專利名稱：用直升機(jī)改進(jìn)型動(dòng)力系的疊層復(fù)式行星齒輪系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及行星齒輪系，更具體地說，涉及用于直升機(jī)改進(jìn)型動(dòng)力系的疊層復(fù)式行星齒輪系，疊層復(fù)式齒輪系具有交錯(cuò)雙平面主行星小齒輪，用以提高減速比以便與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置相適應(yīng)，而在保持主旋翼軸上基本轉(zhuǎn)速輸出的同時(shí)取得加大的輸出馬力。
背景技術(shù)：
直升機(jī)制造廠不斷地?cái)U(kuò)展著直升機(jī)的技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域以便向用戶提供最經(jīng)濟(jì)有效的直升機(jī)。由于向市場引進(jìn)具最新技術(shù)的新式直升機(jī)需要投入很大的費(fèi)用，制造廠向市場引進(jìn)新式直升機(jī)的場合實(shí)屬偶見。除投入很大費(fèi)用外，從構(gòu)思到完成生產(chǎn)樣機(jī)和交貨新直升機(jī)需要多年的周期。這就使更加妨礙經(jīng)常地推出新式直升機(jī)。
作為提供采用現(xiàn)代技術(shù)的新式直升機(jī)的替代方法，很多直升機(jī)制造廠對一些基本生產(chǎn)型直升機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，也就是提供改型的直升機(jī)。由于這些改型機(jī)在基本生產(chǎn)型直升機(jī)內(nèi)有選擇地采用了現(xiàn)代技術(shù)，就可提供新的或提高了的工作能力、改進(jìn)的性能、更高的可靠性和/或較低的維修要求而生產(chǎn)出改型機(jī)。由于保留了基本型機(jī)的絕大部分構(gòu)件，改型機(jī)的交貨費(fèi)用一般與基本生產(chǎn)型機(jī)相比不是很大。而且改型機(jī)的交貨周期相對來說是不成問題的，因?yàn)楦男蜋C(jī)的生產(chǎn)可平行地或作為一個(gè)替代產(chǎn)品連續(xù)地進(jìn)入基本型機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行。
以上這種替代方法更重要的是給制造廠帶來了額外的收益。因?yàn)樵诨旧a(chǎn)機(jī)型中采用現(xiàn)代技術(shù)而生產(chǎn)改型機(jī)的同時(shí)為改造現(xiàn)有基本生產(chǎn)機(jī)型打下了基礎(chǔ)。對基本生產(chǎn)機(jī)型的改造不僅給直升機(jī)制造廠開辟了新的收入來源，也使用戶可將其現(xiàn)有基本生產(chǎn)機(jī)型改造成工作效能更高的改型機(jī)。
提供改型機(jī)中特別有吸引力的方法是在基本生產(chǎn)機(jī)型中采用加強(qiáng)型發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，也就是采用具有更大輸出馬力的動(dòng)力裝置。加強(qiáng)型動(dòng)力裝置以其更大的輸出馬力可顯著地提高改型機(jī)的工作效能，并可使改型機(jī)具有擴(kuò)展了的飛行能力。此外，加強(qiáng)型動(dòng)力裝置為在改型機(jī)中進(jìn)一步采用現(xiàn)代技術(shù)提供了可能性，例如，加強(qiáng)型動(dòng)力裝置為附件提供額外的動(dòng)力。
但，在基本生產(chǎn)型直升機(jī)中采用加強(qiáng)型動(dòng)力裝置會(huì)要求對原型動(dòng)力系進(jìn)行較大的重新設(shè)計(jì)以便與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置較大的輸出扭矩相適應(yīng)。這種重新設(shè)計(jì)會(huì)引起一系列的改變，如改變動(dòng)力系的減速比以便與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置較大的輸出扭矩相適應(yīng)，改變機(jī)體構(gòu)架/動(dòng)力裝置的接合結(jié)構(gòu)，改變發(fā)動(dòng)機(jī)輸入/萬向架的安裝位置，改變附件子系統(tǒng)傳動(dòng)裝置的位置，改變尾旋翼傳動(dòng)裝置的位置，加大主減速機(jī)匣的外殼結(jié)構(gòu)，也就是加大其徑向和(或)高度尺寸以與動(dòng)力系構(gòu)形的改變相適應(yīng)，從而不得不改變減速器殼體安裝支架的位置。