CN207850680U - 一种行星轮系齿轮箱试验台 - Google Patents

Abstract

一种行星轮系齿轮箱试验台，其特征在于，所述试验台包括功率流封闭系统，所述功率流封闭系统包括：试验行星轮系齿轮箱，包括试验行星轮系、第一输入轴、第一输出轴，所述试验行星轮系包括试验太阳轮、试验内齿圈、试验行星轮、试验行星架；陪试行星轮系齿轮箱，包括陪试行星轮系、第二输入轴、第二输出轴，所述陪试行星轮系包括陪试太阳轮、陪试内齿圈、陪试行星轮、陪试行星架；所述试验行星架、所述陪试行星架为静止件，或所述试验内齿圈、所述陪试内齿圈为静止件；所述第一输入轴与第二输入轴连接，所述第一输出轴与所述第二输出轴连接；所述第一输入轴用于接收进入所述功率流封闭系统的输入功率。

Description

一种行星轮系齿轮箱试验台

技术领域

本实用新型涉及航空发动机试验领域，尤其涉及一种行星轮系齿轮箱试验台。

背景技术

高涵道比双转子涡轮风扇发动机自上世纪70年代初投入使用以来，受风扇叶尖切线速度限制，与风扇连接的低压压气机与低压涡轮只能在较低转速运行，从而导致压气机级数增多，重量大且效率低。为解决上述问题，可在由低压压气机及低压涡轮组成的低压转子与风扇转子间安装一套合适的风扇驱动齿轮箱(Fan Drive Gear System,FDGS)，使风扇转子工作于低转速，而低压转子工作于高转速，即为齿轮传动涡扇发动机(GearedTurbofan，GTF)。

GTF的低压轴与风扇由一个风扇驱动齿轮箱连接。风扇驱动齿轮箱的传动部分是一个行星轮系，发动机的低压轴与行星轮系的太阳轮连接，风扇与行星轮系的内齿圈连接，行星轮系的行星轮固定于行星架上。从低压轴传递来的功率通过太阳轮与行星轮啮合以及行星轮与内齿圈啮合传递至发动机风扇，以达到减速的效果。航空领域中的风扇驱动齿轮箱具有尺寸小、转速高、传递功率大等特点。它的这些特点导致其试验试验过程中对试验台的要求高，试验台结构复杂。

目前行星轮系齿轮箱由传动部分和支承部分组成，传动部分包括一个太阳轮、若干个行星轮、一对内齿圈、一个行星架、一个传扭支架、一根太阳轮的轮轴及一根输出轴组成；支承部分由机匣及轴承组成。功率由太阳轮的轮轴传入齿轮箱，通过太阳轮与行星轮的啮合将功率流分为若干路，再通过行星轮与内齿圈的啮合将功率流汇集成一路，最终通过输出轴传出齿轮箱。

尽管计算机分析与仿真模拟技术取得了长足进步，但齿轮箱的实际性能试验仍是必需的步骤。当超过齿轮箱的负荷能力时，会出现多种模式的故障，例如齿断裂、点状腐蚀和微点状腐蚀以及过度磨损甚至变形。除了负荷能力，还有其它重要参数如效率和动力特性需要实验研究。因此，需要允许齿轮箱运行在预定的速度和扭矩条件下的试验设备。在试验过程中，通过此结构齿轮箱的功率需达到齿轮箱的额定功率才能达到验证效果。由于航空业中行星轮系齿轮箱的传递功率大，若要达到其额定功率，对试验台的要求极高。

在运用行星轮系齿轮箱的风电领域中，行星轮系齿轮箱试验台主要由一个驱动电机、一个陪试齿轮箱、一个试验件及一个加载器构成，此试验台的结构简单，但由于试验台中加载到被试齿轮箱的功率受到电机功率的限制，达不到航空领域行星轮系齿轮箱对于转速及功率的要求，因此不适用于航空领域的行星轮系齿轮箱试验。

