CN114838933B - 一种共轴输出的齿轮箱试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种共轴输出的齿轮箱试验装置。该试验装置包括：传动系统、支撑结构、信号传输系统；传动系统包括驱动装置、齿轮箱、内输出轴、外输出轴，驱动装置与齿轮箱的输入轴和第一输入齿轮传动连接，外输出轴具有中空结构，内输出轴设于外输出轴的中空结构内，齿轮箱通过相互啮合的可传动组件驱动外输出轴和内输出轴沿着相反转动方向转动，支撑结构外形设置为流线型，信号传输系统用于传输采集装置采集的和/或由于转动生成的相应的输出信号，以及终端控制信号。通过本发明的技术方案可以实现共轴输出端旋转部件的准确对转，试验装置整体结构紧凑，拆卸方便，同时信号传输系统可以实现对旋转部件上的信号采集及终端控制信号的传输。

Description

一种共轴输出的齿轮箱试验装置

技术领域

本发明涉及发动机试验领域，尤其涉及一种共轴输出的齿轮箱试验装置。

背景技术

共轴输出齿轮箱被广泛应用于航空、船舶领域的动力推进，其具有推进效率高的优点，但是共轴输出的齿轮箱试验装置结构在实现共轴输出时，往往采取行星齿轮结构实现，通过行星齿轮形成的传动系统，传动效率低，装配复杂，实现共轴旋转时的齿轮箱试验装置往往需要存在两根传动轴，共轴输出的双轴独立控制，控制复杂，整体结构尺寸过大，且缺乏有效的信号传输系统，无法实现对输出轴前端各种传感器信号或者电信号的有效采集，进而无法开展各种对装置的监测任务。

发明内容

本发明针对前述背景技术中的缺陷和不足，本申请提供一种共轴输出的齿轮箱试验装置具体包括：传动系统、支撑结构、信号传输系统；传动系统用于实现齿轮箱的功率输出，支撑结构用于支撑传动系统，信号传输系统用于传输传动系统的输出端的采集装置采集的和/或由于转动生成的相应的输出信号、以及用于传输终端控制信号。

传动系统包括：驱动装置、齿轮箱、内输出轴、外输出轴，驱动装置与齿轮箱的输入轴和第一输入齿轮传动连接，外输出轴具有中空结构，内输出轴设于外输出轴的中空结构内，齿轮箱通过相互啮合的可传动组件驱动外输出轴和内输出轴转动，外输出轴的转动方向与内输出轴的转动方向相反。

于本发明的一种实施方式中，可传动组件包括第一传动支路和第二传动支路实现功率传动输出，

第一传动支路为二级传动，通过第二输入齿轮、第三输入齿轮、第四输入齿轮经内输出轴输出，

第二传动支路为三级传动，通过第五输入齿轮、第六输入齿轮、第七输入齿轮、第八输入齿轮经外输出轴输出；

其中，内输出轴具有腔室，内输出轴、外输出轴与第四输入齿轮、第八输入齿轮分别采用花键连接。

于本发明的一种实施方式中，第七输入齿轮为惰性齿轮。

于本发明的一种实施方式中，第一传动支路和第二传动支路对称布置或近似对称布置。

于本发明的一种实施方式中，支撑结构包括支撑机匣组件、支撑组件，撑机匣组件之间通过法兰盘组件内配合连接，支撑机匣组件外形呈流线型，支撑机匣组件设在支撑组件的外侧。

于本发明的一种实施方式中，支撑机匣组件为三段式连接，包括依次配合连接的前段机匣、中段机匣、后段机匣，前段机匣与外输出轴和支撑组件连接、中段机匣与支撑组件连接，后段机匣与驱动装置连接，前段机匣设有弧形过渡部，中段机匣上设有窗口。

于本发明的一种实施方式中，信号传输系统包括：滑环组件、位置检测组件、防护装置，滑环组件的转动部件与第八输入齿轮的齿轮轴和第四输入齿轮的齿轮轴分别连接，滑环组件的静止部件与支撑结构和防护装置连接，采集装置与内输出轴和/或外输出轴固定连接，用于采集内输出轴和/或外输出轴转动生成的输出信号，通过转动部件和静止部件之间的引线实现输出信号及终端控制信号的传输，通过位置检测组件实现内输出轴和/或外输出轴的实时位置信号的检测和传输。

