CN115771614B - 一种大型倾转旋翼机传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空航天领域，公开了一种大型倾转旋翼机传动系统，包括：发动机输出换向减速子系统，用以将发动机输出动力传输给中间并车子系统，包括减速换向装置和超越离合器，减速换向装置的输入端与发动机的输出端传动连接，减速换向装置的输出端与超越离合器的输入端传动连接，超越离合器的输出端与中间并车子系统的输入端传动连接；中间并车子系统，用以同步左右两传动系统的输出转速；倾转换向减速子系统，用以控制旋翼转动；倾转作动子系统，用以控制倾转支座转动，本发明解决了大吨位级传动系统设计空缺的问题，保证了倾转旋翼机稳定可靠的运行。

Description

一种大型倾转旋翼机传动系统

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种倾转旋翼机。

背景技术

国内对于倾转旋翼飞行器的研究较少，主要集中在理论分析，包括飞行力学建模及操纵控制分析、倾转机构多状态响应分析和效率分析、过渡飞行阶段的姿态控制研究等。对大功率、大减速比、高传动效率的传动系统方面的研究十分缺乏，特别是多功率传递、多状态倾转旋翼飞行及多动力多输出的高速重载分体倾转互连传动系统方面的研究十分缺乏，性能上远达不到发达国家同等水平，因此迫切需要对倾转旋翼传动系统的构型设计。本发明设计的传动系统对倾转旋翼传动系统的构型设计、动力学特性以及加工制造技术等方面开展系统而深入的研究，为倾转旋翼飞行器的制造与服役提供坚实的支撑。

现有技术中公开了一种倾转旋翼机传动系统，其公开号为：CN 114426102 A，公开日为：2022.05.03，其动力源位于机翼中部，其不足之处在于，在小型倾转旋翼机此传动系统可用，但当大吨位级（20T）时，该传动系统无法使用。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种大型倾转旋翼机传动系统，解决了大吨位级传动系统设计空缺的问题，保证了倾转旋翼机稳定可靠的运行。

本发明的目的是这样实现的：一种大型倾转旋翼机传动系统，包括左侧传动系统与右侧传动系统，所述左侧传动系统与右侧传动系统结构相同、且对称设置在机翼两端；所述左侧传动系统包括：

发动机输出换向减速子系统， 用以将发动机输出动力传输给中间并车子系统，包括减速换向装置和超越离合器，所述减速换向装置的输入端与发动机的输出端传动连接，所述减速换向装置的输出端与超越离合器的输入端传动连接，所述超越离合器的输出端与中间并车子系统的输入端传动连接；

中间并车子系统，用以同步左右两传动系统的输出转速，包括传动轴，所述传动轴通过齿轮组与同步轴传动连接；

倾转换向减速子系统，用以控制旋翼转动，包括可转动安装在发房内的倾转支座，所述倾转支座内设置有减速齿轮装置和旋翼轴，所述减速齿轮装置的输入端与传动轴的输出端传动连接，所述减速齿轮装置与旋翼轴的输入端传动连接；

倾转作动子系统，用以控制倾转支座转动。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，所述减速换向装置包括输入轴和输出轴，所述输入轴与发动机输出端传动连接，所述输入轴上套设有第一输入锥齿轮，所述输出轴连接第二输入锥齿轮，第一输入锥齿轮与第二输入锥齿轮啮合，所述输出轴与超越离合器的输入端传动连接。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，所述齿轮组为多个互相啮合的圆柱直齿轮，所述圆柱直齿轮的直径从传动轴至同步轴由小到大分布。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，位于中部的一圆柱直齿轮的转轴一端伸出并套设皮带轮，用以给散热器提供功率。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，所述减速齿轮装置包括设置在倾转支座内的第一输出锥齿轮、第二输出锥齿轮，所述第一输出锥齿轮、第二输出锥齿轮啮合，所述第二输出锥齿轮同步套设在第一空心轴外周，第一空心轴的上端与第一行星齿轮系传动连接，第一行星齿轮系的行星轮与第二空心轴下端同步连接，第二空心轴的上端与第二行星齿轮系传动连接，第二行星齿轮系的行星轮与第三空心轴同步连接，第三空心轴与旋翼轴传动连接。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，所述倾转支座的顶端和中部均设有安装座，顶端的安装座用以安装桨毂系统中的防扭臂，中部的安装座用以旋翼系统的直线舵机。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，所述倾转作动子系统包括铰接在倾转支座上的第一铰支座和铰接在发房上的第二铰支座，所述第一铰支座与第二铰支座经机电作动组件相连，所述机电作动组件包括连接在机电作动器输出轴上的螺杆，螺杆上螺纹连接有螺套，机电作动器铰接在第一铰支座上，所述螺套铰接在第二铰支座上。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，所述发动机输出换向减速子系统、中间并车子系统、倾转换向减速子系统由机翼端部至机身依次分布。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，所述发动机输出换向减速子系统、中间并车子系统、倾转换向减速子系统以及倾转作动子系统均安装在发房内。

