CN117404429A - 锥齿轮共轴异速传动装置及其应用 - Google Patents

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CN117404429A CN202311249318.9A CN202311249318A CN117404429A CN 117404429 A CN117404429 A CN 117404429A CN 202311249318 A CN202311249318 A CN 202311249318A CN 117404429 A CN117404429 A CN 117404429A
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Abstract

本发明公开了锥齿轮共轴异速传动装置，包括上下设置的上箱体和下箱体，上箱体顶部和下箱体底部分别设置有上箱盖和下箱盖，上箱体和下箱体中均设置有支撑体，还包括设置在上箱体和下箱体中的轮系结构，轮系结构包括内旋翼轴轮组、外旋翼轴轮组和两组传动轴轮组，两组传动轴轮组通过直齿锥齿轮分别与内旋翼轴轮组、外旋翼轴轮组传动连接。本发明解决了现有共轴异速传动装置存在的结构复杂且轴系刚度差的问题。本发明还公开了锥齿轮共轴异速传动装置的应用，将本发明的锥齿轮共轴异速传动装置应用于直升机内外旋翼传动系统中，从传动轴传递的转矩经过锥齿轮共轴异速传动装置的转换实现直升机内外旋翼同时旋转。

Description

锥齿轮共轴异速传动装置及其应用
技术领域
本发明属于齿轮结构传动装置技术领域，涉及锥齿轮共轴异速传动装置，还涉及锥齿轮共轴异速传动装置的应用。
背景技术
共轴异速传动装置在直升机传动系统中被广泛采用。通常有三种传动构型用于实现共轴反转输出：以圆柱齿轮为基础的构型、以差动轮系为基础的构型，以及以面齿轮为基础的构型。共轴异速传动系统的原理是通过共轴反转的两副旋翼实现悬停和爬升，而通过尾推进桨实现高速前飞。相比起旋翼需要倾转的相对倾转式旋翼机，共轴异速传动系统具有更高的可靠性。然而，传统的圆柱齿轮共轴反转装置中，用于实现共轴反转输出的圆柱齿轮是大尺寸薄辐板结构，当承受大载荷时容易发生较大的齿轮辐板弹性变形，从而导致偏载和影响齿轮啮合。传统的差动轮系装置具有零件数多、结构复杂、配齿设计和制造安装困难等问题，而且内旋翼轴孔径受太阳轮尺寸限制，不便于上旋翼内操纵机构的布置。近年来，研究人员提出了一种以面齿轮为基础实现共轴反转输出的装置，它不仅具有结构设计简单、零件数较少、结构紧凑等优点而且可以减少主减高度尺寸。然而，由于面齿轮受根切和齿顶变尖的限制，其承载能力有限，目前制造高性能的面齿轮仍然面临困难，尚未实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供锥齿轮共轴异速传动装置，解决现有共轴异速传动装置存在的结构复杂且轴系刚度差的问题。
本发明的目的是提供锥齿轮共轴异速传动装置的应用，实现共轴异速和增扭。
本发明所采用的第一种技术方案是，锥齿轮共轴异速传动装置，包括上下设置的上箱体和下箱体，上箱体顶部和下箱体底部分别设置有上箱盖和下箱盖，上箱体和下箱体中均设置有支撑体，还包括设置在上箱体和下箱体中的轮系结构，轮系结构位于支撑体与上箱体之间或支撑体与下箱体之间，轮系结构包括内旋翼轴轮组、外旋翼轴轮组和两组传动轴轮组，两组传动轴轮组通过直齿锥齿轮分别与内旋翼轴轮组、外旋翼轴轮组传动连接。
