CN2902896Y - 双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器 - Google Patents

双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于变速器技术领域,是一种双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器。其主要特点是:在逆转变速器的壳体上分别设有两个相互对应的动力输入轴,中心部位设置有具有同心等速或差速并逆向旋转同向输出的动力输出轴,壳体内还设置有用于传动的十字轴、形星差速齿轮系及用于制动转向的制动装置。该逆转变速器结构设计合理、易操怍、工作可靠、传动效率高、便于故障的分析和维修,而且能够有效地提高发动机的动力利用率,降低发动机的动力消耗,提高发动机的动力性和燃油的经济性。

Description

双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器
技术领域
本实用新型属于变速器技术领域,是一种双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器。
背景技术
在公知的技术中,通常直升飞机中采用单螺旋桨起升,长机尾导向,这种结构的缺点一是起升螺旋桨过长,转动惯量大,速度调整难度较大;二是机尾过长,造成转向不灵活;三是外廓结构比较大,因而推进、转向动力消耗较多,经济性较差。专利号为CN02254168.3的实用新型专利技术公开了一种双螺旋桨直升飞机,采用前后分置的双螺旋桨结构,缩短了螺旋桨和机尾的长度,提高了转向的灵活程度,但也存在一些不足,这种结构一是要求机舱要有一定的长度,其机型轻重的结构设计受到影响;二是对整机系统的重心平衡性要求较高;三是行进速度调整不够灵便,消耗动力较大,使用经济性比较差。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能够实现直升飞机结构改进,使之轻便、灵活、结构紧凑,且能有效降低燃油消耗的双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器。
实现本实用新型的目的所采取的技术方案是:该逆转变速器具有一个壳体,壳体上分别设有两个相互对应的动力输入轴,中心部位设置有具有同心等速或差速并逆向旋转同向输出的动力输出轴,壳体内还设置有用于传动的十字轴、形星差速齿轮系及用于制动转向的制动装置。
所述动力输出轴是由输出轴外轴和输出轴中心内轴组成,其中,输出轴中心内轴与输下圆锥齿轮为一体,其伸出壳体的输出端装有上层螺旋桨;输出轴外轴与上圆锥齿轮为一体,其伸出壳体的输出端装有下层螺旋桨。
所述动力输出轴中心内轴上通过轴承分别套装有双面锥齿轮、十字轴和输出轴外轴,十字轴上装有形星齿轮和形星齿轮圈,形星齿轮一面与输出轴外轴上的上圆锥齿轮啮合,一面与双面锥齿轮啮合。
所述动力输入轴上装有输入轴主动轮和形星惰齿轮,其中,输入轴主动轮与十字轴上的形星齿轮圈啮合,形星惰齿轮分别与输出轴中心内轴上的下圆锥齿轮、双面圆锥齿轮啮合,同时还与另外两个对称固装在壳体上的形星惰齿轮轴上的形星惰齿轮啮合。
所述制动装置是由制动杆、制动蹄、制动圈组成,其中,制动杆以对称的形式安装在靠近壳体内壁处,制动杆上设有上、下制动蹄,制动蹄的一端为弧面,并与分别设置在上、下圆锥齿轮端面处的制动圈接触。
本实用新型的逆转变速器,其功用是将发动机输出的动力经离合器,动力传动连接轴,逆转变速器动力输入轴,输入轴主动轮,形星齿轮圈(增大扭矩改变旋转方向),经形星齿轮分配转速后,由上、下圆锥齿轮传递给输出轴外轴和输出轴中心内轴输出,并将动力分别传给上、下层螺旋桨,并互为逆向旋转来完成直升飞机的升降。
按照上述方案制成的双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器,具有以下优点:(1)易操怍。由于直升飞机在空中进行转向的机构均设计在逆转变速器壳内,因此驾驶员直接操作操纵部分即可完成在空中向左或向右的360°转向。