作为本发明所述一种大型倾转旋翼机传动系统的优选技术方案，所述倾转支座的正面设有锥形回油盖。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明填补了国内20t级大型倾转旋翼机传动系统的设计空缺，且其在大的减速比下还能保证有96%的高传动效率；本发明可以在20t级的倾转旋翼机上实现由发动机至旋翼系统的换向减速，并实现旋翼0°至90°的倾转；本发明可以实现20t级倾转旋翼机稳定可靠的飞行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明另一角度结构示意图。

图3为本发明中发动机输出换向减速子系统结构示意图。

图4为本发明中发动机输出换向减速子系统内部结构示意图。

图5为本发明中中间并车子系统结构示意图。

图6为本发明中中间并车子系统内部结构示意图。

图7为本发明中倾转换向减速子系统结构示意图。

图8为本发明中倾转换向减速子系统内部结构示意图。

图9为本发明安装于倾转旋翼机示意图。

图10为本发明安装于倾转旋翼机内部示意图。

其中，100发动机输出换向减速子系统，101减速换向装置，101a输入轴，101b输出轴，101c第一输入锥齿轮，101d第二输入锥齿轮，102超越离合器，103第一机匣，200中间并车子系统，201传动轴，202齿轮组，202a转轴，202b皮带轮，203第二机匣，204弹性支座，300倾转换向减速子系统，301倾转支座，301a安装座，301b锥形回油盖，302减速齿轮装置，302a第一输出锥齿轮，302b第二输出锥齿轮，302c第一空心轴，302d第一行星齿轮系，302d-1第一太阳轮，302d-2第一行星轮，302d-3第一行星架，302e第二空心轴，302f第二行星齿轮系，302f-1第二行星轮，302f-2第二行星架，302g第三空心轴，303旋翼轴，400倾转作动子系统，401第一铰支座，402第二铰支座，403机电作动组件，403a机电作动器，403b螺杆，403c螺套，500同步轴，600发房，700旋翼，800发动机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-10所示的一种大型倾转旋翼机传动系统，包括左侧传动系统与右侧传动系统，左侧传动系统与右侧传动系统结构相同、且对称设置在机翼两端，两传动系统之间经同步轴500连接；本实施例以左侧传动系统进行说明，左侧传动系统包括：

发动机输出换向减速子系统100， 用以将发动机800输出动力传输给中间并车子系统200，包括减速换向装置101和超越离合器102，减速换向装置101的输入端与发动机800的输出端传动连接，减速换向装置101的输出端与超越离合器102的输入端传动连接，超越离合器102的输出端与中间并车子系统200的输入端传动连接；

中间并车子系统200，用以同步左右两传动系统的输出转速，包括传动轴201，传动轴201通过齿轮组202与同步轴500传动连接；

倾转换向减速子系统300，用以控制旋翼700转动，包括可转动安装在发房600内的倾转支座301，倾转支座301内设置有减速齿轮装置302和旋翼轴303，减速齿轮装置302的输入端与传动轴201的输出端传动连接，减速齿轮装置302与旋翼轴303的输入端传动连接；

倾转作动子系统400，用以控制倾转支座301转动。

具体的，左侧传动系统与右侧传动系统均安装在机翼两侧的发房600内，左侧传动系统与右侧传动系统通过贯穿机翼的同步轴500连接，使得左侧旋翼700、右侧旋翼（图中未做图示标注）同步旋转，减速换向装置101和超越离合器102安装在第一机匣103内，第一机匣103的一端面通过螺栓与发动机800端面连接；传动轴201的两端均为花键轴，传动轴201、齿轮组202通过深沟球轴承安装在第二机匣203内，第二机匣203的一侧端面与第一机匣103的另一端面通过螺栓连接，倾转支座301的两侧连接有可相对转动的端盖，其中一端盖与第二机匣203的另一侧端面通过螺栓连接，另一端盖安装在发房600上。