本发明的特点还在于，
上箱体和下箱体为大小相同的圆柱体形状，上箱体和下箱体通过螺栓螺母固定连接。
内旋翼轴轮组包括位于上箱体和下箱体轴线上的内旋翼轴，内旋翼轴下部设置有轴肩，内旋翼轴轴肩一侧依次套有内旋翼轴直齿锥齿轮、套筒a、圆锥滚子轴承a，另一侧套有双列圆锥滚子轴承、锁紧螺母、推力球轴承、轴承端盖b，轴承端盖b套在内旋翼轴底端，轴承端盖b与下箱盖固定连接，内旋翼轴顶端穿过上箱盖位于上箱体外部，内旋翼轴靠近其顶端位置且向其顶端方向依次套接有深沟球轴承a和轴承端盖a。
两组传动轴轮组相对且呈对称设置，传动轴轮组包括与内旋翼轴垂直的传动轴，传动轴位于上箱体、下箱体连接处的平面上，传动轴设置有轴肩，传动轴轴肩一侧依次套有传动轴直齿锥齿轮、套筒b、深沟球轴承b，另一侧套有圆锥滚子轴承e、套筒e、圆锥滚子轴承f、轴承盖，轴承盖固定连接在上箱体、下箱体外壁，内旋翼轴直齿锥齿轮与两个传动轴直齿锥齿轮同时啮合。
深沟球轴承a和轴承端盖a之间设置有唇形密封a，圆锥滚子轴承f(20)与上箱体、下箱体内壁之间设置有唇形密封b。
外旋翼轴轮组包括套于内旋翼轴外中上部的外旋翼轴，外旋翼轴底端伸入上箱体支撑体开设的轴承固定孔，顶端伸出上箱盖，外旋翼轴设置有轴肩，外旋翼轴轴肩一侧外套有圆锥滚子轴承b，圆锥滚子轴承b位于外旋翼轴轴肩下方，另一侧依次设置外旋翼轴直齿锥齿轮、套筒c、圆锥滚子轴承d、轴承盖端b，外旋翼轴直齿锥齿轮与两个传动轴直齿锥齿轮同时啮合，直齿圆锥齿轮、套筒c、圆锥滚子轴承d均位于上箱体内，轴承盖端b位于上箱体外部且与上箱盖固定连接。
外旋翼轴轴顶端通过螺纹连接有轴承安装座，轴承安装座上设置有轴承安装体，深沟球轴承a设置在轴承安装体中，轴承安装体顶部设置有外螺纹，轴承安装体的外螺纹与轴承端盖a设置的内螺纹连接。
圆锥滚子轴承d与上箱盖之间设置有唇形密封c。
本发明所采用的第二种技术方案是，锥齿轮共轴异速传动装置的应用，将本发明的锥齿轮共轴异速传动装置应用于直升机内外旋翼传动系统中，从传动轴传递的转矩经过锥齿轮共轴异速传动装置的转换实现直升机内外旋翼同时旋转。
本发明的特点还在于，
直升机内外旋翼传动系统包括依次连接的第一主减速器、第一液力耦合器和第一主引擎，还包括第二主减速器、第二液力耦合器和第二主引擎，还包括外旋翼轴、外旋翼螺旋桨、内旋翼轴、内旋翼螺旋桨，两个传动轴直齿锥齿轮分别与第一主减速器、第二主减速器连接，外旋翼轴直齿锥齿轮与外旋翼轴连接，内旋翼轴直齿锥齿轮与内旋翼轴连接，输入扭矩经第一主减速器、第二主减速器分别传递到两个传动轴直齿锥齿轮，两个传动轴直齿锥齿轮通过相邻的齿轮副将转矩传递到内旋翼轴直齿锥齿轮和外旋翼轴直齿锥齿轮，传递到外旋翼轴直齿锥齿轮的扭矩经过外旋翼轴输出到外旋翼螺旋桨，传递到内旋翼轴直齿锥齿轮的扭矩经过内旋翼轴输出到内旋翼螺旋桨。
本发明的有益效果是：
本发明锥齿轮共轴异速传动装置，解决了现有共轴异速传动装置存在的结构复杂，安装困难，零件数多的问题，本发明通过直齿锥齿轮实现四组轮组的传动平稳，承载能力强，可实现多台发动机并车，结构紧凑，体积小，重量轻，易加工，功能丰富等优点，便于推广使用。
本发明锥齿轮共轴异速传动装置的应用，将本发明的锥齿轮共轴异速传动装置应用于直升机内外旋翼传动系统，在整个系统中起到实现共轴异速和增扭，从传动轴传递的转矩经过装置的转换实现内外旋翼同时旋转，可满足直升机共轴异速运动的需求。在整个系统中起到实现共轴异速和增扭，从传动轴传递的转矩经过装置的转换实现内外旋翼同时旋转，可满足直升机共轴异速运动的需求。
