DE19514361C2

DE19514361C2 - Kraftübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19514361C2
Application number: DE19514361A
Authority: DE
Inventors: Toru Nagao; Hidemi Matsuda; Takao Kojima
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2015-04-19
Also published as: GB2288651B; GB2288651A; JPH07285498A; DE19514361A1; US5528960A; JP3618367B2; GB9507839D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrich tung für Hubschrauber und insbesondere eine Kraftübertragungs vorrichtung zum Übertragen eines Drehmoments und einer Drehbe wegung, die in einem Motor erzeugt wird, auf einen Hauptrotor eines Hubschraubers.

Da im Hubschrauber eine Mach-Zahl der Drehflügel nicht so stark erhöht werden kann, braucht eine Kraftübertragungs vorrichtung, auch einfach "Getriebe" genannt, ein großes Un tersetzungsverhältnis, insbesondere wenn ein Gasturbinenmotor verwendet wird. Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer typischen Anordnung des Kraftübertragungssystems im Hubschrau ber, in dem eine Kraftabgabewelle 2 eines Motors 1 mit einer Kraftübertragungsvorrichtung 3 verbunden ist. Eine Antriebs welle 4 zum Antreiben eines Hauptrotors 5 und eine Heckrotor antriebswelle 6 zum Antreiben eines Heckrotors 7 erstrecken sich von der Kraftübertragungsvorrichtung 3. Ferner wird Kraft von der Kraftübertragungsvorrichtung 3 auch an Hilfsvorrich tungen, z. B. an Generatoren, Hydraulikpumpen und dgl., über tragen.

Aufgrund der Besonderheit von Bestandteilen für Luft fahrzeuge sind Kompaktheit und geringes Gewicht wesentliche Faktoren bei der Entwicklung von Kraftübertragungsvorrichtun gen des Hubschraubers. Um diese Forderung zu erfüllen, ist beispielsweise in einer Literaturstelle (A 2400 Kw Light Weight Helicopter Transmission With Split-Torque Gear Trains: ASME 48-DET-91) eine Konstruktion, die ein Paar Kraftübertra gungswege verwendet, offenbart. Wie nämlich in Fig. 4 darge stellt ist, ist ein Getrieberad oder Antriebszahnrad 9 fest auf einer Antriebswelle 4 des Hauptrotors angeordnet, und ein Paar Ritzel 10 stehen in Eingriff mit dem Getrieberad 9. Fer ner ist ein Paar Mittelräder 11 koaxial an jedem der Ritzel 10 angeordnet und steht mit einem Ritzel 12 in Eingriff. Bei ei nem derartig aufgebauten Kraftübertragungsweg wird ein Motor drehmoment über ein Schrägzahnkegelrad 14 auf eine Welle 13 des Ritzels 12 übertragen, und ferner wird es über ein Paar Mittelräder 11 und ein Paar Ritzel 10 an das Getrieberad 9 übertragen. Da also ein Drehmoment auf jedes der Ritzel 10 aufgeteilt wird, kann die bekannte Kraftübertragungsvorrich tung Kompaktheit und geringes Gewicht erlangen. Bei diesem be kannten Beispiel, wie in Fig. 4 dargestellt, steht ein weite res Paar Ritzel mit dem gegenüber befindlichen Getrieberad 9 in Eingriff. Dieses Paar Ritzel ist für eine weitere Kraftzu führungsquelle bestimmt und steht nicht im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung.

Bei dieser bekannten Technik besteht jedoch ein Nach teil, nämlich daß eine gleiche Teilung des Drehmoments nur dann realisiert wird, wenn alle Getrieberäder, die das Kraftübertragungssystem bilden, ihre einzelnen Vorgaben genau erfüllen. Aufgrund von Herstellungstoleranzen ist die gleich mäßige Teilung des Drehmoments in der Praxis sehr schwer zu realisieren.