雖對基本生產(chǎn)型直升機(jī)、特別是原型動(dòng)力系的結(jié)構(gòu)和(或)功能方面的重新設(shè)計(jì)是在改型直升機(jī)中采用加強(qiáng)型動(dòng)力裝置的一種方法，但這會(huì)造成設(shè)計(jì)方面很大的費(fèi)用，并會(huì)延誤產(chǎn)品的最終交貨日期。
此外，這種重新設(shè)計(jì)實(shí)際上排除了在直升機(jī)廠現(xiàn)有基本生產(chǎn)型機(jī)上進(jìn)行加強(qiáng)型動(dòng)力裝置方面改造的可能。盡管這種費(fèi)用和時(shí)間上的付出在制造首批交售的改型機(jī)方面也許是可以接受的，但從改造方面來說就不可取了。此外，可以理解，對交付改造基本生產(chǎn)機(jī)型的擁有者來說，除以上這種付出外，還需承受由于基本生產(chǎn)機(jī)型的改造而停止飛行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。
因此，很有必要提供一種改進(jìn)的與原型動(dòng)力系具有相當(dāng)程度共性的動(dòng)力系，使改進(jìn)的動(dòng)力系可用在裝備加強(qiáng)型動(dòng)力裝置的或改造的基本生產(chǎn)機(jī)型上以便進(jìn)行改造。改進(jìn)的動(dòng)力系在構(gòu)形上應(yīng)相對于現(xiàn)有生產(chǎn)機(jī)型的原型動(dòng)力系具有盡量大的共性以盡量減少重新設(shè)計(jì)帶來的修改和(或)便于裝入基本生產(chǎn)機(jī)型或?qū)ζ溥M(jìn)行改造而在合理的費(fèi)用下短期內(nèi)取得改型機(jī)。這種改進(jìn)型動(dòng)力系應(yīng)具有疊層復(fù)式行星齒輪系，此齒輪系具有交錯(cuò)雙平面主行星小齒輪，用以加大減速比而與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置加大的輸出馬達(dá)相適應(yīng)，同時(shí)又保持主旋翼軸的原有輸出轉(zhuǎn)速。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)型直升機(jī)動(dòng)力系，可用以對裝備加強(qiáng)型動(dòng)力裝置的或改造的基本生產(chǎn)型直升機(jī)進(jìn)行改造。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于改進(jìn)型動(dòng)力系的疊層復(fù)式行星齒輪系，具有交錯(cuò)雙平面主行星小齒輪，用以加大減速比以與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置加大的輸出馬力相適應(yīng)而同時(shí)保持對主旋翼軸的原有輸出轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)型動(dòng)力系，具有帶交錯(cuò)雙平面主行星小齒輪的疊層復(fù)式行星齒輪系，又與基本生產(chǎn)型直升機(jī)的原型動(dòng)力系具有相當(dāng)程度的共性而使改進(jìn)型動(dòng)力系可用以改造裝備加強(qiáng)型動(dòng)力裝置的或改造的基本生產(chǎn)型直升機(jī)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種疊層復(fù)式行星齒輪系，用于原型動(dòng)力系，其優(yōu)選設(shè)計(jì)使其構(gòu)形可滿足原型動(dòng)力系結(jié)構(gòu)上和功能上的幾何外形約束條件，其中包括減速器殼體安裝支架的徑向尺寸、主傘齒輪嚙合所需垂直尺寸和直升機(jī)艙頂?shù)拇怪背叽纭?br> 本發(fā)明的這些和其他目的通過本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系可以達(dá)到，此齒輪系用作改進(jìn)型動(dòng)力系的第三級(jí)減速裝置以取得提高的減速比而與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置加大的輸出馬力相適應(yīng)，同時(shí)保持原有轉(zhuǎn)速。