DE3534493A1

DE3534493A1 - Getriebe

Info

Publication number: DE3534493A1
Application number: DE19853534493
Authority: DE
Inventors: Robert John Ipswich Mass. Willis jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-10-03
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1986-04-10
Also published as: IT1185967B; FR2571112B1; FR2571112A1; GB8522329D0; IT8522311A0; GB2165024B; US4964315A; GB2165024A; JPS6188045A; CA1274403A

Description

353U93

Getriebe

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf/Getriebe mit gegenläufigen Ausgangswellen und betrifft insbesondere ein Gasturbinentriebwerk mit einem Getriebe zum Erzielen von gleichen und entgegengesetzten Geschwindigkeiten von zwei Ausgangswellen zum Antreiben von gegenläufigen Propellern. /Transmissionen bzw.

Getriebe mit zwei gegenläufigen Ausgangswellen für Gasturbinentriebwerke sind bekannt. Solche Getriebe weisen typisch Planetengetriebesätze auf, die Ausgangswellen entgegengesetzt antreiben und das Drehmoment und die Leistung, welche von einer Gasturbinentriebwerksabtriebswelle empfangen werden, aufteilen. Diese Getriebe sind jedoch Differentialgetriebe, bei denen eine gleiche und entgegengesetzte Ausgangswellengeschwindigkeit nicht mit gleicher Leistungsaufteilung aufrechterhaltbar ist, ohne daß eine zusätzliche, komplexe Synchronisierein-

richtung und/oder eine vorbestimmte Aufteilung des Lastdrehmoments zum Aufrecherhalten dieser gleichen Geschwindigkeiten benutzt werden. Weiter variieren die Leistungsanforderungen bei modernen Gasturbinentriebwerken von etwa 8000 bis 11000 Wellenpferdestärken, was demgemäß ein geeignetes Getriebe zum Handhaben dieser relativ großen Leistung erfordert.

Es ist erwünscht, Getriebe vorzusehen, die die Eingangsleistung auf zwei gegenläufige Propeller im wesentlichen gleich aufteilen. Das Getriebe sollte außerdem leicht, relativ einfach, äußerst dauerhaft und äußerst zuverlässig sein und eine koaxiale Positionierung der Eingangsund Ausgangswellen oder eine sogenannte In-line-Konstruktion aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues und verbessertes Getriebe zu schaffen, das gegenläufige Ausgangswellen hat

Weiter soll durch die Erfindung ein neues und verbessertes Getriebe für ein Gasturbinentriebwerk geschaffen werden, das relativ einfach und doch in der Lage ist, Leistung in dem Bereich von bis zu etwa 8000 bis 11000 Wellenpferdestärken zu übertragen.

Ferner soll durch die Erfindung ein neues und verbessertes Getriebe geschaffen werden, mittels welchem sich die gleiche und entgegengesetzte Drehung von zwei Ausgangswellen desselben in dem gesamten Drehzahlbereich des Getriebes erzielen läßt.

Außerdem soll durch die Erfindung ein neues und verbessertes Getriebe geschaffen werden, mittels welchem sich eine feste Phasenbeziehung zwischen dessen zwei Ausgangswellen aufrechterhalten läßt.

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Schließlich soll durch die Erfindung ein neues und verbessertes Getriebe geschaffen werden, das gleiches Drehmoment an zwei Ausgangswellen abgibt und trotzdem deren gleiche und entgegengesetzte Drehung aufrechterhält.

Die Erfindung beinhaltet ein feststehendes Gehäuse, in welchem ein Stern- oder unechter Planetengetriebesatz angeordnet ist, der Sonnen-, Zwischen- und Hohlräder aufweist, wobei das Sonnenrad eine Eingangswelle hat, die von ihm aus vorsteht, und wobei das Hohlrad eine erste Ausgangswelle hat, die von ihm aus vorsteht. Ein Antriebsrad, das eine zweite Ausgangswelle hat, die von ihm aus vorsteht, ist ebenfalls vorgesehen und kämmt mit einem Ritzel, das mit einer Zwischenwelle fest verbunden ist, die von dem Zwischenrad aus vorsteht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Zahnräder auf vorbestimmte Weise dimensioniert, damit eine gleiche und entgegengesetzte Drehung der ersten und der zweiten Ausgangswelle während des Betriebes erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Teillängsschnittansicht eines Gas

turbinentriebwerks, das eine Ausführungsform eines Getriebes nach der Erfindung aufweist, und