Um dieses Problem zu lösen, sind bereits Mechanismen zum Ausgleichen des zugeführten Drehmoments vorgeschlagen wor den. Beispielsweise offenbart eine Literaturstelle (Split Tor que Transmission Load Shearing: NASA TM-105884) eine Drehmo mentteilungsvorrichtung, bei der, wie in Fig. 5 dargestellt, ein Schrägzahnritzel 16 auf einer Kraftaufnahmewelle 15 angeord net ist und ein Paar Mittelschrägzahnräder 17 mit den Schräg zahnritzeln 16 in Eingriff stehen. Die Wellen 18 der Mittel schrägzahnräder 17 sind mit einem Ritzel 19 umgeben, die je weils mit einem Getrieberad 9 in Eingriff stehen. Diese Wellen 18 sind so beschaffen, daß sie axial verschiebbar sind und ih re oberen Enden jeweils mit einem Schwunghebel 20 verbunden sind. Der Schwunghebel 20 wirkt so, daß er eine Schubkraft, die in einer Welle 18 entsteht, mit einer Schubkraft, die in einer anderen Welle 18 entsteht, ausgleicht, wodurch ein Drehmoment gleichmäßig verteilt wird.

Da bei dieser Drehmomentteilungsvorrichtung jedoch die Wellen 18 so beschaffen sind, daß sie axial verschiebbar sind, wenn eine Ungleichmäßigkeit bei der Herstellung der Drehmo mentverteilung auftritt, können außer Stirnrädern keine ande ren Arten von Zahnrädern für das Ritzel 19 verwendet werden. Deshalb ist es bekanntlich schwierig, eine Gewichtsverringe rung zu erreichen, wenn ein kompakteres Zahnrad, z. B. ein Schrägzahnrad oder ein Doppelschrägzahnrad verwendet wird.

Ferner besteht ein weiteres Problem bei dieser Drehmo mentteilungsvorrichtung, nämlich daß z. B. ein so komplizierter Mechanismus wie ein Schwunghebel 20 mit zwei beweglichen Ele menten benötigt wird, wie in Fig. 5 dargestellt.

Die EP 0 244 263 zeigt ein Getriebe mit drehbaren Antriebs- und Abtriebselementen 12, 18, das mehrere Drehmomentübertragungswege (zur Teilung des Drehmomen tes) aufweist. Die Kraftübertragung gemäß Fig. 2 erfolgt vom auf der Antriebswelle 12 sitzenden Eingangsrad 16 über die Zahnräder 18A und 18B auf die Zahnräder 22A und 32A sowie 22B und 32B, auf die Zahnräder 24 und 34 und schließlich auf die Buchse 48, die über das hin- und her bewegbare Element 50 mit dem Abtriebselement 18 verbun den ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehmomentteilungs vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Drehmoment mit einem einfachen Mechanismus genau zu halbieren sowie eine Kraftübertragungsvorrichtung mit einer Drehmomentteilungsvorrichtung bereitzustellen, die ein geringes Gewicht hat, deren Größe kompakt ist und deren Mechanismus vereinfacht ist.

Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht, die einen Hauptteil einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Kraftübertragungsvor richtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptbe standteil der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;

Fig. 4 eine perspektivische schematische Ansicht, die einen Hauptteil einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einem bekannten Beispiel darstellt; und

Fig. 5 eine perspektivische schematische Ansicht, die einen Hauptteil einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einem weiteren bekannten Beispiel darstellt; und

Fig. 6 eine schematische Ansicht, die eine typische Prinzipdarstellung eines Kraftübertragungssystems in einem Hubschrauber darstellt.