本实施例工作时，发动机800的动力传输依次为：发动机800=>减速换向装置101=>传动轴201=>减速齿轮装置302=>旋翼轴303=>旋翼700。

超越离合器102的同步作用主要包括以下两种：

当两侧发动机800出现转速差时，低速发动机800侧超越离合器102工作，高速侧发动机800通过同步轴500带动两侧旋翼700转动，负荷增加，旋翼700降速直至两侧发动机800转速平衡；

当单侧发动机800故障时，超越离合器102断开故障侧发动机800，正常侧发动机800带动两侧旋翼700同步旋转。

超越离合器102通过上述方式保证了两侧的旋翼700同步工作，在双发动机800驱动的方式下大大提高了其飞行时的可靠性与稳定性；通过多级减速传动的方式实现大吨位传动。

倾转作动子系统400通过控制倾转支座301转动来实现90°（直升机模式）至0°（巡航模式）的切换，其仅仅带动倾转换向减速子系统300转动，不再带动其余子系统（包括发动机800、油路系统）转动，降低转动负荷；且本发明结构布局更加合理。

进一步的，减速换向装置101包括输入轴101a和输出轴101b，输入轴101a与发动机800输出端传动连接（通过花键），输入轴101a上套设有第一输入锥齿轮101c，输出轴101b连接第二输入锥齿轮101d，第一输入锥齿轮101c与第二输入锥齿轮101d啮合，输出轴101b与超越离合器102的输入端传动连接。

具体的，输入轴101a通过四个深沟球轴承（靠近发动机800端设置三个、另一端设置一个）安装在第一机匣103内部的轴承座（图中未示出）中，第一机匣103固定安装在发房600内，输出轴101b也通过深沟球轴承安装在第一机匣103内，左侧传动系统中的第一输入锥齿轮101c安装在输入轴101a上靠近输入端位置，右侧传动系统中的第一输入锥齿轮101c安装在输入轴101a上远离输入端位置（图中未示出，为另一侧结构），第二输入锥齿轮101d固定在输出轴101b的端部，第一输入锥齿轮101c较小，第二输入锥齿轮101d较大。

需要说明的是，发动机输出换向减速子系统100中的减速换向功能是通过其内部的第一输入锥齿轮101c、第二输入锥齿轮101d实现的，其采用一对大小锥齿轮，以达到90°的换向并减速的效果，当发动机800启动后，发动机800输出轴101b带动输入轴101a高速旋转，经过一对锥齿轮减速且90°换向后，带动输出轴101b旋转；由于传动系统左右侧需输出转向相反以满足旋翼700转向相反要求，在左右侧的设计中，通过改变一对锥齿轮中小锥齿轮的前后布置位置，以达到左右侧传动输出转向相反的结果，如此设计也是为稳定可靠飞行提供保障。

进一步的，齿轮组202为多个互相啮合的圆柱直齿轮，圆柱直齿轮的直径从传动轴201至同步轴500由小到大分布。

具体的，齿轮组202为四个啮合的圆柱直齿轮，两端两个分别套设在传动轴201和同步轴500上，中间两个安装在第二机匣203上，第二机匣203通过弹性支座204安装在发房600内。

需要说明的是，四个互相啮合的圆柱直齿从传动轴201至同步轴500直径由小到大，目的是为了将输出端转速降低至一个合理的水平以满足大长度的复合材料同步轴500临界转速的要求。

进一步的，位于中部的一圆柱直齿轮的转轴202a一端伸出并套设皮带轮202b，用以给散热器提供功率。

具体的，转轴202a的一端从第二机匣203一侧伸出，端部固定连接皮带轮202b，需要说明的是，如此设计在不多增加驱动件的同时保证散热系统的运行。

进一步的，减速齿轮装置302包括设置在倾转支座301内的第一输出锥齿轮302a、第二输出锥齿轮302b，第一输出锥齿轮302a、第二输出锥齿轮302b啮合，第二输出锥齿轮302b同步套设在第一空心轴302c外周，第一空心轴302c的上端与第一行星齿轮系302d传动连接，第一行星齿轮系302d的行星轮与第二空心轴302e下端同步连接，第二空心轴302e的上端与第二行星齿轮系302f传动连接，第二行星齿轮系302f的行星轮与第三空心轴302g同步连接，第三空心轴302g与旋翼轴303传动连接。