附图说明
图1是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的结构示意图；
图2是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的爆炸图；
图3是本发明锥齿轮共轴异速传动装置上箱体结构示意图；
图4是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的下箱体结构示意图；
图5是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的下箱盖结构示意图；
图6是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的上箱盖结构示意图；
图7是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的内旋翼轴结构示意图；
图8是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的内旋翼轴直齿锥齿轮结构示意图；
图9是本发明锥齿轮共轴异速传动装置中的传动轴结构示意图；
图10是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的传动轴直齿锥齿轮结构示意图；
图11是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的外旋翼轴结构示意图；
图12是本发明锥齿轮共轴异速传动装置的外旋翼轴直齿锥齿轮结构示意图；
图13直升机内外旋翼传动系统的结构框图。
图中，1.轴承端盖a，2.唇形密封a，3.深沟球轴承a，4.轴承安装体，5.轴承安装座，6.轴承盖端b，7.上箱盖，9.外旋翼轴，10.唇形密封c，11.圆锥滚子轴承d，12.套筒c，13.外旋翼轴直齿锥齿轮，14.圆锥滚子轴承b，15.深沟球轴承b，16.套筒b，17.传动轴直齿锥齿轮，18.圆锥滚子轴承e，19.套筒e，20.圆锥滚子轴承f，21.唇形密封b，22.传动轴，23.传动轴轴承端盖a，24.内旋翼轴，25.上箱体，26.圆锥滚子轴承a，27.套筒a，28.内旋翼轴直齿锥齿轮，29.双列圆锥滚子轴承，30.锁紧螺母，31.推力球轴承，32.下箱体，33.下箱盖，35.轴承端盖b，36.第一主减速器，37.液力耦合器，38.第一主引擎，39.第二主减速器，40.液力耦合器，41.第二主引擎，42.内旋翼螺旋桨，43.外旋翼螺旋桨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种锥齿轮共轴异速传动装置，如图1-2所示，包括上下设置的上箱体25和下箱体32，如图3和图4所示，上箱体25和下箱体32为大小相同的圆柱体形状，上箱体25和下箱体32通过螺栓螺母固定连接，如图5和图6所示，上箱体25顶部和下箱体32底部分别设置有上箱盖7和下箱盖33，上箱体25和下箱体32中均设置有支撑体，还包括设置在上箱体25和下箱体32中的轮系结构，轮系结构位于支撑体与上箱体25之间或支撑体与下箱体32之间，轮系结构包括内旋翼轴轮组、外旋翼轴轮组和两组传动轴轮组，两组传动轴轮组通过直齿锥齿轮分别与内旋翼轴轮组、外旋翼轴轮组传动连接。