疊層復(fù)式行星齒輪系具有一傳動(dòng)中心齒輪、一組N個(gè)主行星小齒輪、多個(gè)次行星小齒輪、一支承各相應(yīng)主次行星小齒輪組合體的復(fù)式傳動(dòng)軸、一與次行星小齒輪相互配合的固定環(huán)形齒輪和一行星支架裝置，此支架裝置與復(fù)式傳動(dòng)軸作旋轉(zhuǎn)安裝而將疊層復(fù)式行星齒輪系的輸出傳給一從動(dòng)構(gòu)件。成組N個(gè)主行星小齒輪具有N/2個(gè)上主行星小齒輪和N/2個(gè)下主行星小齒輪。上下主行星小齒輪作交錯(cuò)雙平面布置，其中，各上主行星小齒輪疊置在直接相鄰的下主行星小齒輪的上方。
本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系用作改進(jìn)型動(dòng)力系的第三級(jí)減速裝置，此動(dòng)力系具有輸入組件，用以接受加強(qiáng)型動(dòng)力裝置加大的輸出馬力。輸入組件具有第一級(jí)減速裝置，用以將動(dòng)力從輸入組件傳給主傳動(dòng)裝置。主傳動(dòng)裝置的第二級(jí)減速裝置將動(dòng)力傳給疊層復(fù)式行星齒輪系以傳動(dòng)中心齒輪。附圖簡介通過以下按附圖對本發(fā)明所作具體說明可取得對本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)更全面的了解，圖中

圖1為透視圖，示出本發(fā)明改進(jìn)型直升機(jī)動(dòng)力系，此動(dòng)力系具有疊層復(fù)式行星齒輪系。
圖1A為透視圖，示出裝在UH-60生產(chǎn)型直升機(jī)上的原型動(dòng)力系。
圖2A為復(fù)式行星齒輪系的簡圖。
圖2B為相當(dāng)于圖2A中復(fù)式行星齒輪系的固定中心齒輪系的簡圖。
圖3為本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系的剖視圖。
圖4為圖2中疊層復(fù)式行星齒輪系的部分頂視圖，示出圖3中疊層復(fù)式行星齒輪系中主行星小齒輪的疊層簡圖。
圖5為圖4中疊層復(fù)式行星齒輪系的側(cè)視圖。
圖6為透視圖，示出本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系的特點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式現(xiàn)在參考各附圖，其中相同的標(biāo)號(hào)表示各圖中相應(yīng)或相同的構(gòu)件，圖1示出本發(fā)明具有疊層復(fù)式行星齒輪系10的改進(jìn)型動(dòng)力系100的實(shí)施例。這里所述動(dòng)力系100是“改進(jìn)型”的，也就是動(dòng)力系100在結(jié)構(gòu)上和功能上具有優(yōu)選的構(gòu)形，使其與現(xiàn)有生產(chǎn)型直升機(jī)的原型動(dòng)力系具有共性而又與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置相適應(yīng)。以下所述改進(jìn)型動(dòng)力系100在構(gòu)形上可用于裝有兩臺(tái)可卸動(dòng)力裝置的生產(chǎn)型直升機(jī)，以便在裝上或改裝加強(qiáng)型動(dòng)力裝置輸出馬力較大的動(dòng)力裝置時(shí)立即可得到改進(jìn)而成為改型機(jī)。
可卸動(dòng)力裝置裝在傳動(dòng)裝置的兩側(cè)，各具有一發(fā)動(dòng)機(jī)、一氣動(dòng)起動(dòng)器、一傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)架、一排氣管、燃油和滑油管線和一布線裝具。改進(jìn)型動(dòng)力系100的主要功能是將作為加強(qiáng)型動(dòng)力裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)102A、102B(為了簡化圖1中示成方框)所發(fā)出的綜合動(dòng)力接到主傳動(dòng)裝置104、主旋翼軸106和尾旋翼裝置108。改進(jìn)型動(dòng)力系100的第二個(gè)功能是對電氣和液壓附件作機(jī)械傳動(dòng)。