于本发明的一种实施方式中，位置检测组件可以为过孔式编码器。

于本发明的一种实施方式中，内输出轴和/或外输出轴的输出端的前部设有旋转部件，旋转部件上设置采集装置，用于采集相应的输出信号和/或接收终端控制信号。

于本发明的一种实施方式中，滑油系统包括油泵站、循环油路和喷油润滑装置，循环油路为油泵站至齿轮箱的输入齿轮所构成的进油油路以及第一传动支路、第二传动支路的齿轮至油泵站构成的回油油路，润滑装置包括将润滑油喷入待润滑区域的喷嘴，待润滑区域为支撑组件上的轴承和齿轮箱的输入齿轮。

与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：

1、通过第一传动支路和第二传动支路输出对称功率分流传动的齿轮轮系布置，使得双轴输出的齿轮箱试验装置的外廓尺寸较小，同时增大齿轮承载力；

2、通过将支撑结构外形设置为三段式流线型结构，使得整体结构更加紧凑，适用于风洞试验等对气动外形有要求的复杂测试环境，同时使得拆装更加便捷。

3、通过支撑结构中的分段式支撑机匣设置的维护窗口便于滑环组件和位置测试组件的维护和更换。

4、通过共轴输出的齿轮箱试验装置设置的信号传输系统，可以实现对输出轴上实时转动信号及环境信号进行采集以及对内输出轴、外输出轴前端的旋转部件通过终端实现控制。

5、通过润滑系统实现对齿轮和轴承的润滑，保证工作稳定的基础上尽量减少因为摩擦产生的热量，延长共轴输出试验平台的使用寿命。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明提供的一种共轴输出的齿轮箱试验装置整体示意图；

图2为本发明提供的一种共轴输出的齿轮箱结构图；

图3为本发明提供的一种共轴输出的齿轮箱试验装置轮系结构示意图；

图4为本发明提供的一种共轴输出的齿轮箱试验装置三维结构示意图；

各标记与部件名称对应关系如下：

驱动装置110、内输出轴130、外输出轴140、第一输入轴121、第二输入齿轮122、第三输入齿轮123、第四输入齿轮124、第五输入齿轮125、第六输入齿轮126、第七输入齿轮127、第八输入齿轮128、内轴承131、外轴承141、前段机匣151、中段机匣152、后段机匣153、前支撑板154、后支撑板155、前支撑套156、后支撑套157、内轴滑环210、外轴滑环220、位置检测组件230、防护罩240、外滑环保护罩250、油泵站310、供油接口311、回油接口312。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，附图均仅作为示例，不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1、图2、图4，本实施例中，共轴输出齿轮箱试验装置包括：传动系统、支撑结构、信号传输系统；传动系统用于实现齿轮箱的功率输出，支撑结构用于支撑传动系统，信号传输系统用于传输传动系统的输出端的采集装置采集的和/或由于转动生成的相应的输出信号、以及用于传输终端控制信号；

传动系统包括：驱动装置110、齿轮箱、内输出轴130、外输出轴140，驱动装置与齿轮箱的输入轴和第一输入齿轮121传动连接，外输出轴130具有中空结构，内输出轴140设于外轴的中空结构内，齿轮箱120通过相互啮合的可传动组件驱动外输出轴130和内输出轴140转动，外输出轴130的转动方向与内输出轴140的转动方向相反。

于本申请的一个或多个实施例中，驱动装置的输出轴与齿轮箱120的输入轴采用花键连接保持同步转动，驱动装置可以为电机。

具体地，传输传动系统输出端可以预设采集装置，采集装置用于采集输出端相应的输出信号可以包括输出的压力信号、应力信号、温度信号等，采集的输出信号可以包括在输出端处于非工作状态和工作状态下的的环境信号，例如可以为压力信号、应力信号、温度信号等在此不做限定。

进一步地，当试验装置处于非工作状态的情况下，输出端处于静止状态，采集装置可以采集一定时间段内相应的环境参数信号作为试验的基准信号，在试验装置处于工作状态的情况下可以根据采集装置获取的实时环境信号、输出端的转动信号进行试验数据的具体分析。

于本申请的一些实施例中，采集装置可以相应地设置为压力传感器、应力传感器、温度传感器等，本领域技术人员也可以根据需要选择合适的现有的电子传感元件实现，在此不做具体限定。

参考图3，本实施中，齿轮箱通过相互啮合的可传动组件在实现指定要求变速比的同时实现两根输出轴的共轴对转输出，齿轮箱采用两路功率分流传动方式，齿轮采用简单圆柱轮齿形。可传动组件包括第一传动支路和第二传动支路实现功率传动输出，第一传动支路设置为二级传动，通过第二输入齿轮122、第三输入齿轮123、第四输入齿轮124经内输出轴130输出部分功率，第二传动支路设置为三级传动，通过第五输入齿轮125、第六输入齿轮126、第七输入齿轮127、第八输入齿轮128经外输出轴140输出另外部分功率；