在上箱体25中，为利于外旋翼轴9的布置，上箱体25内部设有支撑体，其中央为轴承固定孔与箱体同轴设置，沿轴承固定孔的径向方向有与上箱体25内壁连接的矩形支撑体，在其径向方向设有轴承固定孔。下箱体32中共设置三部分支撑体，一部分在其中央为内旋翼轴24轴承固定孔与下箱体32同轴设置，在固定孔的径向方向有矩形支撑体与箱体连接，另外两部分为传动轴22的轴承固定孔与下箱体32两侧轴承固定孔同轴设置，径向方向设置矩形支撑体与下箱体32内壁连接。
实施例2
本实施例提供一种锥齿轮共轴异速传动装置，在实施例1的基础上，内旋翼轴轮组包括位于上箱体和下箱体轴线上的内旋翼轴24，如图7所示，内旋翼轴24下部设置有轴肩，内旋翼轴24轴肩一侧向该侧轴端方向依次套有内旋翼轴直齿锥齿轮28(如图8所示)、套筒a27、圆锥滚子轴承a26，另一侧向该侧轴端方向依次套有双列圆锥滚子轴承29、锁紧螺母30、推力球轴承31、轴承端盖b35，轴承端盖b35套在内旋翼轴24底端，轴承端盖b35与下箱盖33固定连接，内旋翼轴24顶端穿过上箱盖7位于上箱体25外部，内旋翼轴24靠近其顶端位置且向其顶端方向依次套接有深沟球轴承a3和轴承端盖a1，深沟球轴承a3和轴承端盖a1之间设置有唇形密封a2。
实施例3
本实施例提供一种锥齿轮共轴异速传动装置，在实施例1和实施例2的基础上，两组传动轴轮组相对且呈对称设置，传动轴轮组包括与内旋翼轴24垂直的传动轴22，传动轴22位于上箱体25、下箱体32连接处的平面上，如图9所示，传动轴22设置有轴肩，传动轴22轴肩一侧向该侧轴端方向依次套有传动轴直齿锥齿轮17(如图10所示)、套筒b16、深沟球轴承b15，另一侧向该侧轴端方向依次套有圆锥滚子轴承e18、套筒e19、圆锥滚子轴承f20、轴承盖23，圆锥滚子轴承f20与上箱体25、下箱体32内壁之间设置有唇形密封b21，轴承盖23固定连接在上箱体25、下箱体32外壁，内旋翼轴直齿锥齿轮28与两个传动轴直齿锥齿轮17同时啮合。
实施例4
本实施例提供一种锥齿轮共轴异速传动装置，在实施例1-3的基础上，外旋翼轴轮组包括套于内旋翼轴24外中上部的外旋翼轴9，外旋翼轴9底端伸入上箱体25支撑体开设的轴承固定孔，顶端伸出上箱盖7，如图11所示，外旋翼轴9设置有轴肩，外旋翼轴9轴肩一侧外套有圆锥滚子轴承b14，圆锥滚子轴承b14位于外旋翼轴9轴肩下方，另一侧向该侧轴端方向依次设置外旋翼轴直齿锥齿轮13(如图12所示)、套筒c12、圆锥滚子轴承d11、轴承盖端b6，圆锥滚子轴承d11与上箱盖7之间设置有唇形密封c10，外旋翼轴直齿锥齿轮13与两个传动轴直齿锥齿轮17同时啮合，外旋翼轴直齿锥齿轮13、套筒c12、圆锥滚子轴承d11均位于上箱体25内，轴承盖端b6位于上箱体25外部且与上箱盖7固定连接。
外旋翼轴9轴顶端通过螺纹连接有轴承安装座5，轴承安装座5上设置有轴承安装体4，深沟球轴承a3设置在轴承安装体4中，轴承安装体4顶部设置有外螺纹，轴承安装体4的外螺纹与轴承端盖a1设置的内螺纹连接。
本发明锥齿轮共轴异速传动装置的传动轴22、内旋翼轴24、外旋翼轴9和各直齿锥齿轮结构中，各直齿锥齿轮与对应的轴均采用花键连接，直齿锥齿轮可满足一般的传动要求，在对传动性能要求较高的场合可更换为零度弧齿锥齿轮。将输入部分与传动轴22相连，既可一台发动机驱动内外旋翼实现共轴异速或两台发动机驱动实现内外旋翼共轴异速等情况。本装置的润滑方式是采用油管将润滑油直接喷向相邻齿轮的啮合部位。齿轮箱各部分装配完成后要检查整体的密封性，以免使用过程中润滑油泄露。
本发明锥齿轮共轴异速传动装置的工作原理具体如下：