盡管本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10在結(jié)構(gòu)上和功能上的具體優(yōu)點(diǎn)在這里作為用于直升機(jī)改進(jìn)型動(dòng)力系100的構(gòu)件進(jìn)行圖示和說明，對熟悉本專業(yè)的人來說會(huì)理解到對這種具體應(yīng)用的說明并不是限制性的。本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪輪系10在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可用于這里具體所述以外的應(yīng)用場合。
主傳動(dòng)裝置104具有用于加強(qiáng)型動(dòng)力裝置102A、102B的輸入組件110A、110B和主體組件126。輸入組件110A、110B各通過發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸112A、112B接到相應(yīng)的加強(qiáng)型動(dòng)力裝置102A、102B而在各發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力線路上具有第一級(jí)減速裝置114A、114B(圖中示出輸入和輸出齒輪)、超速離合器116A、116B和套管軸118A、118B。輸入組件110A、110B還具有附件輸出端120A、120B，用以將動(dòng)力分別傳給液壓泵122A、122B和發(fā)電機(jī)124A、124B。
主體組件126具有第二級(jí)減速裝置128A(在圖1中僅示出第二級(jí)減速裝置128A，動(dòng)力線路B的第二級(jí)減速裝置的小齒輪被主旋翼軸106遮住)、一傳動(dòng)軸130和用作改進(jìn)型動(dòng)力系100的第三級(jí)減速裝置的本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10。第二極減速裝置128具有用于動(dòng)力線路A、B的傳動(dòng)傘形小齒輪和由A、B線路傳動(dòng)傘形小齒輪傳動(dòng)的主傘齒輪。受傳動(dòng)的主傘齒輪又將動(dòng)力傳給傳動(dòng)軸130以便將動(dòng)力輸入本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10。主體組件126還具有液壓傳動(dòng)裝置輸出端132和包括主尾旋翼傳動(dòng)軸136、中間減速裝置138、次尾旋翼柱傳動(dòng)軸140、尾旋翼減速裝置142和尾旋翼傳動(dòng)軸144的尾旋翼次級(jí)裝置108輸出端134，尾旋翼傳動(dòng)軸用以將動(dòng)力傳給帶有尾旋翼葉片(未示出)的尾旋翼轂，用以取得直升機(jī)的反扭矩。
圖1A作為示例示出由Sikorsky Aircraft Division分公司制造的BLACK HAWK和SEAHAWK型直升機(jī)(BLACK HAWK和SEAHAWK為United Technologies Corporation公司Sikorsky Aircraft部的注冊商標(biāo))的原型動(dòng)力系100′。原型動(dòng)力系100′結(jié)構(gòu)上和功能上的構(gòu)形除第三級(jí)減速裝置外大體上與前述改進(jìn)型動(dòng)力系100相同。一簡單型行星齒輪系150成為原型動(dòng)力系100′的第三級(jí)減速裝置。簡單型行星齒輪系150具有中心齒輪152(用以將動(dòng)力從傳動(dòng)軸130傳給齒輪系150)、固定的環(huán)形齒輪154和行星支架輸出組件156，此組件具有同時(shí)繞自軸轉(zhuǎn)動(dòng)和繞中心齒輪152回轉(zhuǎn)的多個(gè)行星小齒輪158而用以將第三減速裝置的動(dòng)力傳給原有轉(zhuǎn)速下的主旋翼軸106。