Fig. 2 eine Endansicht des Getriebes nach der

Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Abtriebswelle 12. Ein insgesamt mit 14 bezeichnetes Getriebe hat eine Eingangswelle 16, die mit der Abtriebswelle 12 des Gasturbinentriebwerks 10 durch eine Flansch-

vorrichtung 18 verbunden ist. Das Getriebe 14 treibt zwei Kränze von mehreren mit Umfangsabstand angeordneten hinteren und vorderen Propellern 20 bzw. 22 an, welche mit der ersten bzw. zweiten Ausgangswelle 24 bzw. 26 des Getriebes 14 verbunden sind.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Transmission 14 ist ein Stern-oder Planetengetriebesatz 28 in einem feststehenden Gehäuse 30 des Getriebes 14 befestigt. Der Planetengetriebesatz 28 weist ein Sonnenrad 32 auf, mit welchem die Eingangswelle 16 fest verbunden ist, wobei beide koaxial um eine Längsmittelachse 34 des Getriebes 14 und des Triebwerks 10 angeordnet sind. Der Planetengetriebesatz 28 weist weiter mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Sternoder Zwischenräder 36 (vgl. Fig. 2) auf, die mit dem Sonnenrad 32 zur gemeinsamen Drehung mit diesem kämmen. Außerdem ist ein Hohlrad 38 vorgesehen, das umfangsmäßig um die Zwischenräder 36 angeordnet und mit der ersten Ausgangswelle 24 zur gemeinsamen Drehung mit dieser fest verbunden ist, wobei beide koaxial zu der Mittellinie 34 angeordnet sind.

Durch jedes Zwischenrad 36 erstreckt sich eine Zwischenwelle 40, die an dem Zwischenrad geeignet befestigt ist. Ein erstes Ende 42 der Zwischenwelle 40 ist an dem Gehäuse 30 mittels eines Lagers 44 drehbar befestigt, das mit dem Gehäuse fest verbunden ist, so daß sich das Zwischenrad 36 mit der Welle 40 drehen kann. Da der Getriebesatz 28 ein Stern- oder unechter Planetengetriebesatz ist, drehen sich die Zwischenräder 36 nicht um das Sonnenrad 32 wie es bei einem echten Planetengetriebesatz der Fall wäre. Mit einem entgegengesetzten zweiten Ende 46 jeder Zwischenwelle 40 ist ein Ritzel 48 fest verbunden. Ein Antriebsrad 50 ist mit der zweiten

Ausgangswelle 26 koaxial fest verbunden und koaxial längs der Mittellinie 34 und radial einwärts der Ritzel 48 angeordnet, mit denen es zur gemeinsamen Drehung kämmt.

Im Betrieb bewirkt die Eingangswelle 16, daß sich das Sonnenrad 32 dreht, was bewirkt, daß sich die Zwischenräder 36 und die Ritzel 48 in dazu entgegengesetzten Richtungen drehen. Die Zwischenräder 36 bewirken ihrerseits, daß sich das Hohlrad 38 und die daran befestigte erste Ausgangswelle 24 in einer Richtung drehen, die zur Drehrichtung der Eingangswelle 16 entgegengesetzt ist. Die Ritzel 48 bewirken, daß sich das Antriebsrad 50 in einer Richtung dreht, die gleich der der Eingangswelle 16 und entgegengesetzt zu der der ersten Ausgangswelle 24 ist.

Da der Planetengetriebesatz 28 ein Stern- oder unechter Planetengetriebesatz ist, bei welchem die Zwischen- oder Sternräder 36 nicht um das Sonnenrad 32 umlaufen, wie es in einem echten Planetengetriebesatz der Fall wäre, ist eine feste Beziehung zwischen den Zahnrädern und kein Differentialverhalten vorhanden. Demgemäß steht die Drehung der Ausgangswellen 24 und 26 in einer festen, direkten Beziehung zu der der Eingangswelle 16. Weiter wird wegen dieser festen Beziehung eine vorbestimmte, feste Phasen- oder Winkelpositionsbeziehung der Ausgangswellen 24 und 26 erzielt. Das gestattet eine bevorzugte Phasenbeziehung zwischen dem hinteren und dem vorderen Propeller 20 bzw. 22, beispielsweise zur Lärmverringerung.

In der bevorzugten Ausf(ihrungsform, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind der Getriebesatz 28, das Antriebsrad 50 und die Ritzel 48 so bemessen, daß gleiche und entgegengesetzte Drehgeschwindigkeiten der Ausgangswellen 24 und 26 erzielt werden. Insbesondere haben das Sonnen-

rad 32, die Zwischenräder 36, die Ritzel 48, das Hohlrad 38 und das Antriebsrad 50 jeweils einen Rollkreisdurchmesser d / d., d , d bzw. d, . Ein Gesamtuntersetzungsverhältnis M von der Eingangswelle 16 auf jede Ausgangswelle 24, 26 weist die folgenden Beziehungen auf:

d /d_s = (M_o - 1)/(6M_o - 2); und d_b/d_s = M₀(M_{0 +} 1)/(3M_O - 1).