(2)可以缩小直升飞机的外型尺寸。由于采用双层螺旋浆,可缩短螺旋浆的长度,其缩短量为35%以上。
(3)可改变直升飞机的外部构造。逆转变速器是将发动机的动力等速或差速,并互为逆向旋转地传递给直升飞机的双层螺旋桨,因此在直升飞机的外部构造上有非常广阔的设计空间。
(4)降低生产成本。直升飞机采用逆转变速器,可省去现有直升飞机长长的机尾,以便更灵活地使直升飞机在飞行或停留空中的时候随时完成向左或向右的360°转向;同时能够使直升飞机在飞行中始终保持机身的平稳而不倾斜。
(5)有效地提高发动机的动力利用率。由于直升飞杌的前进方向和推进螺旋桨的推力为同方向,一方面可避免推进螺旋桨的推力分散,另一方面可充分有效地提高推进螺旋桨的推力,同时还可提高直升飞机的行进速度。
(6)能够充分利用气体力学原理,改变双层螺旋桨下的下行气流的部分气流流向,通过推进螺旋桨的旋转使其向后流动,增大向前推力,降低发动机的动力消耗,提高发动机的动力性和燃油的经济性。
(7)工作可靠,传动效率高。逆转变速器采用的是齿轮传动的传动方式,齿轮的啮合面大,无冲击,直升飞机的平顺性好。
(8)逆转变速器结构简单,紧凑,但制造精度要求高,故障分析和维修容易。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图;图2是图1中A-A的剖视图;
图3是直升飞机的模式外型示意图。
具体实施方式
参看图1、图2,本实用新型的双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器,是由变速器壳体1、输出轴中心内轴2、输出轴外轴3、上、下圆锥齿轮3a、2a、形星齿轮8、十字轴10、形星齿轮圈11、双面圆锥齿轮12、输入轴16、输入轴主动轮17、形星惰齿轮18、形星惰齿轮轴16a、制动杆21、制动蹄22a、22b组成,各部安装位置及连接关系为:(1)两动力输入轴:该输入轴16分别与各自的输入轴主动轮17为一体,在输入轴内端轴颈处通过轴承14、15分别装有形星惰齿轮18;另外两个对称的形星惰齿轮1ga分别装在固定在另一侧壳体上的形星惰齿轮轴16a的轴颈上,用于减轻输入轴轴颈上的形星齿轮的负荷,确保动力传动的平稳性。为了保证输入轴主动轮17有足够的支承刚度,改善啮合条件。两个输入轴分别同时用圆柱滚子轴承15和圆锥滚子轴承14支承在壳体1上,圆柱滚子轴承15压装在壳体1上的轴承座孔内端;内端靠输入轴主动轮17背面凸台限位,圆锥滚子轴承14以小端相对压入轴承座孔的外端,与圆柱滚子轴承15之间有隔垫和调整垫片。
(2)动力输出轴:包括输出轴外轴3和输出轴中心内轴2,两输出轴同心,同向互为逆转输出动力。在直升飞机(理论)直线飞行时,两输出轴转速相等,转向相反,因此上、下层的螺旋桨旋转方向相反。只有在直升飞机左右转向时两输出轴的转速出现转速差,即一个输出轴的转速增加n转,另一个输出轴的转速降低n转。
输出轴外轴3通过圆锥轴承4固定在变速器壳体盖7上,圆锥轴承4的下方装有调整垫片,用来调整上圆锥齿轮3a与形星齿轮8间的预紧度。为了保证上圆锥齿轮3a与形星齿轮8啮合的正确性,保证已调好的轴承预紧度不变,在输出轴外轴3的内孔中设有滚针轴承5,并通过滚针轴承5将输出轴外轴3套装在输出轴中心内轴上2。输出轴中心内轴2的下端通过圆锥轴承20安装在变速器底面相对应的轴承座孔中,上端通过输出轴外轴内孔轴承座内的滚针轴承5与输出轴中心内轴2相对滚动安装在一起。
形星齿轮十字轴10和双面圆锥齿轮12分别通过各自内孔轴承座内的滚针轴承安装在输出轴中心内轴2上。
(3)形星齿轮圈:形星齿轮圈11的圈齿与两输入轴上的主动轮17同时啮合,形星齿轮圈11上设有四个相互对应的十字轴10,十字轴中心内孔设有滚针轴承座,并通过滚针轴承9、轴用档圈、环、垫片固定在输出轴中心内轴2上。
(4)形星齿轮:形星齿轮8安装在十字轴10的轴颈上,并通过滚针轴承9装在输出轴中心内轴2上,形星齿轮圈11安装在十字轴轴颈一端,与输入轴主动轮17啮合,通过形星齿轮圈11带动十字轴10及形星齿轮8转动,行星齿轮8可绕十字轴颈自转,又能同形星齿轮圈11一起公转,并随时完成双面圆锥齿轮12与上圆锥齿轮3a的速差。