以上所述改進(jìn)型動(dòng)力系100具有本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10，其構(gòu)形用于Sikorsky Aircraft部開發(fā)的S-92TMHELIBUSTM型直升機(jī)(S-92和HELIBUS為United Technologies Corporation公司Sikorsky Aircraft部的商標(biāo))。改進(jìn)型動(dòng)力系100的疊層復(fù)式行星齒輪系10在結(jié)構(gòu)上和功能上的構(gòu)形主要來自兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。第一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)是使改進(jìn)型動(dòng)力系100的構(gòu)形可用以改造SikorskyAircraft Division制造的UH-60生產(chǎn)型直升機(jī)而成為各種變型機(jī)，也就是改造成以上所述原型動(dòng)力系100′在結(jié)構(gòu)上和功能上的替代產(chǎn)品。也就是，第一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)要求S-92TMHELIBUSTM型直升機(jī)的改進(jìn)型動(dòng)力系100的構(gòu)形盡量與BLACK HAWK和SEAHAWK生產(chǎn)型直升機(jī)的原型動(dòng)力系100′具有共性。
由于共性方面的設(shè)計(jì)目標(biāo)，對改進(jìn)型動(dòng)力系100加上了幾個(gè)設(shè)計(jì)上的約束條件。這些設(shè)計(jì)上的約束條件是首先，設(shè)計(jì)要求S-92TM動(dòng)力系100的主傳動(dòng)減速器殼體實(shí)際上具有與BLACK HAWK和SEAHAWK生產(chǎn)型直升機(jī)的減速器殼體相同的結(jié)構(gòu)外形(更具體地說，在徑向尺寸上具有共性以取得主傳動(dòng)減速器殼體支架定位上的相當(dāng)性；高度上的尺寸就不很關(guān)鍵而在S-92TM減速器殼體高度尺寸上的加大必要時(shí)是容許的)，其次，設(shè)計(jì)要求動(dòng)力裝置在與飛機(jī)構(gòu)架接合上具有共性，要求在發(fā)動(dòng)機(jī)輸入萬向架的定位上具有共性，要求附件輸出端的定位上具有共性，要求尾旋翼裝置輸出端的定位上具有共性以及要求在油槽管線的定位上具有共性而不得進(jìn)入艙內(nèi)。
第二個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)是改進(jìn)型動(dòng)力系100在構(gòu)形上應(yīng)與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置相適應(yīng)，也就是，與輸出馬力加大的動(dòng)力裝置相適應(yīng)。S-92TMHELIBUSTM型直升機(jī)的動(dòng)力裝置102A、102B各具有軸上總輸出3,109,569瓦(4170馬力)中的約1,554,785瓦(約2085馬力)的軸上輸出(與此相比，原型SEAHAWK生產(chǎn)型直升機(jī)的動(dòng)力裝置各具有軸上總輸出2,535,380瓦(3400馬力)中的約1,267,690瓦(約1700馬力)的軸上輸出)。由動(dòng)力裝置102A、102B發(fā)出的軸上總輸出3,109,569瓦(4170馬力)中約2,796,375瓦(約3750馬力)可用于疊層復(fù)式行星齒輪系10，這是由于尾旋翼輸出軸134、附件輸出軸120A、120B、液壓傳動(dòng)輸出軸132和摩擦損失等消耗了動(dòng)力(與此相比，原型SEAHAWK動(dòng)力系的簡單型行星齒輪系的可用動(dòng)力為2,281,842瓦(3060馬力)。改進(jìn)型動(dòng)力系100，特別是本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10通過優(yōu)選設(shè)計(jì)使加強(qiáng)型動(dòng)力裝置102A、102B加大的輸出馬力傳給主旋翼軸106和尾旋翼裝置108而同時(shí)取得與原型動(dòng)力系100′的原有輸出轉(zhuǎn)速相當(dāng)?shù)闹餍磔S106輸出轉(zhuǎn)速。通過對改進(jìn)型動(dòng)力系100的優(yōu)選設(shè)計(jì)以滿足上述設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束條件，這就使這里所述的裝入本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10的改進(jìn)型動(dòng)力系100可用以改造用高性能力裝置加強(qiáng)的BLACK HAWK和SEAHAWK生產(chǎn)型直升機(jī)，也就是改造成改型機(jī)。