锥齿轮相互啮合时，其旋向必然是同时指向或背离啮合点。本装置利用此原理，通过布置四组锥齿轮传动轮组，实现内外旋翼轴齿轮的旋向相反。在轴系部分，通过将内旋翼轴空套外旋翼轴实现旋翼的共轴。利用加工的花键将内外旋翼轴齿轮与内外旋翼轴进行配合，实现共轴旋转的功能。同时为提升轴系刚度和便于各部分零件的安装，为零件设置箱体，并在箱体内部为轴系设置支撑体。
通过上述内容可知，本发明锥齿轮共轴异速传动装置是一种锥齿轮共轴异速传动装置，其主要特点在于实现内外旋翼的共轴旋转。在箱体部分，上下箱体内部布置四组支撑体，避免轴系的悬臂支撑，提升其支撑刚度，将箱体从上到下分为四个部分，便于内部零件的安装。在轴系部分，通过锥齿轮相互啮合，实现从发动机到输出轴的扭矩传递并改变内外旋翼轴的旋向。在各轴配合处均加工花键，便于其与各传动件配合。
实施例5
本实施例提供一种锥齿轮共轴异速传动装置的应用，将实施例4的锥齿轮共轴异速传动装置应用于直升机内外旋翼传动系统中，如图13所示，直升机内外旋翼传动系统包括依次连接的第一主减速器36、第一液力耦合器37和第一主引擎38，还包括第二主减速器39、第二液力耦合器40和第二主引擎41，还包括外旋翼轴、外旋翼螺旋桨42、内旋翼轴、内旋翼螺旋桨43，两个传动轴直齿锥齿轮17分别与第一主减速器36、第二主减速器39连接，外旋翼轴直齿锥齿轮13与外旋翼轴连接，内旋翼轴直齿锥齿轮28与内旋翼轴连接，输入扭矩经第一主减速器36、第二主减速器39分别传递到两个传动轴直齿锥齿轮17，两个传动轴直齿锥齿轮17通过相邻的齿轮副将转矩传递到内旋翼轴直齿锥齿轮28和外旋翼轴直齿锥齿轮13，传递到外旋翼轴直齿锥齿轮13的扭矩经过外旋翼轴输出到外旋翼螺旋桨42，传递到内旋翼轴直齿锥齿轮28的扭矩经过内旋翼轴输出到内旋翼螺旋桨43，即从传动轴22传递的转矩经过锥齿轮共轴异速传动装置的转换实现直升机内外旋翼同时旋转。

Claims (10)

1.锥齿轮共轴异速传动装置，其特征在于，包括上下设置的上箱体(25)和下箱体(32)，所述上箱体(25)顶部和下箱体(32)底部分别设置有上箱盖(7)和下箱盖(33)，所述上箱体(25)和下箱体(32)中均设置有支撑体，还包括设置在上箱体(25)和下箱体(32)中的轮系结构，所述轮系结构位于支撑体与上箱体(25)之间或支撑体与下箱体(32)之间，所述轮系结构包括内旋翼轴轮组、外旋翼轴轮组和两组传动轴轮组，所述两组传动轴轮组通过直齿锥齿轮分别与内旋翼轴轮组、外旋翼轴轮组传动连接。
2.根据权利要求1所述的锥齿轮共轴异速传动装置，其特征在于，所述上箱体(25)和下箱体(32)为大小相同的圆柱体形状，所述上箱体(25)和下箱体(32)通过螺栓螺母固定连接。
3.根据权利要求1所述的锥齿轮共轴异速传动装置，其特征在于，所述内旋翼轴轮组包括位于上箱体和下箱体轴线上的内旋翼轴(24)，所述内旋翼轴(24)下部设置有轴肩，所述内旋翼轴(24)轴肩一侧依次套有内旋翼轴直齿锥齿轮(28)、套筒a(27)、圆锥滚子轴承a(26)，另一侧套有双列圆锥滚子轴承(29)、锁紧螺母(30)、推力球轴承(31)、轴承端盖b(35)，所述轴承端盖b(35)套在内旋翼轴(24)底端，所述轴承端盖b(35)与下箱盖(33)固定连接，所述内旋翼轴(24)顶端穿过上箱盖(7)位于上箱体(25)外部，所述内旋翼轴(24)靠近其顶端位置且向其顶端方向依次套接有深沟球轴承a(3)和轴承端盖a(1)。
