CN114162337B - 一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统 - Google Patents

一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，包括入口挡风罩和出口挡风罩；入口挡风罩由多个倾斜阶梯面组成，各阶梯面内侧和与其平行的从动轮轴面、从动轮小端侧面、从动轮小端端面相吻合，入口挡风罩端固定到齿轮箱体的内部支架上；入口挡风罩与从动轮齿面平行的平面上设计有锥形开口，给主从动轮的啮合留出空间；在齿轮副啮出侧设计有锥形出油槽；出口挡风罩与从动轮大端端面对应处设计为大圆弧结构，与齿轮大端侧面对应处为平行面且有间隙值；所述挡风罩结构为高损耗设计，当入口与出口总压差给定时，经过这种结构形状的挡风罩的空气质量流率减少，即这种结构形状的挡风罩泵送空气的效率较低，进而降低风阻功率损失。

Description

一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统
技术领域
本发明属于航空发动机动力传动系统领域，涉及一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统。
背景技术
弧齿锥齿轮因具有高承载能力、重量轻、传动平稳及润滑性好等优点被广泛应用于航空发动机动力传动系统中。随着航空发动机传递功率越来越大，弧齿锥齿轮的转速越来越高，传动效率是衡量航空齿轮传动系统的重要性能指标之一。
航空齿轮高速工作时主要采用喷油方式对其进行润滑和冷却，此时润滑油和空气在齿轮周围混合进而形成油气两相流，当齿轮高速旋转时会带动其周围的两相流产生强烈的旋转流场。流体与旋转齿轮之间相互作用从而引起风阻损失，进而消耗齿轮传动功率。当齿轮线速度达到50m/s时，风阻功率损失高达总传动功率损失的50％。此时齿轮旋转流场产生的风阻效应比较显著，将使润滑油无法喷射到齿轮啮合面上，从而由于润滑冷却效果不良导致瞬时急剧温升，加之风阻功率损耗产生的额外热量，极易出现齿面胶合、齿轮磨损、齿轮热变形、轮齿金属相变、润滑密封失效等，致使传动系统性能严重下降甚至造成事故。基于此，设置挡风罩系统来降低齿轮风阻功率损失，从而提高齿轮传动效率、降低油耗。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，以提高航空发动机动力传动系统的传动效率。
技术方案
一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，其特征在于包括入口挡风罩7和出口挡风罩8；入口挡风罩7固定到齿轮箱体的内部支架上，出口挡风罩8通过螺栓与入口挡风罩7连接固定在一起；所述入口挡风罩7由多个倾斜阶梯面构成，各阶梯面内侧和与其平行的从动轮轴面、从动轮小端侧面、从动轮小端端面的设有间隙n，与从动轮齿面的间隙为m；所述入口挡风罩7与从动轮齿面平行的平面上设计有给齿轮副的啮合留出空间的0°的锥形开口，在齿轮副啮出侧，沿从动轮旋转方向与锥形啮合开口相距25°处设计有用于甩出进入挡风罩与齿轮所围成空间的润滑油的锥形出油槽；所述出口挡风罩与从动轮大端端面对应处设计为大圆弧结构，与齿轮大端侧面对应处为平行面且间隙值为h。
所述锥形出油槽的各内侧面均设计有倒角，使锥形出油槽从内侧向外看是一个斜面。
所述间隙n为1mm。
所述间隙m为1.5mm。
所述锥形出油槽为10°。
所述间隙值h为1mm。
所述入口挡风罩端面凸台上开有螺纹孔，用于把入口挡风罩固定到齿轮箱体的内部支架上。
所述入口挡风罩与从动轮齿面平行的平面上设计有30°的锥形开口，给齿轮副的啮合留出空间，且沿从动轮齿面方向的长度与整个阶梯平面的长度相同。
有益效果
本发明提出的一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，包括入口挡风罩和出口挡风罩；入口挡风罩由多个倾斜阶梯面组成，各阶梯面内侧和与其平行的从动轮轴面、从动轮小端侧面、从动轮小端端面相吻合，结构形式可使空气流体进入齿轮旋转空间的路径曲折迂回，从而限制通过入口挡风罩进入齿轮周围的空气流体的体积，进而减少风阻功率损失；入口挡风罩端面凸台上开有螺纹孔，用于把入口挡风罩固定到齿轮箱体的内部支架上；入口挡风罩与从动轮齿面平行的平面上设计有30°的锥形开口，给主从动轮的啮合留出空间；在齿轮副啮出侧，沿从动轮旋转方向与锥形啮合开口相距25°处设计有锥形出油槽，用于甩出进入挡风罩与齿轮所围成空间的润滑油；锥形出油槽的各内侧面均设计有倒角，使锥形出油槽从内侧向外看是一个斜面，方便润滑油沿着此斜面从挡风罩内顺利流出；出口挡风罩与从动轮大端端面对应处设计为大圆弧结构，与齿轮大端侧面对应处为平行面且有间隙值；入口挡风罩和出口挡风罩通过螺栓连接固定在一起。上述所述挡风罩结构为高损耗设计，当入口与出口总压差给定时，经过这种结构形状的挡风罩的空气质量流率减少，即这种结构形状的挡风罩泵送空气的效率较低，进而降低风阻功率损失。