為與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置102A、102B加大的輸出馬力相適應(yīng)，各輸入組件110A、110B，也就是改進(jìn)型動(dòng)力系100的第一級(jí)減速裝置114A、114B減速比降低了，也就是與SEAHAWK生產(chǎn)型直升機(jī)的原型輸入組件的減速比相比具有較小的減速比(81/29對80/22)，使各輸入組件110A、110B在1,554,785瓦(2085馬力)下的輸出扭矩相當(dāng)于SEAHAWK生產(chǎn)型直升機(jī)的原型輸入組件在1,267,690瓦(1700馬力)下的輸出扭矩。改進(jìn)型動(dòng)力系100中各輸入組件110A、110B的輸出轉(zhuǎn)速約為7483轉(zhuǎn)/分(對比于SEAHAWK生產(chǎn)型直升機(jī)的原型輸入組件約5747轉(zhuǎn)/分的輸出轉(zhuǎn)速。
改進(jìn)型動(dòng)力系100主旋翼軸106的要求輸出轉(zhuǎn)速約為257轉(zhuǎn)/分(以與原型SEAHAWK動(dòng)力系100′的原有輸出轉(zhuǎn)速相當(dāng))。動(dòng)力系100第二級(jí)減速裝置128的減速比實(shí)際上與原型SEAHAWK動(dòng)力系100′的第二級(jí)減速裝置相同，因?yàn)樨?fù)荷是相同的。因此，為補(bǔ)償改進(jìn)型動(dòng)力系100輸入組件110A、110B減速比上的損失，在改進(jìn)型動(dòng)力系100主體組件126的第三級(jí)減速裝置中要求較大的減速比。對這里所述的實(shí)施例來說，第三級(jí)主體組件126減速裝置要求的減速比約為6.27∶1對比于原型SEAHAWK簡單型行星齒輪系的約4.68∶1)。
如上所述，原型BLACK HAWK和SEAHAWK動(dòng)力系100′的第三級(jí)減速裝置具有簡單型行星齒輪系150。改進(jìn)型動(dòng)力系100的第三級(jí)減速裝置的構(gòu)形除受上述設(shè)計(jì)約束外還受原型動(dòng)力系100′簡單型行星齒輪系150構(gòu)形方面的設(shè)計(jì)約束。特別是，改進(jìn)型動(dòng)力系100第三級(jí)減速裝置固定環(huán)形齒輪的直徑必須等于或小于原型BLACK HAWK和SEAHAWK動(dòng)力系100′簡單型行星齒輪系150固定環(huán)形齒輪154的直徑。就所述實(shí)施例來說，環(huán)形齒輪直徑必須等于或小于約65.385厘米(25.742英寸)。此外，改進(jìn)型動(dòng)力系100中心齒輪直徑應(yīng)等于或大于原型BLACK HAWK和SEAHAWK動(dòng)力系100′簡單型行星齒輪系150中心齒輪152的直徑。就所述實(shí)施例來說，中心齒輪的直徑應(yīng)等于或大于約17.780厘米(7.000英寸)。第三級(jí)減速裝置在結(jié)構(gòu)外形高度尺寸上的加大，也就是減速器殼體高度尺寸的加大必要時(shí)是容許的，但這不是優(yōu)選的改型設(shè)計(jì)。但，結(jié)構(gòu)外形的底部不能伸入艙內(nèi)。
對以上所述和圖1A所示類型單級(jí)簡單型行星齒輪系的工程分析表明，簡單型行星齒輪系不能滿足上述設(shè)計(jì)約束條件而同時(shí)適應(yīng)于加強(qiáng)型動(dòng)力裝置102A、102B加大到約2,796,375瓦(約3750馬力)的輸出動(dòng)力。因而對兩級(jí)式行星齒輪系設(shè)計(jì)就其適用于改進(jìn)型動(dòng)力系100第三級(jí)減速裝置的問題進(jìn)行了分析。