具体的，第一输出锥齿轮302a为配合传动轴201的内花键锥齿轮，通过三个角接触球轴承安装在倾转支座301内，第一空心轴302c的上端外周加工有外花键，第一空心轴302c的外花键与第一行星齿轮系302d的第一太阳轮302d-1啮合，带动第一太阳轮302d-1旋转，从而带动第一行星齿轮系302d的第一行星轮302d-2旋转，而第一行星齿轮系302d的五个第一行星轮302d-2安装于第一行星架302d-3上，带动第一行星架302d-3旋转，第一行星架302d-3上端作为第二空心轴302e，其外周加工有花键、并作为第二行星齿轮系302f的第二太阳轮，带动第二行星齿轮系302f的第二行星轮302f-1旋转，第二行星齿轮系302f的五个第二行星轮302f-1安装于第二行星架302f-2上，带动第二行星架302f-2旋转，第二行星架302f-2上端设置外花键与旋翼轴303连接，带动旋翼轴303旋转。

需要说明的是，大减速比下考虑到齿轮、轴承等的强度刚度要求，需要设置多级减速。本发明通过多轮计算迭代，做出在满足强度刚度条件下，设计出重量最轻且减速级最优的传动系统，满足高效率传动的要求。

进一步的，倾转支座301的顶端和中部均设有安装座301a，顶端的安装座301a用以安装桨毂系统中的防扭臂，中部的安装座301a用以旋翼700系统的直线舵机。

具体的，顶部设计两个安装座301a，中部设计三个安装座301a。

需要说明的是，如此设计可承受旋翼700带给舵机的集中载荷。

进一步的，倾转作动子系统400包括铰接在倾转支座301上的第一铰支座401和铰接在发房600上的第二铰支座402，第一铰支座401与第二铰支座402经机电作动组件403相连，机电作动组件403包括连接在机电作动器403a输出端的螺杆403b，螺杆403b上螺纹连接有螺套403c，机电作动器403a铰接在第一铰支座401上，螺套403c铰接在第二铰支座402上。

具体的，第一铰支座401安装在倾转支座301中部。

需要说明的是，机电作动器403a旋转带动螺杆403b转动，带动螺套403c在螺杆403b上运动，实现第一铰支座401与第二铰支座402之间距离的调整，从而实现倾转支座301的转动，由于转动部件较少，通过机电作动器403a即可实现倾转功能，增强可靠性。

进一步的，发动机输出换向减速子系统100、中间并车子系统200、倾转换向减速子系统300由机翼端部至机身依次分布。

需要说明的是，如此设计，根据有利于发动机800的安装与布局，提高可靠性。

进一步的，发动机输出换向减速子系统100、中间并车子系统200、倾转换向减速子系统300以及倾转作动子系统400均安装在发房600内。

进一步的，倾转支座301的正面设有锥形回油盖301b。

如此设计在倾转支座301处于0°时方便回油。

综上，如图9-10所示，大型倾转旋翼机传动系统安装于倾转旋翼机两侧发房600中，其输出端与旋翼700系统相连接。两侧发房600固定于机翼上，机翼作为上单翼固定于机身上，每侧的传动系统通过端面与安装于发房600内部的发动机800连接，当单侧发动机800启动时，发动机800带动单侧传动系统齿轴旋转，经两级锥齿轮换向减速，两级行星齿轮减速后将功率传递至旋翼700系统，带动旋翼700旋转。同时复合材料同步轴500一并旋转，通过另一侧传动系统中间并车子系统200带动另一侧旋翼700旋转，此时另一侧超越离合器102发挥作用，断开中间并车子系统200与未启动侧发动机800的连接；另一侧发动机800启动后，各自发动机800带动各自侧旋翼700旋转，并通过中间复合材料同步轴500实现旋翼700转速一致的结果。

当正常工作时，复合材料同步轴500同步转动，机械同步；当倾转旋翼700机由直升机模式转为巡航模式时，倾转作动子系统400作为动力，驱动倾转换向减速子系统300完成90°-0°的倾转；当两侧发动机800出现转速差时，低速发动机800侧超越离合器102工作，高速侧发动机800带动两侧旋翼700转动，负荷增加，旋翼700降速直至两侧发动机800转速平衡。当单侧发动机800故障时，超越离合器102断开故障侧发动机800，正常侧发动机800带动两侧旋翼700同步旋转。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大型倾转旋翼机传动系统，包括左侧传动系统与右侧传动系统，所述左侧传动系统与右侧传动系统结构相同、且对称设置在机翼两端；其特征在于，所述左侧传动系统包括：