有益效果为，在弧齿锥齿轮副周围设置挡风罩装置，能有效减少齿轮周围的流体流量，从而减小流体对齿轮的风阻力矩，进而减少齿轮功率损失、降低齿轮温升，有利于提高齿轮传动效率，降低油耗、降低齿轮传动成本，最终提高齿轮传动系统工作性能，延长齿轮传动系统的使用寿命，减少故障率等。
附图说明
图1为本发明提出的降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统的结构示意图；
图2为经过齿轮副中心线的本发明提出的降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统的剖视图；
图3为本发明中入口挡风罩的外侧结构示意图；
图4为本发明中啮合开口和出油槽的大小和位置示意图；
图5为图3中B处局部放大图；
图6为本发明中出口挡风罩的内侧结构示意图；
图7为图2中A处局部放大图；
图中：1主动轮轴、2主动轮、3从动轮轴、4从动轮、5啮入侧喷油管道、6啮出侧喷油管道、7入口挡风罩、8出口挡风罩。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，包括主动轮轴、主动轮、从动轮轴、从动轮、啮入侧喷油管道、啮出侧喷油管道、入口挡风罩、出口挡风罩；主动轮轴和从动轮轴上都安装有弧齿锥齿轮，弧齿锥齿轮都设有小端侧面、小端端面、齿面、大端端面和大端侧面；主动轮与啮合的从动轮之间为相交轴安装，齿轮副轴交角为69.77°；齿轮副啮入侧和啮出侧附近都布置喷油管道，啮入侧喷油管道用于润滑即将进入啮合和正在啮合的轮齿；啮出侧喷油管道用于冷却刚刚啮出的轮齿；挡风罩由两部分组成，分别为入口挡风罩和出口挡风罩；入口挡风罩由多个倾斜阶梯面组成，各阶梯面内侧和与其平行的从动轮轴面、从动轮小端侧面、从动轮小端端面的间隙均为1mm，与从动轮齿面的间隙为1.5mm，这种结构形式可使空气流体进入齿轮旋转空间的路径曲折迂回，从而限制通过入口挡风罩进入齿轮周围的空气流体的体积，进而减少风阻功率损失；入口挡风罩端面凸台上开有螺纹孔，用于把入口挡风罩固定到齿轮箱体的内部支架上；入口挡风罩与从动轮齿面平行的平面上设计有30°的锥形开口，给齿轮副的啮合留出空间；在齿轮副啮出侧，沿从动轮旋转方向与锥形啮合开口相距25°处设计10°的锥形出油槽，用于甩出进入挡风罩与齿轮所围成空间的润滑油；锥形出油槽的各内侧面均设计有倒角，使锥形出油槽从内侧向外看是一个斜面，方便润滑油沿着此斜面从挡风罩内顺利流出；出口挡风罩与从动轮大端端面对应处设计为大圆弧结构，与齿轮大端侧面对应处为平行面且间隙值为1mm；入口挡风罩和出口挡风罩通过螺栓连接固定在一起。上述所述挡风罩结构为高损耗设计，当入口与出口总压差给定时，经过这种结构形状的挡风罩的空气质量流率减少，即这种结构形状的挡风罩泵送空气的效率较低，进而降低风阻功率损失。
具体实施例如图1所示，包括：主动轮轴1、主动轮2、从动轮轴3、从动轮4、啮入侧喷油管道5、啮出侧喷油管道6、入口挡风罩7、出口挡风罩8；
主动轮2和从动轮4分别安装固定在主动轮轴1和从动轮轴3上，为了减轻重量，主从动轮均为弧齿锥齿轮，弧齿锥齿轮都设有小端侧面、小端端面、齿面、大端端面和大端侧面；
主动轮2与啮合的从动轮4之间为相交轴安装，为了实现齿轮副的啮合及顺利转动，齿轮副轴交角为69.77°，如图2所示；
为了润滑即将进入啮合和正在啮合的轮齿，在齿轮副啮入侧附近布置啮入侧喷油管道5，如图1所示；
为了冷却刚刚啮出的轮齿，在齿轮副啮出侧附近布置啮出侧喷油管道6，如图1所示；
为了减少挡风罩与从动轮所围成空间的体积，入口挡风罩7由多个倾斜阶梯面组成，如图3所示，包括：与从动轮轴外表面平行的内侧面71、与从动轮小端侧面平行的表面72、与从动轮小端端面平行的斜面73、与从动轮齿面平行的平面74；入口挡风罩通过端面凸台上的螺纹孔75固定到齿轮箱体的内部支架上。基于该构思之下，在其他实施例中，入口挡风罩的结构细节需根据齿轮的结构变化而变化；
进一步地，为了保证主从动轮间的准确啮合，在入口挡风罩7的平面74上设计30°的锥形开口76，此锥形开口76沿从动轮齿面方向的长度与整个阶梯面74的长度相同，为了尽量减少空气进入齿轮与挡风罩所围成的空间内，锥形开口76应在保证齿轮副顺利啮合的条件下越小越好，如图3和图4所示；
进一步地，为了能顺利排出进入挡风罩与齿轮所围成空间的润滑油，在入口挡风罩7的齿轮副啮出侧，沿从动轮旋转方向与锥形啮合开口76相距25°处设计10°的锥形出油槽77，如图3和图4所示；
