CN205593746U - 锥齿轮副试验机构、试验齿轮箱及航空发动机测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锥齿轮副试验机构、试验齿轮箱及航空发动机测试装置，涉及航空发动机技术领域。解决了现有技术存在试验设备成本高的技术问题。该锥齿轮副试验机构，包括陪试主动齿轮以及陪试从动齿轮，陪试主动齿轮与试验从动齿轮规格相同且通过传动轴形成驱动连接；试验从动齿轮与试验主动齿轮相啮合；陪试主动齿轮与陪试从动齿轮相啮合，且陪试主动齿轮与陪试从动齿轮相啮合的位置以及试验从动齿轮与试验主动齿轮相啮合的位置分别位于传动轴的转动轴线的两侧。该试验齿轮箱及航空发动机测试装置各自均包括本实用新型提供的锥齿轮副试验机构。本实用新型用于降低试验设备的成本，缩短试验的准备时间。

Description

锥齿轮副试验机构、试验齿轮箱及航空发动机测试装置

技术领域

本实用新型涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种锥齿轮副试验机构、设置该锥齿轮副试验机构的试验齿轮箱及设置该试验齿轮箱的航空发动机测试装置。

背景技术

航空发动机中央传动锥齿轮为发动机附件传动提供动力，长期运行在高速、重载工况下，因航空发动机对部件重量、结构空间有严格的限制，导致中央传动齿轮单元设计时强度余度小，容易产生行波振动、扭转振动和疲劳失效，设计完成后往往需要进行大量动力学试验(固有频率、振型和动应力测量)和疲劳试验。

现有航空发动机锥齿轮试验器一般采用电封闭或机械封闭两种结构形式，其中机械封闭的结构形式应用更为广泛。

本申请人发现：现有技术至少存在以下技术问题：

如图1所示，现有技术中，锥齿轮试验器中陪试主动齿轮与陪试从动齿轮相啮合的位置以及试验从动齿轮与试验主动齿轮相啮合的位置分别位于传动轴的转动轴线的同一侧(图1中为右侧)即同侧分布试验主动齿轮和陪试从动齿轮。该结构通过加载器3施加试验所需的载荷，电机输出功率补偿系统运行因摩擦、润滑所损耗的能量；此结构形式适用于正交锥齿轮；若被试锥齿轮轴交角非正交(假设夹角为α)，同侧分布的结构形式需设计制造专用陪试齿轮(包括陪试从动齿轮以及陪试主动齿轮)且需满足陪试齿轮轴交角须为180°-α的要求；显然，对非正交锥齿轮此结构形式试验器通用性很差，每一轴交角的锥齿轮都要设计、试制一对与之匹配的陪试齿轮，这就大大增加了试验成本和试验准备时间。

实用新型内容

本实用新型的至少一个目的是提出一种锥齿轮副试验机构、试验齿轮箱及航空发动机测试装置，解决了现有技术存在试验设备成本高的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的锥齿轮副试验机构，包括陪试主动齿轮以及陪试从动齿轮，其中：

所述陪试主动齿轮与试验从动齿轮规格相同且通过传动轴形成驱动连接；所述试验从动齿轮与试验主动齿轮相啮合；

所述陪试主动齿轮与所述陪试从动齿轮相啮合，且所述陪试主动齿轮与所述陪试从动齿轮相啮合的位置以及所述试验从动齿轮与所述试验主动齿轮相啮合的位置分别位于所述传动轴的转动轴线的两侧。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述陪试从动齿轮与所述试验主动齿轮为规格相同的锥齿轮。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述试验主动齿轮的转动轴线与所述陪试从动齿轮的转动轴线平行。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述试验从动齿轮的转动轴线与所述试验主动齿轮的转动轴线之间的夹角为锐角或钝角(锐角或钝角在该领域可称为：非正交角)。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述传动轴包括第一轴段、联轴器以及第二轴段，其中：所述第一轴段通过所述联轴器与所述第二轴段驱动连接；

所述试验从动齿轮与所述第一轴段驱动连接，所述第二轴段与所述陪试主动齿轮驱动连接。

本实用新型实施例提供的试验齿轮箱，包括试验动力输入轴、试验动力输出轴、试验主动齿轮、试验从动齿轮以及本实用新型任一技术方案提供的锥齿轮副试验机构，其中：

所述试验动力输入轴与所述试验主动齿轮驱动连接；所述陪试从动齿轮与所述试验动力输出轴驱动连接。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述试验动力输入轴上设置有用于对所述试验动力输入轴施加载荷的加载器。

本实用新型实施例提供的航空发动机测试装置，包括设备齿轮箱以及本实用新型任一技术方案提供的试验齿轮箱，其中:

所述设备齿轮箱的驱动力输出轴与所述试验齿轮箱的试验动力输入轴相连；所述设备齿轮箱的回馈动力输入轴与所述试验齿轮箱的试验动力输出轴相连。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述设备齿轮箱包括输入齿轮、中间齿轮以及输出齿轮，其中：

所述中间齿轮分别与所述输入齿轮、所述输出齿轮相啮合；

所述输出齿轮与所述设备齿轮箱的驱动力输出轴驱动连接；

所述设备齿轮箱的回馈动力输入轴与所述输入齿轮驱动连接。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述航空发动机测试装置还包括电机，所述电机的转轴与所述中间齿轮驱动连接。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果：使用本实用新型提供的锥齿轮副试验机构时，对于非正交轴交角的试验齿轮副而言，由于陪试主动齿轮与试验从动齿轮规格相同，当陪试主动齿轮与陪试从动齿轮相啮合的位置以及试验从动齿轮与试验主动齿轮相啮合的位置分别位于传动轴的转动轴线的两侧(异侧分布试验主动齿轮和陪试从动齿轮)时，陪试从动齿轮可以直接选用与试验主动齿轮齿形、模数相同或齿形、模数、齿数等规格参数均相同的锥齿轮，与现有技术相比，本实用新型至少无需单独设计、制造与试验主动齿轮齿形、模数相匹配的陪试从动齿轮，省去了单独设计、制造与试验主动齿轮齿形、模数匹配的陪试从动齿轮的成本以及耗费的时间，所以解决了现有技术存在试验设备成本高的技术问题，缩短了试验的准备时间。

此外，本实用新型陪试从动齿轮与试验主动齿轮的转向相同，由此在与本实用新型配合的外围设备(例如设备齿轮箱)中可以省略用于改变陪试从动齿轮动力输出方向的转向匹配齿轮，故而更进一步地降低了试验设备成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术提供的同侧分布正交锥齿轮机械封闭试验器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的锥齿轮副试验机构的示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的航空发动机测试装置的示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的航空发动机测试装置内各齿轮的转向传递示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的航空发动机测试装置内各齿轮的力矩传递示意图；

附图标记：1、试验齿轮箱；10、试验主动齿轮；11、试验从动齿轮；12、试验动力输入轴；13、传动轴；14、陪试主动齿轮；15、试验动力输出轴；16、陪试从动齿轮；2、设备齿轮箱；20、输出齿轮；21、中间齿轮；22、输入齿轮；23、驱动力输入轴；24、回馈动力输入轴；25、驱动力输出轴；3、加载器；4、联轴器；5、联轴器；6、电机；7、电机控制装置；8、转向匹配齿轮。

具体实施方式

下面可以参照附图图1～图5以及文字内容理解本实用新型的内容以及本实用新型与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本实用新型的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

本实用新型实施例提供了一种试验设备成本低、方便装卸，有利于设计、制造的锥齿轮副试验机构、试验齿轮箱及航空发动机测试装置。

下面结合图1～图5对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图2～图5所示，本实用新型实施例所提供的锥齿轮副试验机构包括陪试主动齿轮14以及陪试从动齿轮16，其中：

陪试主动齿轮14与试验从动齿轮11规格相同且通过传动轴13形成驱动连接；试验从动齿轮11与试验主动齿轮10相啮合；

陪试主动齿轮14与陪试从动齿轮16相啮合，且陪试主动齿轮14与陪试从动齿轮16相啮合的位置以及试验从动齿轮11与试验主动齿轮10相啮合的位置分别位于传动轴13的两侧即异侧分布试验主动齿轮10和陪试从动齿轮16。

使用本实用新型提供的锥齿轮副试验机构时，对于非正交轴交角的试验齿轮副而言，由于陪试主动齿轮14与试验从动齿轮11规格相同，当陪试主动齿轮14与陪试从动齿轮相啮合的位置以及试验从动齿轮11与试验主动齿轮相啮合的位置分别位于传动轴的转动轴线的两侧(异侧分布陪试主动齿轮14与试验从动齿轮11各自的啮合位置)时，陪试从动齿轮16可以直接选用与试验主动齿轮10齿形、模数相同或齿形、模数、齿数等规格参数均相同的锥齿轮，与现有技术相比，本实用新型至少无需单独设计、制造与试验主动齿轮10齿形、模数相匹配的陪试从动齿轮16，省去了单独设计、制造与试验主动齿轮10齿形、模数匹配的陪试从动齿轮16的成本以及耗费的时间。