4.根据权利要求3所述的锥齿轮共轴异速传动装置，其特征在于，两组所述传动轴轮组相对且呈对称设置，所述传动轴轮组包括与内旋翼轴(24)垂直的传动轴(22)，所述传动轴(22)位于上箱体(25)、下箱体(32)连接处的平面上，所述传动轴(22)设置有轴肩，所述传动轴(22)轴肩一侧依次套有传动轴直齿锥齿轮(17)、套筒b(16)、深沟球轴承b(15)，另一侧套有圆锥滚子轴承e(18)、套筒e(19)、圆锥滚子轴承f(20)、轴承盖(23)，所述轴承盖(23)固定连接在上箱体(25)、下箱体(32)外壁，所述内旋翼轴直齿锥齿轮(28)与两个传动轴直齿锥齿轮(17)同时啮合。
5.根据权利要求4所述的锥齿轮共轴异速传动装置，其特征在于，所述深沟球轴承a(3)和轴承端盖a(1)之间设置有唇形密封a(2)，所述圆锥滚子轴承f(20)与上箱体(25)、下箱体(32)内壁之间设置有唇形密封b(21)。
6.根据权利要求4所述的锥齿轮共轴异速传动装置，其特征在于，所述外旋翼轴轮组包括套于内旋翼轴(24)外中上部的外旋翼轴(9)，所述外旋翼轴(9)底端伸入上箱体(25)支撑体开设的轴承固定孔，顶端伸出上箱盖(7)，所述外旋翼轴(9)设置有轴肩，所述外旋翼轴(9)轴肩一侧外套有圆锥滚子轴承b(14)，所述圆锥滚子轴承b(14)位于外旋翼轴(9)轴肩下方，另一侧依次设置外旋翼轴直齿锥齿轮(13)、套筒c(12)、圆锥滚子轴承d(11)、轴承盖端b(6)，所述外旋翼轴直齿锥齿轮(13)与两个传动轴直齿锥齿轮(17)同时啮合，所述外旋翼轴直齿圆锥齿轮(13)、套筒c(12)、圆锥滚子轴承d(11)均位于上箱体(25)内，所述轴承盖端b(6)位于上箱体(25)外部且与上箱盖(7)固定连接。
7.根据权利要求6所述的锥齿轮共轴异速传动装置，其特征在于，外旋翼轴(9)轴顶端通过螺纹连接有轴承安装座(5)，轴承安装座(5)上设置有轴承安装体(4)，所述深沟球轴承a(3)设置在轴承安装体(4)中，所述轴承安装体(4)顶部设置有外螺纹，所述轴承安装体(4)的外螺纹与轴承端盖a(1)设置的内螺纹连接。
8.根据权利要求6所述的锥齿轮共轴异速传动装置，其特征在于，所述圆锥滚子轴承d(11)与上箱盖(7)之间设置有唇形密封c(10)。
9.锥齿轮共轴异速传动装置的应用，其特征在于，将如权利要求7所述的锥齿轮共轴异速传动装置应用于直升机内外旋翼传动系统中，从传动轴(22)传递的转矩经过锥齿轮共轴异速传动装置的转换实现直升机内外旋翼同时旋转。
10.根据权利要求9述的锥齿轮共轴异速传动装置的应用，其特征在于，直升机内外旋翼传动系统包括依次连接的第一主减速器(36)、第一液力耦合器(37)和第一主引擎(38)，还包括第二主减速器(39)、第二液力耦合器(40)和第二主引擎(41)，还包括外旋翼轴、外旋翼螺旋桨(42)、内旋翼轴、内旋翼螺旋桨(43)，两个所述传动轴直齿锥齿轮(17)分别与第一主减速器(36)、第二主减速器(39)连接，所述外旋翼轴直齿锥齿轮(13)与外旋翼轴连接，所述内旋翼轴直齿锥齿轮(28)与内旋翼轴连接，输入扭矩经第一主减速器(36)、第二主减速器(39)分别传递到两个所述传动轴直齿锥齿轮(17)，两个所述传动轴直齿锥齿轮(17)通过相邻的齿轮副将转矩传递到内旋翼轴直齿锥齿轮(28)和外旋翼轴直齿锥齿轮(13)，传递到外旋翼轴直齿锥齿轮(13)的扭矩经过外旋翼轴输出到外旋翼螺旋桨(42)，传递到内旋翼轴直齿锥齿轮(28)的扭矩经过内旋翼轴输出到内旋翼螺旋桨(43)。
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