就總減速比約為6.27∶1的兩級(jí)式行星齒輪系來說，每級(jí)的減速比由于軸承裝置壽命的下降實(shí)際上限制到約2.5∶1。原型SEAHAWK生產(chǎn)型主傳動(dòng)裝置內(nèi)軸承裝置的壽命約為3490小時(shí)。而一個(gè)分析性兩極式行星齒輪系相應(yīng)軸承裝置的壽命經(jīng)驗(yàn)定約為710和640小時(shí)。對這兩數(shù)字的分析表明，這種軸承裝置壽命至少降低到了五分之一。很明顯，這種軸承裝置壽命的降低對一個(gè)改型動(dòng)力系來說是不能容許的。由于直徑最大的軸承裝置直接關(guān)系到以上所述設(shè)計(jì)約束條件，也就是直接關(guān)系到減速器殼體外形的徑向尺寸，因而對其進(jìn)行了分析，軸承裝置壽命的問題也就導(dǎo)致對改進(jìn)型動(dòng)力系100第三級(jí)減速裝置各種可供選擇的設(shè)計(jì)的分析。
復(fù)式行星齒輪系具有單級(jí)行星齒輪裝置，其中設(shè)有裝在輸出支架裝置內(nèi)的兩個(gè)行星小齒輪。復(fù)式行星齒輪系可以裝有零個(gè)、一個(gè)或兩個(gè)中心齒輪和零個(gè)、一個(gè)或兩個(gè)環(huán)形齒輪。隨著對構(gòu)成復(fù)式行星齒輪系的構(gòu)件的安排，也就是隨著確定哪個(gè)是驅(qū)動(dòng)輸入構(gòu)件，哪個(gè)是從動(dòng)構(gòu)件，可能對具有各種不同減速比的實(shí)施例進(jìn)行廣泛的選擇。在評(píng)定不同復(fù)式行星齒輪系的構(gòu)形中，還須加上兩個(gè)約束條件作為兩級(jí)行星齒輪系的優(yōu)選條件。這就是，總減速比必須大致上為6.27∶1和輸出構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)方向必須與輸入構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)方向相同。
在分析各種復(fù)式行星齒輪系的構(gòu)形后，選定了一種構(gòu)形用以對可能的減速比特性進(jìn)行了數(shù)字分析。這種復(fù)式行星齒輪系的構(gòu)形具有單個(gè)中心齒輪(對比于兩級(jí)行星系的兩個(gè))、單個(gè)環(huán)形齒輪(對比兩級(jí)行星系的兩個(gè))、單個(gè)輸出支架裝置(對比于兩極行星系的兩個(gè))和24個(gè)行星小齒輪(對比于兩極行星系的23個(gè)小齒輪)。圖2A、2B示出所評(píng)定的復(fù)式行星齒輪系構(gòu)形，其中，中心齒輪S1將輸入傳給主行星小齒輪P1，環(huán)形齒輪R2將反作用力傳給次行星小齒輪P2，輸出通過輸出支架裝置COA傳送。各主行星小齒輪P1和相應(yīng)次行星小齒輪P2用共用傳動(dòng)軸DS支承。
圖2A、2B所示復(fù)式行星齒輪系的減速比可推導(dǎo)如下
列出來自中心齒輪S1的P1的轉(zhuǎn)速和來自環(huán)形齒輪R2的P2的轉(zhuǎn)速之間的等式，得 將等式(1)的兩邊各除以rpmout，因rpmin/rpmout就是減速比RR，因而得 將等式(2)的兩邊各乘以P1/S1，并加以1，得 如將中心齒輪直徑DS與主行星小齒輪直徑DP之比定為“比值”，在考慮相鄰小齒輪齒尖彼此恰好相接的條件下可使得出的幾何構(gòu)形大體上與小齒輪的數(shù)量連系起來，因而得 中心齒輪直徑DS與主行星小齒輪直徑DP的比值與行星小齒輪數(shù)量的關(guān)系利用以上等式(4)就可得出表I如下
表I
從表I中可看出，主行星小齒輪的數(shù)量增大，比值DS/DP增大。相反，比值DP/DS隨主行星小齒輪數(shù)量的增大而減小。因此，如果需在復(fù)式行星齒輪系中采用大量的主行星小齒輪(以便減小重量和增加載荷能力)，比值DP/DS的實(shí)際影響可利用以上等式(4)估出。例如，如在復(fù)式行星齒輪系中采用12個(gè)主行星小齒輪，比值DP/DS就為0.31。為確定在復(fù)式行星齒輪系減速比RR的值為6.27∶1時(shí)12個(gè)主行星小齒輪對復(fù)式行星齒輪系的環(huán)形齒輪R2和次小齒輪P2的影響，將等于6.27的RR值、等于0.31的DP/DS值(用于P1/S1)代入等式(3)，這就可得出R2/P2的值。R2/P2的值在此情況下約為17.0。