图4中使用箭头①～⑧表示了各齿轮的转向，箭头①表示设备(变速)齿轮箱的作为动力输入齿轮的如图3所示中间齿轮21的转向，经过各齿轮之间传递最终设备齿轮箱的动力回馈至作为动力回馈齿轮的输入齿轮22(转向用箭头⑦表示)，动力回馈齿轮带动中间齿轮21转动，从而实现功率封闭。本实用新型陪试从动齿轮16与试验主动齿轮10的转向相同，由此在与本实用新型配合的外围设备(例如设备齿轮箱2)中可以省略用于改变陪试从动齿轮16动力输出方向的转向匹配齿轮，故而更进一步地降低了试验设备成本。

作为可选地实施方式，陪试从动齿轮16与试验主动齿轮10为规格(规格参数包括模数、齿数、齿形等)相同的锥齿轮。此时可以直接使用另一个试验主动齿轮10作为陪试从动齿轮16来使用，由此节省了设计、制造新的陪试从动齿轮16的成本以及耗费的时间。

作为可选地实施方式，试验主动齿轮10的转动轴线与陪试从动齿轮16的转动轴线平行。此时，试验主动齿轮10与陪试从动齿轮16的动力传输方向规则，便于与外围设备(例如设备齿轮箱2)进行匹配。现有技术中同侧分布把试验(被试)主动齿轮10和陪试从动齿轮16分布在传动轴13(或称：中间轴)的同侧，而本实用新型提供的异侧分布把试验主动齿轮10和陪试从动齿轮16分别分布在传动轴13的两侧，可以更为容易地达到任意轴交角锥齿轮的试验齿轮箱1输入、输出轴平行且传动比为1，从而达到简化设备设计、制造，并降低试验成本的目的。

试验从动齿轮11的转动轴线与试验主动齿轮10的转动轴线之间的夹角为锐角或钝角(锐角或钝角在该领域可称为：非正交角)。此时，试验从动齿轮11与试验主动齿轮10共同形成了非正交轴交角的试验齿轮副。非正交轴交角的试验齿轮副适宜应用本实用新型以降低试验设备成本，缩短试验准备时间。

作为可选地实施方式，传动轴13包括第一轴段、联轴器以及第二轴段，其中：第一轴段通过联轴器与第二轴段驱动连接；试验从动齿轮11与第一轴段驱动连接，第二轴段与陪试主动齿轮14驱动连接。该结构的传动轴13便于设计、制造和装配。

本实用新型实施例提供的试验齿轮箱1，包括试验动力输入轴12、试验动力输出轴15、试验主动齿轮10、试验从动齿轮11以及本实用新型任一技术方案提供的锥齿轮副试验机构，其中：

试验动力输入轴12与试验主动齿轮10驱动连接；试验从动齿轮11与试验动力输出轴15驱动连接。

试验齿轮箱1优选为机械封闭式试验齿轮箱，该试验齿轮箱1应用本实用新型任一技术方案提供的锥齿轮副试验机构时，不仅可以节省设备成本，缩短试验准备时间，而且方便加工、制造和装配。

作为可选地实施方式，试验动力输入轴12上设置有用于对试验动力输入轴12施加载荷的加载器3。

图5示意出了各齿轮上的力矩T1-T8。通过加载器3可以改变试验动力输入轴12承担的载荷，进而使其两端产生满足试验所需要的力矩T1、T2以及各齿轮所受力矩，最终变速齿轮箱内的动力输入齿轮即试验主动齿轮10所受力矩T7、T8大小相同，方向相反。

如图3所示，本实用新型实施例提供的航空发动机测试装置，包括设备齿轮箱2以及本实用新型任一技术方案提供的试验齿轮箱1，其中:

设备齿轮箱2的驱动力输出轴25与试验齿轮箱1的试验动力输入轴12相连；设备齿轮箱2的回馈动力输入轴24与试验齿轮箱1的试验动力输出轴15相连。

设备齿轮箱2可以对试验齿轮箱1提供驱动力，并配合试验齿轮箱1进行锥齿轮副试验。航空发动机测试装置适宜采用本实用新型以节省试验设备成本，同时提高试验作业的便捷性，降低制造和装配的难度。

作为可选地实施方式，设备齿轮箱2包括输入齿轮22、中间齿轮21以及输出齿轮20，其中：中间齿轮21分别与输入齿轮22、输出齿轮20相啮合；输出齿轮20与设备齿轮箱2的驱动力输出轴25驱动连接；设备齿轮箱2的回馈动力输入轴24与输入齿轮22驱动连接。