为了满足行星轮系齿轮箱试验中对于转速、扭矩及功率的要求，现有的试验设备包括能够连接到在试验中的齿轮箱的输入和输出轴的齿轮系统和传动轴，使机械功率能够在由齿轮系统、试验中的齿轮箱和传动轴构成的闭合的机械功率回路中传递，而驱动马达被用于旋转该系统。基于所述闭合的机械功率回路的试验设备提供了显著的优点，驱动马达只需要根据发生在闭合的机械功率回路中的机械功率损耗来定额，降低了对试验电机的要求。除此以外，基于闭合的机械功率回路的试验设备的挑战涉及所需的动力传动机构的尺寸、重量和成本，所述动力传动机构用于与试验中的齿轮箱共同提供闭合的机械功率回路。现有技术的功率封闭环包括三个陪试齿轮箱、一个差动轮系以及一个加载电机，此试验台中含有多个陪试齿轮箱以及一个结构复杂的差动轮系，导致试验台结构过于复杂，大幅增加了试验台分析、搭建及调试的难度，造成了试验风险大、试验台成本高等后果。

因此本领域需要一种在较短功率传递路径内形成功率封闭,减少陪试齿轮箱数量，缩短试验台调试周期，降低试验风险，节约试验成本的行星轮系齿轮箱试验台。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种行星轮系齿轮箱试验台，其具有结构紧凑、易于搭建调试等优点。

根据本实用新型一方面的一种行星轮系齿轮箱试验台，所述试验台包括功率流封闭系统，所述功率流封闭系统包括：

试验行星轮系齿轮箱，包括试验行星轮系、第一输入轴、第一输出轴，所述试验行星轮系包括试验太阳轮、试验内齿圈、试验行星轮、试验行星架；

陪试行星轮系齿轮箱，包括陪试行星轮系、第二输入轴、第二输出轴，所述陪试行星轮系包括陪试太阳轮、陪试内齿圈、陪试行星轮、陪试行星架；

所述试验行星架、所述陪试行星架为静止件，或所述试验内齿圈、所述陪试内齿圈为静止件；

所述第一输入轴与第二输入轴连接，所述第一输出轴与所述第二输出轴连接；

所述第一输入轴用于接收进入所述功率流封闭系统的输入功率。

在一个实施例中，所述陪试行星轮系与所述试验行星轮系相同。

在一个实施例中，所述第一输入轴与所述试验太阳轮共轴线连接，所述第二输入轴与所述陪试太阳轮共轴线连接，所述第一输出轴与所述试验内齿圈连接，所述第二输出轴与所述陪试内齿圈连接，所述陪试行星架、所述试验行星架为静止件。

在一个实施例中，所述第一输入轴与所述试验太阳轮共轴线连接，所述第二输入轴与所述陪试太阳轮共轴线连接，所述第一输出轴与所述试验行星架连接，所述第二输出轴与所述陪试行星架连接，所述陪试内齿圈、所述试验内齿圈为静止件。

在一个实施例中，所述试验台还包括固定座、加载装置；所述固定座包括第一传扭支架、机匣、第二传扭支架，所述第一传扭支架分别与所述试验行星轮系包含的静止件、所述机匣连接，以支撑固定试验行星轮系齿轮箱，所述第一传扭支架与所述机匣相对静止；所述第二传扭支架分别与所述陪试行星轮系包含的静止件、所述加载装置连接，所述加载装置为液压加载，所述第二传扭支架用于向所述功率流封闭系统传递所述加载装置所加载的扭矩。

在一个实施例中，所述第一输入轴与第二输入轴共轴线，所述第一输出轴与所述第二输出轴共轴线。

在一个实施例中，所述第一输入轴与所述第二输入轴通过第一联轴器连接，所述第一输出轴与所述第二输出轴通过第二联轴器连接。

在一个实施例中，所述第一输出轴与所述试验行星轮系通过法兰连接，所述第二输出轴与所述陪试行星轮系通过法兰连接。

在一个实施例中，所述试验台还包括驱动电机、增速器，所述增速器的低速端与所述驱动电机连接，所述增速器的高速端与所述试验行星轮系齿轮箱的所述第一输入轴连接。

本实用新型的进步之处在于，通过陪试齿轮箱与试验齿轮箱的输出轴连接，两者的输入轴也连接的设计，实现了在较短功率传递路径内形成功率封闭,从而减少了陪试齿轮箱数量；同时，将驱动电机与加载装置分开，驱动电机提供功率只需克服试验台各齿轮箱运转时损失掉的功率即可带动行星轮系齿轮箱运转，即用较小的驱动功率就可实现大功率齿轮箱的试验，试验台的加载在静态、动态下均可进行，且可随时加载卸载，降低了对试验电机的要求，缩短试验台调试周期，降低试验风险，节约试验成本节约试验成本。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为根据本实用新型一实施例的行星轮系齿轮箱试验台各部件连接关系示意图。