其中，内输出轴具有腔室，内输出轴、外输出轴与第四输入齿轮、第八输入齿轮分别采用花键连接。

具体地，内输出轴130通过内轴承131固定在外输出轴140内，使得内输出轴130位于外输出轴140中间并保持同心旋转，内输出轴130也可以设置为中空结构。

于本申请的某些实施例中，第七输入齿轮为惰性齿轮，通过由于第二路传动支路比第一路传动链多一个惰性齿轮即第七输入齿轮127，保证内输出轴130和外输出轴140转向始终相反。

于本申请的某些实施例中，第一传动支路和第二传动支路对称布置或近似对称布置，可以尽可能使得双轴输出的齿轮箱试验装置的外廓尺寸较小，同时增大齿轮承载力。

参考图1，本申请的另一实施中，共轴输出齿轮箱试验装置的支撑结构包括支撑机匣组件、支撑组件，支撑机匣组件之间通过法兰件组件配合连接，支撑机匣组件整体外形呈流线型设计，支撑机匣组件设在支撑组件的外侧。

于本申请的一些实施例中，法兰件组件优选内法兰组件。

于本申请的某些实施例中，支撑机匣组件为三段式连接，包括前段机匣151、中段机匣152、后段机匣153依次配合连接，前段机匣151与外输出轴140和支撑组件连接、中段机匣152与支撑组件连接，后段机匣153与驱动装置110连接，前段机匣151设有弧形过渡部，中段机匣152上设有窗口。

于本实施例中，支撑结构用于支撑共轴输出的齿轮箱及传动系统的内输出轴和外输出轴，支撑机匣组件、支撑组件以对称形式设置于齿轮箱及传动系统的两侧。

具体地，支撑组件包括支撑板组件和支撑套组件，其中，支撑板组件包括前支撑板154、后支撑板155，支撑套组件包括前支撑套156和后支撑套157，前段机匣151、中段机匣152和后段机匣153相互之间均通过内法兰实现三段式连接，前段机匣151前端靠近内输出轴130和外输出轴140部，前段机匣151前端通过外轴承141与外输出轴140形成第一固定连接，前段机匣151的前端延长至弧形过渡段直径逐渐变大，弧形过渡部的第一端与外输出轴140形成第二固定连接，弧形过渡段的第二端延伸至前段机匣的后端，前段机匣151后端与前支撑板154和前支撑套156通过螺钉紧固和支口定心方式固定连接；中段机匣152外径与前段机匣151后端直径一致，中段机匣152内部与后支撑板155和后支撑套157通过螺钉紧固和支口定心方式固定连接，并在中段机匣152上开有维护窗口158，便于对内部设有的组件进行维护和更换；后段机匣153与驱动装置110固定连接，用于固定驱动装置110。支撑组件的前支撑板154、后支撑板155、前支撑套156和后支撑套157装有轴承，用于支撑输入齿轮121和第二输入齿轮至第八输入齿轮(122～128)的齿轮轴。

参考图1和图4，本申请的另一实施例中，共轴输出齿轮箱试验装置的信号传输系统包括：滑环组件、位置检测组件230、防护装置，滑环组件的转动部件与第八输入齿轮128的齿轮轴和第四输入齿轮124的齿轮轴分别连接，滑环组件的静止部件与支撑结构和防护装置连接，采集装置与内输出轴130和/或外输出轴140固定连接，用于采集的内输出轴130和/或外输出轴140转动生成的输出信号，滑环的静止部件的引线连接终端装置，通过转动部件和静止部件之间的引线实现输出信号及终端控制信号的传输，通过位置检测组件实现内输出轴和/或外输出轴的实时位置信号传输，同时可以实现内输出轴和/或外输出轴转动过程中不再发生缠绕或被绞断。

于申请的某些实施例中，滑环组件与支撑结构、齿轮箱的连接关系也可以采用其他的现有的防缠绕方式实现，本领域技术人员可以根据具体的设置进行选择，在此不做限定。

于本申请的某些实施例中，位置检测组件230转子部分通过过盈连接与第四输入齿轮124的齿轮轴联接，位置检测组件230静子部分通过防转片与防护装置240相连实现静子部分固定，位置检测组件230引线通过防护装置240上通孔经支撑结构内侧孔隙引出到驱动装置110的尾部。