发动机输出换向减速子系统（100）， 用以将发动机（800）输出动力传输给中间并车子系统（200），包括减速换向装置（101）和超越离合器（102），所述减速换向装置（101）的输入端与发动机（800）的输出端传动连接，所述减速换向装置（101）的输出端与超越离合器（102）的输入端传动连接，所述超越离合器（102）的输出端与中间并车子系统（200）的输入端传动连接；所述减速换向装置（101）包括输入轴（101a）和输出轴（101b），所述输入轴（101a）与发动机（800）输出端传动连接，所述输入轴（101a）上套设有第一输入锥齿轮（101c），所述输出轴（101b）连接第二输入锥齿轮（101d），第一输入锥齿轮（101c）与第二输入锥齿轮（101d）啮合，所述输出轴（101b）与超越离合器（102）的输入端传动连接；

中间并车子系统（200），用以同步左右两传动系统的输出转速，包括传动轴（201），传动轴（201）的两端均为花键轴，所述传动轴（201）通过齿轮组（202）与同步轴（500）传动连接；

倾转换向减速子系统（300），用以控制旋翼（700）转动，包括可转动安装在发房（600）内的倾转支座（301），所述倾转支座（301）内设置有减速齿轮装置（302）和旋翼轴（303），所述减速齿轮装置（302）的输入端与传动轴（201）的输出端传动连接，所述减速齿轮装置（302）与旋翼轴（303）的输入端传动连接，所述减速齿轮装置（302）包括设置在倾转支座（301）内的第一输出锥齿轮（302a）、第二输出锥齿轮（302b），所述第一输出锥齿轮（302a）、第二输出锥齿轮（302b）啮合，所述第二输出锥齿轮（302b）同步套设在第一空心轴（302c）外周，第一空心轴（302c）的上端与第一行星齿轮系（302d）传动连接，第一行星齿轮系（302d）的行星轮与第二空心轴（302e）下端同步连接，第二空心轴（302e）的上端与第二行星齿轮系（302f）传动连接，第二行星齿轮系（302f）的行星轮与第三空心轴（302g）同步连接，第三空心轴（302g）与旋翼轴（303）传动连接；

发动机800的动力传输依次为：发动机（800）至减速换向装置（101）至传动轴（201）至减速齿轮装置（302）至旋翼轴（303）至旋翼（700）；

倾转作动子系统（400），用以控制倾转支座（301）转动。

2.根据权利要求1所述的一种大型倾转旋翼机传动系统，其特征在于，所述齿轮组（202）为多个互相啮合的圆柱直齿轮，所述圆柱直齿轮的直径从传动轴（201）至同步轴（500）由小到大分布。

3.根据权利要求2所述的一种大型倾转旋翼机传动系统，其特征在于，位于中部的一圆柱直齿轮的转轴（202a）一端伸出并套设皮带轮（202b），用以给散热器提供功率。

4.根据权利要求1所述的一种大型倾转旋翼机传动系统，其特征在于，所述倾转支座（301）的顶端和中部均设有安装座（301a），顶端的安装座（301a）用以安装桨毂系统中的防扭臂，中部的安装座（301a）用以旋翼（700）系统的直线舵机。

5.根据权利要求1所述的一种大型倾转旋翼机传动系统，其特征在于，所述倾转作动子系统（400）包括铰接在倾转支座（301）上的第一铰支座（401）和铰接在发房（600）上的第二铰支座（402），所述第一铰支座（401）与第二铰支座（402）经机电作动组件（403）相连，所述机电作动组件（403）包括连接在机电作动器（403a）输出端的螺杆（403b），螺杆（403b）上螺纹连接有螺套（403c），机电作动器（403a）铰接在第一铰支座（401）上，所述螺套（403c）铰接在第二铰支座（402）上。

6.根据权利要求1所述的一种大型倾转旋翼机传动系统，其特征在于，所述发动机输出换向减速子系统（100）、中间并车子系统（200）、倾转换向减速子系统（300）由机翼端部至机身依次分布。

7.根据权利要求1所述的一种大型倾转旋翼机传动系统，其特征在于，所述发动机输出换向减速子系统（100）、中间并车子系统（200）、倾转换向减速子系统（300）以及倾转作动子系统（400）均安装在发房（600）内。

8.根据权利要求1所述的一种大型倾转旋翼机传动系统，其特征在于，所述倾转支座（301）的正面设有锥形回油盖（301b）。

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