(5)输出轴外轴:输出轴外轴3与上圆锥齿轮3a制成一体,输出轴外轴3的内孔通过滚针轴承5与输出轴中心内轴2连接,输出轴外轴3的外圆周面通过圆锥轴承4、轴承固定盖固定在变速器的壳体盖7上。在上圆锥齿轮3a上平面固定有上制动圈6,上制动圈6的外表面,制有波浪式的细纹便于制动时能够破坏油膜,达到理想的制动效果。及时完成直升飞机在空中的转向。
(6)输出轴中心内轴:输出轴中心内轴2与下圆锥齿轮2a制成一体,下圆锥齿轮2a位于输出轴中心内轴2的底端,用来传递形星惰齿轮18的旋转力,改变动力的传动方向90°,并带动输出轴中心内轴2旋转。下圆锥齿轮2a的下平面固定有下制动圈19,其构造用途同上制动圈6。
(7)双面圆锥齿轮:双面圆锥齿轮12一面与形星齿轮8啮合,一面与形星惰齿轮18啮合,并通过形星惰齿轮18来改变下圆锥齿轮2a和输出轴中心内轴2的旋转方向。双面圆锥齿轮12通过轴承13与输出轴中心内轴2连接。
(8)形星惰齿轮:形星惰齿轮18的轴承孔内安装有滚针轴承,并以对称的方式分别安装在两输入轴16内端的轴颈上;另一对对称的形星惰齿轮18a分别安装在固定在壳体1上的形星惰齿轮固定轴16a内端的轴颈上(参见图2)。四个相互对应的形星惰齿轮同时与双面圆锥齿轮12及下圆锥齿轮2a啮合。
(9)制动装置:(参见图2)是由制动杆21、上下制动蹄22a、22b、上下制动圈6、19组成,其中,制动杆21安装在靠近壳体1的内壁处,上下制动圈6、19设置在上下圆锥齿轮3a、2a的端面处,与制动圈6、19相对应的制动杆21部位,套装有制动蹄22a、22b。制动装置主要是保证直升飞机在飞行过程中或在空中停留时使直升飞机能够迅速转向。为了确保制动效果,也为了延长变速器的使用寿命,在逆转变速器内部以中心内轴为对称装有两套性能一样的制动装置。
制动杆21上的下制动蹄22b与制动杆21制成一体,位于制动杆21的下端与下制动圈19相对应的位置;上制动蹄22a位于制动杆21的上端,并通过上制动蹄22a轴孔内的花键装在制动杆21上端,用调整垫片及卡环将其固定在与上制动圈6相对应的制动杆21的位置上。并通过上制动蹄22a的调整来改变与下制蹄22b相对应的位置和相对应的角度。同时也改变了直升飞机操纵机构的操纵角度,使操作更加舒适。制动杆21的上、下端分别装在变速器壳体盖7和变速器底部相对应的轴孔中,制动杆21上端伸出变速器壳体盖7的盖外,便于安装操作连接装置。
上、下制动圈6、19两边对应的制动蹄,必须保持与制动圈良好的制动间隙,良好的制动效果及良好的工作置位。
逆转变速器进行动力逆转分配的工作过程:当发动机的动力经两输入轴16输入动力时,输入轴16上的主动轮17旋转并带动形星齿圈11转动,形星齿轮圈11通过十字轴10带动形星齿轮8公转。而与形星齿轮8啮合的上圆锥齿轮3a和双面圆锥齿轮12则随形星齿轮8一起公转,这时上圆锥齿轮3a逆时针旋转并通过输出轴外轴3逆时针旋转输出动力。同时双面圆锥齿轮12和上圆锥齿轮3a一样逆时针旋转,把动力传递给形星惰齿轮18,形星惰齿轮18带动下圆锥齿轮2a进行顺时针旋转,并通过输出轴中心内轴2顺时针旋转输出动力。
双层螺旋桨的动力传递过程:(1)动力输入轴→输入轴圆锥主动齿轮→形星齿轮圈→十字轴→形星齿轮→上圆锥齿轮(逆时针旋转)→输出轴外轴(逆时针旋转)→下层螺旋浆(逆时针旋转)。
(2)动力输入轴→输入轴圆锥主动齿轮→形星齿轮圈→十字轴→形星齿轮→双面圆锥齿轮→形星惰齿轮→下圆锥齿轮(顺时针旋转)→输出轴中心内轴(顺时针旋转)→上层螺旋桨(顺时针旋转)参看图3,直升飞机的模式外型示意图。图中各标号为:前后发动机30、33、离合器31、逆转变速器32、模式机体34、推进螺旋桨35、下螺旋浆36、上螺旋桨37、输出轴中心内轴2、输出轴外轴3。
双(单)发动机直升飞机起飞过程:(1)起飞:起动前后发动机30、33,当发动机的各项性能指标达到起飞条件时,操纵前后发动机离合器31操纵杆,使离合器31接合,发动机动力经离合器及动力传动部分到达逆转变速器32的输入轴,经逆转变速器32进行动力分配后,通过输出轴外轴3(逆时针旋转)和输出轴中心内轴2(顺时针旋转)输出。