Gemäß Fig. 1 ist ein Getrieberad 9 fest auf einer An triebswelle 4 eines Hauptrotors angeordnet. Das Getrieberad 9 steht in Eingriff mit ein Paar Ritzeln, die ein erstes Ritzel 31 und ein zweites Ritzel 32 umfassen, die in einem gegebenen Abstand voneinander angeordnet sind, den gleichen Durchmesser und die gleiche Anzahl von Zähnen haben. Die Ritzel 31 und 32 sind auf einer ersten Antriebswelle 33 bzw. einer zweiten An triebswelle 34 befestigt, und die Wellen 33 und 34 sind dreh bar an einem Getriebegehäuse 30 (in Fig. 2 dargestellt) ange ordnet und axial an diesem befestigt. Die Getriebezähne des Getrieberades 9, der Ritzel 31 und 32 können irgendeine Art von Zahnrädern, Stirnrädern, Schräg- bzw. Schrägstirnzahnrä dern und Doppelschrägzahnrädern sein. Ein erstes großes Schrägzahnrad 35 ist fest an einem oberen Abschnitt der Welle 33 des Ritzels 31 angeordnet, und ein zweites großes Schräg zahnrad 36 ist fest an einem unteren Teil der Welle 34 des Ritzels 32 angeordnet. Das erste große Schrägzahnrad 35 hat den gleichen Durchmesser, die gleiche Anzahl von Zähnen wie das zweite große Schrägzahnrad 36 und einen Steigungswinkel, der dem zweiten großen Schrägzahnrad 36 entgegengesetzt ist.

Das Bezugszeichen 37 bezeichnet eine Kraftaufnahmewelle 37, auf eine ein Motordrehmoment von außerhalb des Getriebege häuses 30 übertragen wird. Ein unteres Ende der Kraftaufnahme welle 37 ist über Kegelräder 38 bzw. 39 mit einer Kraftabgabe welle des Motors verbunden, wie in Fig. 1 dargestellt. Am äu ßeren Umfang der Kraftaufnahmewelle 37 ist Keilverzahnungspro fil vorhanden. Ferner hat eine Buchse oder Hülse 40 an ihrem inneren Umfang ebenfalls ein Keilverzahnungsprofil und ist mit der Kraftaufnahmewelle 37 keilverzahnt, um über die zusammen gehörigen Paare aus Rille und Keilzahn ein Drehmoment von der Kraftaufnahmewelle 37 aufzunehmen, wobei das Drehmoment von der Kraftaufnahmewelle 37 sicher über die zusammengehörigen Paare aus Rille und Keilzahn auf die Buchse 40 übertragen wird. Ferner ist ein erstes kleines Schrägzahnrad 41 koaxial mit der Kraftaufnahmewelle 37 fest an einem oberen Abschnitt der Buchse 40 angeordnet und steht mit dem ersten großen Schrägzahnrad 35 in Eingriff. Außerdem ist ein zweites kleines Schrägzahnrad 42 koaxial mit der Kraftaufnahmewelle 37 fest an einem unteren Abschnitt der Buchse 40 angeordnet und steht mit dem zweiten großen Schrägzahnrad 36 in Eingriff. Da das erste kleine Schrägzahnrad 41 den gleichen Durchmesser, die gleiche Anzahl von Zähnen wie das zweite kleine Schrägzahnrad 42 und einen Steigungswinkel, der dem zweiten Schrägzahnrad 42 entge gengesetzt ist, hat, wird eine entgegengesetzte Schubkraft zwischen dem ersten und dem zweiten kleinen Schrägzahnrad 41 und 42 ausgeübt. Ferner steht ein Zahnrad 43 mit einem Getrie berad 9 in Eingriff, um über die Kegelräder 44 und 45 eine An triebswelle 46 für den Heckrotor in Drehbewegung zu versetzen.

In der ersten derartig beschaffenen Ausführungsform wird ein Drehmoment, das im Motor erzeugt wird, an den Haupt rotor auf folgende Weise übertragen:

Ein Drehmoment, das auf die Kraftaufnahmewelle 37 über tragen wird, wird über die Buchse 40 an ein Paar kleine Schrägzahnräder 41 und 42 übertragen. Hier wird das Drehmoment zweigeteilt, und zwar wird das eine über das erste große Schrägzahnrad 35, das mit dem ersten kleinen Schrägzahnrad 41 in Eingriff steht, auf die Welle 33 und das andere über das zweite große Schrägzahnrad 36, das mit dem zweiten kleinen Schrägzahnrad 42 in Eingriff steht, auf die Welle 34 übertra gen. Schließlich wird jedes geteilte Drehmoment auf die An triebswelle 4 für den Hauptrotor übertragen, der am Getrie berad 9 befestigt ist, das mit dem ersten Ritzel 31 bzw. dem zweiten Ritzel 32 in Eingriff steht.