输入齿轮22、中间齿轮21以及输出齿轮20可以接收并利用试验齿轮箱1回馈的动力，并将该动力平稳地传递给试验齿轮箱1以实现动力的重复、循环利用。

作为可选地实施方式，航空发动机测试装置还包括电机6，电机6的转轴(例如：主轴)与中间齿轮21驱动连接。电机6可以为中间齿轮21提供驱动力，该驱动力可以通过中间齿轮21、输入齿轮22带动试验齿轮箱1的运转以克服系统运行摩擦所损耗的转矩，确保系统保持加载器3施加的载荷一直运转。

综上所述，本实用新型与现有技术相比其可以产生的主要技术效果在于：

1、设备结构简单，可靠性高；即使是非正交轴交角被试齿轮，异侧分布可选用与被试齿轮(包括试验主动齿轮、试验从动齿轮)完全一致的陪试齿轮(包括陪试主动齿轮、陪试从动齿轮)，且能满足试验齿轮箱1输入、输出传动比恒为1且输入、输出轴平行的要求，从而设备齿轮箱2只需考虑电机6转速与试验件转速的匹配；并且，异侧分布的设备齿轮箱2无需设置用于转向匹配的定轴传动齿轮，上述优点简化了设备设计、制造、从而可靠性高且配置费用低。

2、对于不同轴交角被试锥齿轮，只需提供与被试齿轮完全一致的陪试齿轮，无需设计专用的与之匹配的陪试齿轮，降低了试验成本，节省了试验准备时间。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

在本实用新型的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等，那么上述术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备、机构、部件或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种锥齿轮副试验机构，其特征在于，包括陪试主动齿轮(14)以及陪试从动齿轮(16)，其中：

所述陪试主动齿轮(14)与试验从动齿轮(11)规格相同且通过传动轴(13)形成驱动连接；

所述试验从动齿轮(11)与试验主动齿轮(10)相啮合；

所述陪试主动齿轮(14)与所述陪试从动齿轮(16)相啮合，且所述陪试主动齿轮(14)与所述陪试从动齿轮(16)相啮合的位置以及所述试验从动齿轮(11)与所述试验主动齿轮(10)相啮合的位置分别位于所述传动轴(13)的转动轴线的两侧。

2.根据权利要求1所述的锥齿轮副试验机构，其特征在于，所述陪试从动齿轮(16)与所述试验主动齿轮(10)为规格相同的锥齿轮。

3.根据权利要求1所述的锥齿轮副试验机构，其特征在于，所述试验主动齿轮(10)的转动轴线与所述陪试从动齿轮(16)的转动轴线平行。

4.根据权利要求1所述的锥齿轮副试验机构，其特征在于，所述试验从动齿轮(11)的转动轴线与所述试验主动齿轮(10)的转动轴线之间的夹角为锐角或钝角。

5.根据权利要求1所述的锥齿轮副试验机构，其特征在于，所述传动轴(13)包括第一轴段、联轴器以及第二轴段，其中：

所述第一轴段通过所述联轴器与所述第二轴段驱动连接；

所述试验从动齿轮(11)与所述第一轴段驱动连接，所述第二轴段与所述陪试主动齿轮(14)驱动连接。

6.一种试验齿轮箱，其特征在于，包括试验动力输入轴(12)、试验动力输出轴(15)、试验主动齿轮(10)、试验从动齿轮(11)以及权利要求1－5任一所述的锥齿轮副试验机构，其中：

所述试验动力输入轴(12)与所述试验主动齿轮(10)驱动连接；所述陪试从动齿轮(16)与所述试验动力输出轴(15)驱动连接。

7.根据权利要求6所述的试验齿轮箱，其特征在于，所述试验动力输入轴(12)上设置有用于对所述试验动力输入轴(12)施加载荷的加载器(3)。

8.一种航空发动机测试装置，其特征在于，包括设备齿轮箱(2)以及权利要求6或7所述的试验齿轮箱(1)，其中:

所述设备齿轮箱(2)的驱动力输出轴(25)与所述试验齿轮箱(1)的试验动力输入轴(12)相连；所述设备齿轮箱(2)的回馈动力输入轴(24)与所述试验齿轮箱(1)的试验动力输出轴(15)相连。

9.根据权利要求8所述的航空发动机测试装置，其特征在于，所述设备齿轮箱(2)包括输入齿轮(22)、中间齿轮(21)以及输出齿轮(20)，其中：

所述中间齿轮(21)分别与所述输入齿轮(22)、所述输出齿轮(20)相啮合；

所述输出齿轮(20)与所述设备齿轮箱(2)的驱动力输出轴(25)驱动连接；

所述设备齿轮箱(2)的回馈动力输入轴(24)与所述输入齿轮(22)驱动连接。

10.根据权利要求9所述的航空发动机测试装置，其特征在于，所述航空发动机测试装置还包括电机(6)，所述电机(6)的转轴与所述中间齿轮(21)驱动连接。