图2为根据本实用新型一实施例的行星轮系齿轮箱试验台的功率流封闭系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型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实用新型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实用新型的保护范围。

需要注意的是，附图均仅作为示例，不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。

参考图1、图2，行星轮系齿轮箱试验台包括用于提供功率流封闭系统运转消耗功率、带动功率流封闭系统运转的驱动电机30，增速器40，由试验行星轮系齿轮箱50与陪试行星轮系齿轮箱60组成的功率流封闭系统，向功率流封闭系统施加扭矩的液压加载器70。驱动电机30与增速器40低速端连接，增速器40高速端与试验行星轮系齿轮箱50连接，试验行星轮系齿轮箱50与陪试行星轮系齿轮箱60连接，液压加载器70与固定座的传扭支架16连接，传扭支架16与陪试行星轮系齿轮箱60连接，以将液压加载器70的载荷施加到陪试行星轮系齿轮箱60。

继续参考图1、图2，试验行星轮系501与陪试行星轮系601相同，采用与试验行星轮系相同的陪试行星轮系，可以免去现有技术的试验台中结构复杂、加工及装配难度大的差动轮系齿轮箱，缩短试验台加工周期，降低试验台陪试箱加工、装配成本。试验行星轮系齿轮箱50、陪试行星轮系60的输入轴、输出轴分别为记为第一输入轴3、第二输入轴4，第一输出轴11、第二输出轴12，在一实施例中，试验行星轮系501的行星架13、陪试行星轮系601的行星架14为静止件，第一输入轴3、第二输入轴4分别与试验行星轮系501的太阳轮5、陪试行星轮系601的太阳轮6共轴线连接，第一输入轴3与第二输入轴4共线，通过第一联轴器20连接；第一输出轴11、第二输出轴12分别与试验行星轮系501内齿圈9、陪试行星轮系601的内齿圈10通过法兰23连接，第一输出轴11与第二输出轴12共线，通过第二联轴器21连接。第一传扭支架15分别与试验行星轮系501的行星架13连接固定，机匣17连接，以支撑固定试验行星轮系齿轮箱50，第一传扭支架15与机匣17相对静止。第二传扭支架16分别与陪试行星轮系601的行星架14、液压加载器70连接，用于向功率流封闭系统传递液压加载器70所加载的扭矩。

继续参考图1、图2，增速器40的高速端与第一输入轴3连接，将功率传入，带动由陪试行星轮系齿轮箱50与试验行星轮系齿轮箱60组成的功率流封闭系统。功率流的路径如下：

从第一输入轴3输入，由于第一输入轴3与第二输入轴4连接，因此将功率传递至第二输入轴4，第二输入轴4同时与陪试行星轮系601的太阳轮6共轴线连接，因此将功率传递至太阳轮6，太阳轮6将功率传递至与之啮合的陪试行星轮系601的行星轮8，行星轮8将功率传递至与之啮合的陪试行星轮系601的内齿圈10，内齿圈10将功率传递至与之连接的第二输出轴12，第二输出轴12将将功率传递至与之连接的第一输出轴11，第一输出轴11将将功率传递至与之连接的试验行星轮系501的内齿圈9，内齿圈9将功率传递至与之啮合的试验行星轮系501的行星轮7，行星轮7将功率传递至与之啮合的太阳轮5，太阳轮5再传递至第一输入轴3，形成功率流封闭。如此，试验台的驱动电机30仅需提供克服试验台运转产生的功率损失所需功率即可驱动试验件运转，对于传递功率高的航空发动机行星齿轮箱而言，大幅降低了试验台对电机的要求。

当需要对试验行星轮系齿轮箱50进行加载测试时，由于陪试行星轮系601的行星架14与第二传扭支架16连接固定，液压加载器70将力施加于第二传扭支架16上，第二传扭支架16进而将力传递至陪试行星轮系601的行星架14，行星架14将力传递至对应的陪试行星轮系601的行星轮8，行星轮8与太阳轮6、内齿圈10的啮合力产生扭矩，扭矩分为两路，通过第一输入轴3、第二输入轴4将扭矩传递至太阳轮5，通过输出轴11、12将扭矩传递至内齿圈9，再通过试验行星轮系501的行星轮7与太阳轮5、内齿圈9的啮合，将扭矩传递至试验行星轮系501的行星架13，进而通过与行星架13连接的第一传扭支架15将扭矩传递至与第一传扭支架15相对静止的机匣17，以克服加载的扭矩。液压加载器70的加载在静态、动态下均可进行，且可随时加载卸载，操作灵活，结合驱动电机30对输入转速的调节，进而可对功率流封闭系统进行调节。