直升飞机下层螺旋浆36通过固定其下面的外传动轴的内花键套装在输出轴外轴的花键毂上,并通过传动轴外轴3带动下层螺旋浆36进行逆时针旋转。上层螺旋浆37通过固定其下面的内传动轴的内花键套装在输出轴中心内轴2的花键毂上,并通过内轴带动上层螺旋浆37进行顺时针旋转。
随着发动机的转速提高,上、下层螺旋桨等速,互为逆转的转速不断提高,当上、下层螺旋桨提升力的总和大于直升飞机重量时,直升飞机起飞。
直升飞机的前进:(1)随着发动机转速的继续提高,直升飞机的高度也不断升高,当达到某一预期高度时操纵推进螺旋浆35动力结合器(或离合器),把动力传递给推进螺旋桨,使推进螺旋桨35旋转,推动直升飞机水平前进。
(2)当直升飞机起飞后,操纵推进螺旋桨动力结合器(或离合器),把动力传递给推进螺旋桨35,使推进螺旋桨旋转,推动直升飞机爬高前进。
六、前进中的转向过程:当直升飞机在前进中需要转向时,操纵直升飞机的转向机构,使制动杆上的制动蹄与制动圈制动。
当上制动蹄与上制动圈制动时,随着制动力的不断加大,下层逆时针旋转的螺旋桨转速逐渐降底,同时上层顺时针旋转的螺旋桨在逆转变速器的作用下转速逐渐提高。这时作用在直升飞机向右旋转的力矩大于向左旋转的力矩,直升飞机在力矩差的作用下完成向右的转向。
当下制动蹄与下制动圈制动时,随着制动力的不断加大,上层顺时针旋转的螺旋桨转速逐渐降底,同时下层逆时针旋转的螺旋桨转速逐渐提高。这时作用在直升飞机上向右旋转的力矩小于向左旋转的力矩,直升飞机在力矩差的作用下完成向左的转向。
直升飞机在飞行中向左或向右的转弯半径,随制动蹄与制动圈制动力的增大而缩小。
(2)直升飞机停留在空中的转向操作过程同上。停留在空中的直升飞机能够在原点完成向左或向右的360°转向。

Claims (5)

1.一种双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器,具有一个变速器壳体[1],其特征在于:壳体[1]上分别设有两个相互对应的动力输入轴[16],中心部位设置有具有同心等速或差速并逆向旋转同向输出的动力输出轴,壳体[1]内还设置有用于传动的十字轴[10]、形星差速齿轮系及用于制动转向的制动装置。
2.根据权利要求1所述的双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器,其特征在于:所述动力输出轴是由输出轴外轴[3]和输出轴中心内轴[2]组成,其中,输出轴中心内轴[2]与输下圆锥齿轮[2a]为一体,其伸出壳体[1]的输出端装有上层螺旋桨[37];输出轴外轴[3]与上圆锥齿轮[3a]为一体,其伸出壳体[1]的输出端装有下层螺旋桨[36]。
3.根据权利要求1所述的双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器,其特征在于:所述动力输出轴中心内轴[2]上通过轴承分别套装有双面锥齿轮[12]、十字轴[10]和输出轴外轴[3],十字轴[10]上装有形星齿轮[8]和形星齿轮圈[11],形星齿轮[8]一面与输出轴外轴[3]上的上圆锥齿轮[3a]啮合,一面与双面锥齿轮[12]啮合。
4.根据权利要求1所述的双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器,其特征在于:所述动力输入轴[16]上装有输入轴主动轮[17]和形星惰齿轮[18],其中,输入轴主动轮[17]与十字轴[10]上的形星齿轮圈[11]啮合,形星惰齿轮[18]分别与输出轴中心内轴[2]上的下圆锥齿轮[2a]、双面圆锥齿轮[12]啮合,同时还与另外两个对称固装在壳体[1]上的形星惰齿轮轴[16a]上的形星惰齿轮[18a]啮合。
5.根据权利要求1所述的双层螺旋桨式直升飞机逆转变速器,其特征在于:所述制动装置是由制动杆[21]、上下制动蹄[22a]、[22b]、制动圈[6、10]组成,其中,制动杆以对称的形式安装在靠近壳体内壁处,制动杆[21]上设有上、下制动蹄[22a、22b],制动蹄的一端为弧面,并与分别设置在上、下圆锥齿轮端面处的制动圈[6、19]接触。
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