具体地，于本实施例中，第二引线槽和第三引线槽可以相对设置，支撑结构的内侧预设对应数量的孔隙。

于本实施例中，通过转动部件和静止部件之间的引线将由于内输出轴130和/或外输出轴140转动生成的对应压力信号、应力信号、转动信号等引出到静止部件实现信号采集，同时也可以将终端控制端的控制信号传输到固定在内输出轴130和外输出轴140上的采集装置上，通过位置检测组件实现内输出轴和/或外输出轴的实时位置信号传输，例如实现对内输出轴130和外输出轴140的实时转速读取、转动圈数、转动角度路径等信号的记录等，进而实现对于内输出轴130和外输出轴130由于转动产生的输出信号相关信号读取及终端进一步的转动控制。

于本申请的一些实施例中，位置检测组件230可以设定为过孔式编码器。

于本申请的一些实施例中，防护装置上设有通孔，用于引线的穿入和穿出。

具体地，滑环组件包括内轴滑环210、外轴滑环220，外轴滑环220转子部分通过紧定螺钉固定在第八输入齿轮128的齿轮轴上，外轴滑环220转子部分与外输出轴140同步旋转，外轴滑环220静子部分通过止转片与前段机匣151上的防转片相配合实现静子部分固定，外轴滑环220转子引线通过外输出轴140上预设第一引线槽引入外输出轴140内，并从外输出轴140前端引出，外轴滑环220静子引线通过支撑结构内侧孔隙引出到驱动装置110的尾部；内轴滑环210转子与第四输入齿轮124的齿轮轴相连实现与内输出轴140同步转动，内轴滑环210静子部分与防护罩240相连防止转动，内轴滑环210转子引线经第四输入齿轮124的齿轮轴的第二引线槽、内输出轴130的第三引线槽引出至内输出轴130前端引出，内轴滑环210静子引线通过防护装置240的通孔经支撑结构内侧孔隙引出到驱动装置110的尾部。

于本申请的一些实施例中，外轴滑环220可以设置为为过孔式导电滑环。

于本申请的一些本实施例中，内轴滑环210可以设置为定子法兰滑环。

于本申请的某些实施例中，防护装置包括防护罩240和外滑环保护罩250，防护罩240将内轴滑环210和位置检测组件230密封实现与齿轮箱120环境的隔离，外滑环保护罩250将外轴滑环密封实现与齿轮箱120环境的隔离，防止润滑油进入。

于本申请的另一实施例中，内输出轴和/或外输出轴的输出端的前部设有旋转部件，旋转部件上设置采集装置，用于采集相应的输出信号和/或接收终端控制信号。具体地，旋转构件设置的传感器类型和采集数据类型与前述实施例中可以一致，在此不做赘述。

于本实施例中，装置连接的具体的细节与其他实施例中连接方式相同，本实施例不再进行赘述。

如图1所示，本申请的另一实施例中，共轴输出齿轮箱试验装置包括滑油系统包括油泵站、循环油路和喷油润滑装置，循环油路为油泵站至齿轮箱的输入齿轮进油油路，第一传动支路、第二传动支路的齿轮至油泵站油路构成的回油油路，润滑装置包括将润滑油喷入待润滑区域的喷嘴，待润滑区域为支撑组件上的轴承和齿轮箱的所有输入齿轮。

具体地，包括油泵站310以及循环油路和喷油润滑装置、油泵站通过供油接口311流入，经内部循环，从回油接口312流出，回油接口312设置有回油泵，输入齿轮121和第二输入齿轮～第八输入齿轮(122～128)相互之间形成的齿轮路、支撑组件的轴承均采用喷油润滑。

进一步地，通过支撑结构、前支撑板154、前支撑套156、后支撑板155和后支撑套157上内部集成的铸造油路及导管分别引至润滑点，各个润滑点处对应设置一定数量的喷嘴，将滑油喷入支撑组件的轴承和循环油路，用于对输入齿轮121和第二输入齿轮122——第八输入齿轮128(122～128)进行润滑和支撑组件的轴承的润滑。

于本申请的某些实施例中，内轴承131和外轴承141可以采用脂润滑进行润滑。

本发明提供的一种共轴输出的齿轮箱试验装置可以适用于飞行器、船舶、水下推进器的地面、风洞试验等，与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：