综上，本实用新型针对现有技术的功率流封闭系统包括有多个陪试齿轮箱以及一个结构复杂的差动轮系，导致试验台结构过于复杂，大幅增加了试验台分析、搭建及调试的难度，造成了试验风险大、试验台成本高以及对驱动电机要求高等缺点，通过陪试齿轮箱的输出轴与试验齿轮箱的输出轴连接，同时两者的输入轴也连接的设计，实现了在较短功率传递路径内形成功率封闭,从而减少了陪试齿轮箱数量；同时，将驱动电机与加载装置分开，驱动电机提供功率只需克服试验台各齿轮箱运转时损失掉的功率即可带动行星轮系齿轮箱运转，即用较小的驱动功率就可实现大功率齿轮箱的试验，试验台的加载在静态、动态下均可进行，且可随时加载卸载，降低了对试验电机的要求，缩短试验台调试周期，降低试验风险，节约试验成本。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。例如，试验行星轮系的内齿圈、陪试行星轮系的内齿圈为静止件，将第一输出轴与试验行星轮系的行星架连接，第二输出轴与陪试行星轮系的行星架连接，陪试行星轮系的内齿圈、行星轮系的内齿圈均与所述固定部相对静止，第二传扭支架与陪试行星轮系的内齿圈连接，即通过内齿圈对试验行星轮系齿轮箱加载扭矩。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种行星轮系齿轮箱试验台，其特征在于，所述试验台包括功率流封闭系统，所述功率流封闭系统包括：

试验行星轮系齿轮箱，包括试验行星轮系、第一输入轴、第一输出轴，所述试验行星轮系包括试验太阳轮、试验内齿圈、试验行星轮、试验行星架；

陪试行星轮系齿轮箱，包括陪试行星轮系、第二输入轴、第二输出轴，所述陪试行星轮系包括陪试太阳轮、陪试内齿圈、陪试行星轮、陪试行星架；

所述试验行星架、所述陪试行星架为静止件，或所述试验内齿圈、所述陪试内齿圈为静止件；

所述第一输入轴与第二输入轴连接，所述第一输出轴与所述第二输出轴连接；所述第一输入轴用于接收进入所述功率流封闭系统的输入功率。

2.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述陪试行星轮系与所述试验行星轮系相同。

3.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述第一输入轴与所述试验太阳轮共轴线连接，所述第二输入轴与所述陪试太阳轮共轴线连接，所述第一输出轴与所述试验内齿圈连接，所述第二输出轴与所述陪试内齿圈连接，所述陪试行星架、所述试验行星架为静止件。

4.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述第一输入轴与所述试验太阳轮共轴线连接，所述第二输入轴与所述陪试太阳轮共轴线连接，所述第一输出轴与所述试验行星架连接，所述第二输出轴与所述陪试行星架连接，所述陪试内齿圈、所述试验内齿圈为静止件。

5.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述试验台还包括固定座、加载装置；所述固定座包括第一传扭支架、机匣、第二传扭支架，所述第一传扭支架分别与所述试验行星轮系包含的静止件、所述机匣连接，以支撑固定试验行星轮系齿轮箱，所述第一传扭支架与所述机匣相对静止；所述第二传扭支架分别与所述陪试行星轮系包含的静止件、所述加载装置连接，所述加载装置为液压加载，所述第二传扭支架用于向所述功率流封闭系统传递所述加载装置所加载的扭矩。

6.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述第一输入轴与第二输入轴共轴线，所述第一输出轴与所述第二输出轴共轴线。

7.如权利要求6所述的试验台，其特征在于，所述第一输入轴与所述第二输入轴通过第一联轴器连接，所述第一输出轴与所述第二输出轴通过第二联轴器连接。

8.如权利要求6所述的试验台，其特征在于，所述第一输出轴与所述试验行星轮系通过法兰连接，所述第二输出轴与所述陪试行星轮系通过法兰连接。

9.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述试验台还包括驱动电机、增速器，所述增速器的低速端与所述驱动电机连接，所述增速器的高速端与所述试验行星轮系齿轮箱的所述第一输入轴连接。