Es ist ermittelt worden, daß das oben beschriebene Getriebe 14 erlaubt, Gesamtuntersetzungsverhältnisse M von etwa 3,0 bis etwa 14,0 zu erzielen, wobei sich die obere Grenze aufgrund von Größenbeschränkungen der verschiedenen Zahnräder ergibt. Mit dem relativ einfachen Getriebe 14 lassen sich gleiche und entgegengesetzte Ausgangswellengeschwindigkeiten demgemäß über einem beträchtlichen Bereich des Untersetzungsverhältnisses M erzielen, ohne daß Drehzahluntersetzungsvorrichtungen hinzugefügt zu werden brauchen. Weiter kann das Getriebe 14 zur Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk 10 geeignet bemessen werden, um bis zu beispielsweise etwa 11000 Wellenpferdestärken auf die gegenläufigen Propeller 20 und 22 zu übertragen.

Es werden zwar gleiche und entgegengesetzte Ausgangsdrehgeschwindigkeiten durch das Getriebe 14 erzielt, die auf die erste und die zweite Ausgangswelle 24 bzw. 26 übertragenen Drehmomente sind aber nicht notwendigerweise gleich. Wegen der festen Beziehung der Zahnräder innerhalb des Getriebes 14, die eine feste Beziehung der Ausgangsgeschwindigkeiten der Wellen 24 und 26 ergibt, ist jedoch das Erzielen von gleichen Ausgangsdrehmomenten bei Bedarf möglich.

Beispielsweise kann die Steigung des hinteren und des vorderen Propellers 20 bzw. 22 eingestellt werden, damit sich eine ungleiche Belastung der ersten und der zweiten Ausgangswelle 24 bzw. 26 ergibt, um gleiche Drehmomente an diesen zu erzielen. Die feste Beziehung der Ausgangsgeschwindigkeiten der Ausgangswellen 24 und 26 wird jedoch trotzdem aufrechterhalten. In einer solchen Betriebsart werden die Differentialbelastungen in den Ausgangswellen 24 und 26 durch die Reaktion der Zwischenwelle 40 in dem Gehäuse 30 aufgenommen. Dieses Drehmoment ist jedoch relativ klein, da es nur die Differenz in den Drehmomenten zwischen der ersten Ausgangswelle 24 und der zweiten Ausgangswelle 26 darstellt.

Wenn sowohl der vordere Propeller 20 als auch der hintere Propeller 22 mit im wesentlichen identischer Steigung betrieben werden, treten selbstverständlich entsprechend unterschiedliche Drehmomente an der ersten und der zweiten Ausgangswelle 24 bzw. 26 und eine im wesentlichen null betragende Reaktionskraft zwischen der Zwischenwelle 40 und dem Gehäuse 30 auf.

Es ist zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, weitere Ausführungsformen sind jedoch möglich. Beispielsweise sind zwar drei Ritzel 48 beschrieben worden, es können jedoch zwei oder sogar nur eins ebenfalls benutzt werden. Wenigstens drei in symmetrischem Abstand voneinander angeordnete Ritzel 48 und Zwischenräder 36 sind jedoch zum Erzielen von ausgeglichenen und verteilten Belastungen vorzuziehen.

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Claims

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A. Ansprüche :

1. Getriebe, gekennzeichnet durch:

einen Stern- oder unechten Planetengetriebesatz (28) mit einem Sonnenrad (32) , wenigstens einem Zwischenrad (36) und einem Hohlrad (38);

ein Antriebsrad (50) ; und

wenigstens ein Ritzel (48) , das mit dem Zwischenrad (36) und dem Antriebsrad (50) zur Drehung mit diesen kämmt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

eine Eingangswelle (16), die mit dem Sonnenrad (32) fest verbunden ist;

eine Zwischenwelle (40) , welche das Zwischenrad (36) und das Ritzel (48) fest miteinander verbindet; eine erste Ausgangswelle (24), die mit dem Hohlrad (38) fest verbunden ist; und

eine zweite Ausgangswelle (26) , die mit dem Antriebsrad (50) fest verbunden ist;

wobei die erste und die zweite Ausgangswelle (24, 26) in entgegengesetzten Richtungen drehbar sind.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß . die Eingangswelle (16) und die erste und die zweite Ausgangswelle (24, 26) koaxial um eine Längsmittellinie (34) des Getriebes (14) angeordnet sind.

4. Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stern- oder unechte Planetengetriebesatz (28), das Antriebsrad (50) und das Ritzel (48) so bemessen sind, daß gleiche und entgegengesetzte Drehgeschwindigkeiten der ersten und der zweiten Ausgangswelle (24, 26) erzielt werden.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (32) , das Zwischenrad (36), das Ritzel (48), das Hohlrad (38) und das Antriebsrad (50) jeweils einen Rollkreisdurchmesser d , d., d ,

s χ p

d bzw. d, haben und M ein Gesamtuntersetzungsverhältnis von der Eingangswelle (16) auf jede Ausgangswelle (24, 26) darstellt und daß zum Erzielen gleicher und entgegengesetzter Geschwindigkeiten der ersten und der zweiten Ausgangswelle (24, 26) folgende Beziehungen gelten:

d_±/d_s = (M_o - 1)/2;

d_r/d_s = M_o;

d_p/d_s = (M_o - 1)/(6M_o - 2); und

d_b/d_s= M_o (M_{o +} 1)/(3M_o - 1).

6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtuntersetzungsverhäl·
etwa 3,0 bis etwa 14,0 liegt.

das Gesamtuntersetzungsverhältnis M in einem Bereich von

7. Getriebe, gekennzeichnet durch:

ein feststehendes Gehäuse (30);

einen Stern- oder unechten Planetengetriebesatz (28) mit einem Sonnenrad (32) , wenigstens einem Zwischenrad (36)

und einem Hohlrad (38), wobei das Zwischenrad (36) eine Zwischenwelle (40) aufweist, die sich koaxial von ihm aus erstreckt und ein erstes Ende (42) hat, das mit dem feststehenden Gehäuse (30) drehbar verbunden ist, wobei das Sonnenrad (32) eine Eingangswelle (16) aufweist, die sich von ihm aus erstreckt, und wobei das Hohlrad (38) eine erste Ausgangswelle (24) aufweist, die sich von ihm aus erstreckt;

ein Antriebsrad (50), das koaxial um eine Längsmittelachse (34) des Getriebesatzes (28) und koaxial zu der Eingangswelle (16) angeordnet und mit einer zweiten Ausgangswelle (26) versehen ist, die sich von ihm aus erstreckt; und wenigstens ein Ritzel (48), das mit einem zweiten Ende (46) der Zwischenwelle (40) fest verbunden ist und mit dem Antriebsrad (50) zur Drehung mit diesem kämmt; wobei die erste und die zweite Ausgangswelle (24, 26) in gleichen und entgegengesetzten Richtungen drehbar sind.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetengetriebesatz (28), das Antriebsrad (50) und das Ritzel (48) so bemessen sind, daß ein Gesamtuntersetzungsverhaltnis M von der Eingangswelle (16) auf jede Ausgangswelle (24, 26) in einem Bereich von etwa 3,0 bis etwa 14,0 erzielt wird,

9. Getriebe für ein Gasturbinentriebwerk, gekennzeichnet durch:

ein feststehendes Gehäuse (30);

einen Stern- oder unechten Planetengetriebesatz (28) mit einem Sonnenrad (32) , wenigstens einem Zwischenrad (36) und einem Hohlrad (38), wobei das Zwischenrad (36) eine Zwischenwelle (4 0) aufweist, die sich koaxial von ihm aus erstreckt und ein erstes Ende (42) hat, das mit dem feststehenden Gehäuse (30) drehbar verbunden ist, wobei das Sonnenrad (32) eine Eingangswelle (16) aufweist, die sich

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von ihm aus erstreckt, und wobei das Hohlrad (38) eine erste Ausgangswelle (24) aufweist, die sich von ihm aus erstreckt;

ein Antriebsrad (50), das koaxial um eine Längsmittelachse (34) des Getriebesatzes (28) und koaxial zu der Eingangswelle (16) angeordnet und mit einer zweiten Ausgangswelle (26) versehen ist, die sich von ihm aus erstreckt; und wenigstens ein Ritzel (48), das mit einem zweiten Ende (46) der Zwischenwelle (40) fest verbunden ist und mit dem Antriebsrad (50) zur Drehung mit diesem kämmt; wobei die erste und zweite Ausgangswelle (24, 26) in gleichen und entgegengesetzten Richtungen drehbar sind.

10. Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

an der ersten und der zweiten Ausgangswelle (24, 26) jeweils mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende Propeller (20, 22) befestigt sind.

11. Getrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (32) , das Zwischenrad (36), das Ritzel (48), das Hohlrad (38) und das Antriebsrad (50) jeweils einen Rollkreisdurchmesser d , d., d , d bzw. & haben

s ι ρ r Jo

und M ein Gesamtuntersetzungsverhältnis von der Eingangswelle (16) auf jede Ausgangswelle (24, 26) darstellt und daß zum Erzielen gleicher und entgegengesetzter Geschwindigkeiten der ersten und der zweiten Ausgangswelle (24, 26) folgende Beziehungen gelten:

d_p/d_s = (MJ - 1)/(6M_O - 2); und d_b/d_s= M_o (M_{o +} 1)/(3M_o - 1).

12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtuntersetzungsverhäletwa 3,0 bis etwa 14,0 liegt.

das Gesamtuntersetzungsverhältnis M in einem Bereich von