进一步地，锥形出油槽77应为细长条形状，若此锥形出油槽的宽度过小润滑油很难离开挡风罩内侧，若此锥形出油槽的宽度过大，则更多的空气将会进入到齿轮旋转流场中，从而增大齿轮副风阻扭矩；
进一步地，此锥形出油槽77的位置在齿轮副啮出侧且与锥形啮合开口76相距25°，当润滑油进入齿轮与挡风罩所围成的空间内时，润滑油会被齿轮的旋转流场甩到挡风罩的内侧，直到它达到齿轮的圆周速度，出油槽位于啮出侧沿齿轮旋转方向的15°到60°之间是润滑油被甩出的最佳位置；
进一步地，锥形出油槽77的各内侧面均设计倒角78，使锥形出油槽77从内侧向外看是一个斜面，方便润滑油沿着此斜面从挡风罩内顺利流出，从而减少润滑油在齿轮旋转流场内再循环造成的风阻损失如图5所示；
为了能尽量地封闭从动轮4，如图6所示，出口挡风罩8设计为多弯曲结构，包括：与从动轮大端端面对应处的大圆弧结构81，与从动轮大端侧面对应处的平面82，基于该构思之下，在其他实施例中，出口挡风罩的结构细节需根据齿轮的结构变化而变化；
进一步地，为了尽量减少通过挡风罩的空气质量流率，进而减小风阻损失，出口挡风罩应设计为高损耗结构，如图6和图7所示，出口挡风罩8与从动轮的大端端面对应处设计为大圆弧结构81；
同时，挡风罩与齿轮各个面的间隙大小也是影响降低风阻功率损失的重要因素，在考虑齿轮旋转过程中由于振动引起的轴心位移量、挡风罩制造安装误差量、挡风罩变形量及实际使用工况条件、支撑件的刚度、齿轮传递功率、材料性能特点及现有加工制造技术等的条件下，入口间隙越小越好，如图7所示，本实施例中，入口挡风罩7的内侧面71和从动轮轴外表面平行且间隙值为1mm，表面72和从动轮小端侧面平行且间隙值为1mm、斜面73和从动轮小端端面平行且间隙值为1mm；
进一步地，减小齿面间隙值也会减少风阻扭矩，但是在一定值之后再减小齿面间隙会增加风阻扭矩，故有最优的相对较小的齿面间隙值，如图7所示，本实施例中，入口挡风罩7的平面74和从动轮齿面平行且间隙为1.5mm；
进一步地，为了降低质量流率，进而减少风阻损失，如图7所示，本实施例中，出口挡风罩8的平面82和从动轮的大端侧面平行且间隙值为1mm。
进一步地，为了把入口挡风罩7与出口挡风罩8固定在一起，在入口挡风罩7和出口挡风罩8的连接平面上分别设计通孔79和螺纹孔83，两者通过螺栓连接固定在一起，如图3和图6所示。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，其特征在于包括入口挡风罩(7)和出口挡风罩(8)；入口挡风罩(7)固定到齿轮箱体的内部支架上，出口挡风罩(8)通过螺栓与入口挡风罩(7)连接固定在一起；所述入口挡风罩(7)由多个倾斜阶梯面构成，各阶梯面内侧和与其平行的从动轮轴面、从动轮小端侧面、从动轮小端端面的设有间隙n，与从动轮齿面的间隙为m；所述入口挡风罩(7)与从动轮齿面平行的平面上设计有给齿轮副的啮合留出空间的0°的锥形开口，在齿轮副啮出侧，沿从动轮旋转方向与锥形啮合开口相距25°处设计有用于甩出进入挡风罩与齿轮所围成空间的润滑油的锥形出油槽；所述出口挡风罩与从动轮大端端面对应处设计为大圆弧结构，与齿轮大端侧面对应处为平行面且间隙值为h；
所述锥形出油槽的各内侧面均设计有倒角，使锥形出油槽从内侧向外看是一个斜面；锥形出油槽为细长条形状。
2.根据权利要求1所述降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，其特征在于：所述间隙n为1mm。
3.根据权利要求1所述降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，其特征在于：所述间隙m为1.5mm。
4.根据权利要求1所述降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，其特征在于：所述锥形出油槽为10°。
5.根据权利要求1所述降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，其特征在于：所述间隙值h为1mm。
6.根据权利要求1所述降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，其特征在于：所述入口挡风罩端面凸台上开有螺纹孔，用于把入口挡风罩固定到齿轮箱体的内部支架上。
7.根据权利要求1所述降低高速弧齿锥齿轮喷油润滑风阻损失的挡风罩系统，其特征在于：所述入口挡风罩与从动轮齿面平行的平面上设计有30°的锥形开口，给齿轮副的啮合留出空间，且沿从动轮齿面方向的长度与整个阶梯平面的长度相同。
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