1、通过第一传动支路和第二传动支路输出对称功率分流传动的齿轮轮系布置，使得双轴输出的齿轮箱试验装置的外廓尺寸较小，同时增大齿轮承载力；

2、通过将支撑结构外形设置为三段式流线型结构，使得整体结构更加紧凑，适用于风洞试验等对气动外形有要求的复杂测试环境，同时使得拆装更加便捷。

3、通过支撑结构中的分段式支撑机匣设置的维护窗口便于滑环组件和位置测试组件的维护和更换。

4、通过共轴输出的齿轮箱试验装置设置的信号传输系统，可以实现对输出轴上实时转动信号及环境信号进行采集以及对内输出轴、外输出轴前端的旋转部件通过终端实现控制。

5、通过润滑系统实现对齿轮和轴承的润滑，保证工作稳定的基础上尽量减少因为摩擦产生的热量，延长共轴输出试验平台的使用寿命。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：传动系统、支撑结构、信号传输系统；所述传动系统用于实现所述齿轮箱的两路功率输出，所述支撑结构用于支撑所述传动系统，所述信号传输系统用于传输所述传动系统的输出端的采集装置采集的和/或由于转动生成的相应的输出信号，以及用于传输终端控制信号；

所述传动系统包括：驱动装置、齿轮箱、内输出轴、外输出轴，所述驱动装置与所述齿轮箱的输入轴和第一输入齿轮传动连接，所述外输出轴具有中空结构，所述内输出轴设于所述外输出轴的中空结构内，所述齿轮箱通过相互啮合的可传动组件驱动所述外输出轴和所述内输出轴转动，所述外输出轴的转动方向与所述内输出轴的转动方向相反；

所述支撑结构包括支撑机匣组件、支撑组件，所述支撑机匣组件之间通过法兰盘组件配合连接，所述支撑机匣组件呈流线型，所述支撑机匣组件设在所述支撑组件的外侧；

所述支撑结构用于支撑共轴输出的齿轮箱及传动系统的内输出轴和外输出轴；

所述支撑机匣组件为三段式连接，包括依次配合连接的前段机匣、中段机匣、后段机匣，所述前段机匣与所述外输出轴和所述支撑组件连接、所述中段机匣与所述支撑组件连接，所述后段机匣与所述驱动装置连接，所述前段机匣设有弧形过渡部。

2.根据权利要求1所述的一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，所述可传动组件包括第一传动支路和第二传动支路，实现功率传动输出；

所述第一传动支路为二级传动，通过第二输入齿轮、第三输入齿轮、第四输入齿轮经所述内输出轴输出，

所述第二传动支路为三级传动，通过第五输入齿轮、第六输入齿轮、第七输入齿轮、第八输入齿轮经所述外输出轴输出；

其中，所述内输出轴具有腔室，所述内输出轴、所述外输出轴与所述第四输入齿轮、所述第八输入齿轮分别采用花键连接。

3.根据权利要求2所述的一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，所述第七输入齿轮为惰性齿轮。

4.根据权利要求2所述的一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，所述第一传动支路和所述第二传动支路对称布置或近似对称布置。

5.根据权利要求1所述的一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，所述中段机匣上设有窗口。

6.根据权利要求3所述的一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，所述信号传输系统包括：滑环组件、位置检测组件、防护装置，所述滑环组件的转动部件与所述第八输入齿轮的齿轮轴、所述第四输入齿轮的齿轮轴分别连接，所述滑环组件的静止部件与所述支撑结构和所述防护装置连接，所述采集装置与所述内输出轴和/或所述外输出轴固定连接，用于采集所述内输出轴和/或所述外输出轴转动生成的所述输出信号，通过所述转动部件和所述静止部件之间的引线实现所述输出信号及所述终端控制信号的传输，通过所述位置检测组件实现所述内输出轴和/或所述外输出轴的实时位置信号检测和传输。

7.根据权利要求6所述的一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，所述位置检测组件为过孔式编码器。

8.根据权利要求1所述的一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，所述内输出轴和/或所述外输出轴的输出端的前部设有旋转部件，所述旋转部件上设置所述采集装置，用于采集相应的所述输出信号和/或接收所述终端控制信号。

9.根据权利要求3所述的一种共轴输出的齿轮箱试验装置，其特征在于，滑油系统包括油泵站、循环油路和喷油润滑装置，所述循环油路为所述油泵站至所述齿轮箱的所述输入齿轮所构成的进油油路以及所述第一传动支路、所述第二传动支路的齿轮至油泵站构成的回油油路，所述润滑装置包括将润滑油喷入待润滑区域的喷嘴，所述待润滑区域为所述支撑组件上的轴承和所述齿轮箱的各个输入齿轮。

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