连接或者螺栓连接或者一体化连接。
10.如权利要求7所述的星型齿轮传动箱，其特征在于，所述行星轮的总数至少为五个，其中至少两个行星轮由所述滑动轴承支撑，所述至少两个由所述滑动轴承支撑的行星轮相邻设置或者间隔设置。
11.如权利要求7所述的星型齿轮传动箱，其特征在于，所述内齿圈为由左右分半的两半齿圈通过螺栓连接的整体。
12.如权利要求7所述的星型齿轮传动箱，其特征在于，该星型齿轮传动箱为涡扇发动机中连接低压转子与风扇转子的星型齿轮传动箱。
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