Die Buchse 40 ist so beschaffen, daß sie sich auf- und abbewegt entsprechend der Differenz der Schubkräfte, die in den einander entgegengesetzten Richtungen zwischen dem ersten kleinen Schrägzahnrad 41 und dem zweiten kleinen Schrägzahnrad 42 entstehen. Wenn also ein Drehmoment gleichmäßig zwischen dem ersten Schrägzahnrad 41 und dem zweiten Schrägzahnrad 42 geteilt wird, gleichen sich die Schubkräfte einander aus, und die Buchse 40 bewegt sich in keiner Richtung.

Wenn dagegen das Drehmoment ungleichmäßig zwischen den kleinen Schrägzahnrädern 41 und 42 geteilt wird, wirkt sich die Schubkraft auf das kleine Schrägzahnrad aus, das dem klei neren Drehmoment ausgesetzt ist, und die Buchse 40 bewegt sich in der Richtung dieses kleinen Schrägzahnrades. Dann wird das Drehmoment auf der Seite des kleinen Schrägzahnrades groß, das nun erneut einer großen Schubkraft ausgesetzt ist, und deshalb wird die Buchse 40 zurückbewegt, um diese Schubkraft zu ver ringern. Die Buchse 40 wird also immer in die Position bewegt, wo sich die Schubkräfte ausgeglichen, und im Ergebnis wird das Drehmoment gleichmäßig verteilt.

Da, wie oben beschrieben, in der ersten Ausführungs form, der bewegliche Teil der Kraftübertragungsvorrichtung le diglich die Buchse 40 ist, die mit dem ersten Schrägzahnrad 41 und dem zweiten Schrägzahnrad 42 ausgestattet ist, kann der Mechanismus im Vergleich zur bekannten Technik gemäß Fig. 5 vereinfacht werden. Da ferner die Wellen 34 und 33 sich nicht in axialer Richtung bewegen, können die Ritzel 31 und 32 Schräg- oder Doppelschrägzahnräder sein. Dadurch ist es mög lich, die Vorrichtung leichter und in bezug auf die Größe kom pakter zu machen.

Nachstehend wird mit Bezug auf Fig. 3 die Kraftübertra gungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform beschrie ben. In dieser Ausführungsform wird ein Kugelrillenprofil für die Buchse 40 verwendet. Die Kraftaufnahmewelle 37 ist eine Keilwelle, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Buchse 40 weist ei nen Käfig 47 und mehrere Kugeln 48 auf, die in Rillen des Kä figs 47 gehalten werden.

Das derartig beschaffene Kugelrillenprofil hat eine sehr geringe Reibung. z. B. ein Hundertstel bis ein Fünfzigstel der Reibung eines normalen Rillen- oder Keilverzahnungspro fils. Dadurch kann diese zweite Ausführungsform, die das Ku gelrillenprofil verwendet, eine ausgeglichenere Drehmomenttei lung als die erste Ausführungsform, die das normale Rillenpro fil verwendet, bewirken. Wenn in dieser zweiten Ausführungs form eine Harzbeschichtung auf die Kraftaufnahmewelle 37 auf gebracht worden ist, kann eine noch geringere Reibung und so mit eine noch ausgeglichenere Drehmomentteilung erreicht wer den.

Ein Drehmomentteilungsmechanismus, der in der erfin dungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung einbegriffen ist, kann außer für Kraftübertragungsvorrichtungen für Hubschrauber auch für andere Kraftübertragungsvorrichtungen verwendet wer den.

Zusammenfassend gesagt, kann die Buchse mit einem Paar Schrägzahnrädern an ihren beiden Enden, wobei die Schrägzahn räder einander entgegengesetzte Steigungswinkel haben, sich entlang der Welle in axialer Richtung bewegen, um ein gleich mäßiges Drehmoment zu verteilen. Da die Schrägzahnräder oder Doppelschrägzahnräder für die Zahnräder verwendet werden kön nen, die ein Drehmoment auf den Hauptrotor übertragen, hat die erfindungsgemäße Kraftübertragungsvorrichtung einen leichten und kompakten Aufbau.

Obwohl hier bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, versteht es sich, daß diese Offenbarungen lediglich dem Zweck der Darstellung dient und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den bei gefügten Ansprüchen ausgeführt ist, zu verlassen.

Claims

1. Drehmomentteilungsvorrichtung zum gleichmäßigen Vertei len eines Drehmomentes auf eine erste Antriebswelle (33) und auf eine zweite Antriebswelle (34), die an einem Ge häuse (30) angeordnet sind, mit:
einer Keilwelle (37) die zum Zuführen eines Drehmo ments achsparallel zu den beiden Antriebswellen (33, 34) drehbar an dem Gehäuse (30) angeordnet ist;
einer Buchse (40), die innen keilverzahnt ist und auf der Keilwelle (37) axial verschiebbar angeordnet ist;
einem ersten getriebenen Schrägzahnrad (35), das fest auf der ersten Antriebswelle (33) angeordnet ist;
einem zweiten getriebenen Schrägzahnrad (36), das fest auf der zweiten Antriebswelle (34) angeordnet ist;
einem ersten Antriebsschrägzahnrad (41), das ko axial mit der Keilwelle (37) fest an der Buchse (40) an geordnet ist und mit dem ersten getriebenen Schrägzahn rad (35) in Eingriff steht zum Übertragen einer Hälfte des Drehmomentes über das erste getriebene Schrägzahnrad (35) auf die erste Antriebswelle (33); und
einem zweiten Antriebsschrägzahnrad (42), das ko axial mit der Keilwelle (37) fest an der Buchse (40) an geordnet ist und mit dem zweiten getriebenen Schrägzahn rad (36) in Eingriff steht zum Übertragen einer Hälfte des Drehmomentes über das zweite angetriebene Schräg zahnrad (36) auf die zweite Antriebswelle (34).

2. Kraftübertragungsvorrichtung für einen Hubschrauber zum mechanischen Übertragen eines Drehmomentes von einem Mo tor auf eine Antriebswelle (4) eines Rotors des Hub schraubers, mit:
einer Drehmomentteilungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei
ein Getrieberad (9) an der Antriebswelle (4) befe stigt ist;
ein erstes Ritzel (31) koaxial mit dem ersten ge triebenen Schrägzahnrad (35) fest auf der ersten An triebswelle (33) befestigt ist und mit dem Getrieberad (9) in Eingriff steht; und
ein zweites Ritzel (32) koaxial mit dem zweiten ge triebenen Schrägzahnrad (36) fest auf der zweiten An triebswelle (34) angeordnet ist und mit dem Getrieberad (9) in Eingriff steht.

3. Vorichtung nach Anspruch 2, wobei das erste Ritzel (31) und das zweite Ritzel (32) den gleichen Durchmesser und die gleiche Anzahl von Zähnen aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das erste und das zweite Ritzel (31, 32) Stirnräder aufwei sen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das erste und das zweite Ritzel (31, 32) Schrägzahnräder aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das erste und das zweite Ritzel (31, 32) Doppelschrägzahnrä der aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Antriebsschrägzahnrad (41) und das zweite getrie bene Schrägzahnrad (36) den gleichen Durchmesser, die gleiche Anzahl von Zähnen und entgegengesetzte Stei gungswinkel aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste getriebene Schrägzahnrad (35) und das zweite ge triebene Schrägzahnrad (36) den gleichen Durchmesser, die gleiche Anzahl von Zähnen und entgegengesetzte Stei gungswinkel aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste Antriebsschrägzahnrad (41) und das zweite An triebsschrägzahnrad (42) den gleichen Durchmesser, die gleiche Anzahl von Zähnen und entgegengesetzte Stei gungswinkel aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste getriebene Schrägzahnrad (35) und das zweite ge triebene Schrägzahnrad (36) den gleichen Durchmesser, die gleiche Anzahl von Zähnen und entgegengesetzte Steigungswinkel aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Buchse (40) ein Kugelrillenprofil mit mehreren Ku geln (48) und einen Käfig (47) zum Halten der Kugeln (48) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Keilwelle (37) mit Harz beschichtet ist.