對于復(fù)式行星齒輪系的實(shí)際設(shè)計(jì)來說，比值R2/P2約為17.0的要求值失之過大，因?yàn)榇涡行切↓X輪就會(huì)過小，因而承受的負(fù)荷會(huì)過大。此外次行星小齒輪P2的面寬F(例如見圖2A)對于次行星小齒輪P2的要求直徑來說變得很大，次行星小齒輪P2面寬與直徑之比大于5。熟悉本專業(yè)的人都懂得面寬與直徑之比(F/D)對于個(gè)別齒輪來說一般不超過1.0以減小齒輪歪斜的不良后果，F(xiàn)/D值超過1.0過多就會(huì)發(fā)生歪斜現(xiàn)象。從以上分析來看，很明顯，要使一個(gè)帶有12個(gè)主行星小齒輪的普通復(fù)式行星齒輪系在構(gòu)形上具有約為6.27∶1的減速比RR，在上述設(shè)計(jì)約束條件下是不可行的。類似的分析表明，帶有10個(gè)主行星小齒輪的普通復(fù)式行星齒輪系同樣是不可行的。
為取得滿足上述設(shè)計(jì)約束條件的復(fù)式行星齒輪系，發(fā)明人研制了疊層復(fù)式行星齒輪系10如圖1以及圖3-6所示。本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10在結(jié)構(gòu)上和功能上可用作改進(jìn)型動(dòng)力系100的第三級(jí)減速裝置。齒輪系10具有改進(jìn)型動(dòng)力系100要求的減速比，也就是所述的6.27∶1的實(shí)施例，用以與加強(qiáng)型發(fā)動(dòng)機(jī)裝置102A、102B相適應(yīng)而同時(shí)具有原有輸出轉(zhuǎn)速。本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10滿足以上提出的設(shè)計(jì)約束條件。
如圖3所示，本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10具有傳動(dòng)中心齒輪12、一組N個(gè)與中心齒輪12相互配合的主行星小齒輪14(其中，N表示齒輪系10主行星小齒輪14的總數(shù))、N個(gè)次行星小齒輪16、支承相應(yīng)各主次行星小齒輪14、16的復(fù)式齒輪軸18、固定的環(huán)形齒輪20(例如與傳動(dòng)減速器殼體作固定結(jié)合)和共用行星支架裝置22。如圖3所示，次行星小齒輪16與固定環(huán)形齒輪20相互配合，共用行星支架裝置22通過上下軸承裝置24、26與復(fù)式齒輪軸18作旋轉(zhuǎn)支承。共用行星支架裝置22用以將疊層復(fù)式行星系10的輸出，也就是加大的扭矩和原有的輸出轉(zhuǎn)速傳給主旋翼軸106。
在疊層小齒輪的設(shè)計(jì)中，比值S1/P1在選擇上應(yīng)使一組N個(gè)主行星小齒輪14作交錯(cuò)雙平面設(shè)置。對疊層小齒輪的一個(gè)要求是，成組主行星小齒輪14的數(shù)量N必須是偶數(shù)以取得交錯(cuò)雙平面構(gòu)形中等間距的布置。因此，疊層復(fù)式行星齒輪系10中成組N個(gè)主行星小齒輪14具有N/2個(gè)上主行星小齒輪14U和N/2個(gè)下主行星小齒輪14L如圖4-6示例所示。上主行星小齒輪14U構(gòu)成第一旋轉(zhuǎn)平面30，下主行星小齒輪14L構(gòu)成第二旋轉(zhuǎn)平面32(見圖5)。從圖4-6中可以看出，上下主行星小齒輪14U、14L是在相應(yīng)旋轉(zhuǎn)平面30、32內(nèi)作等間距布置的，各上主行星小齒輪14U對稱地疊置在直接相鄰的下主行星小齒輪14L上方。
如圖4所示，各主行星小齒輪14U、14L具有齒面直徑DP(基于選定的比值S1/P1)。復(fù)式傳動(dòng)軸18上各上主行星小齒輪14U的支承段直徑DU(圖4-5)在疊層小齒輪中是關(guān)鍵性的尺寸。支承段的直徑DU在選擇上應(yīng)使各直接相鄰下主行星小齒輪14L的齒面周邊(由外徑DP確定)與支承相應(yīng)疊置上主行星小齒輪14U的復(fù)式傳動(dòng)軸18之間具有盡量小的間隙(見圖5，其中，標(biāo)號(hào)14L-1、14L-2標(biāo)示直接相鄰下主行星小齒輪，標(biāo)號(hào)18-1標(biāo)示復(fù)式傳動(dòng)軸上疊置上主行星小齒輪14U-1的支承段)。
圖4、5示出了復(fù)式傳動(dòng)軸18-2上各下主行星小齒輪14L支承段的直徑D1。由于復(fù)式傳動(dòng)軸18-1、18-2上支承段直徑Du·Dl的差異，本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10具有N/2個(gè)第一復(fù)式傳動(dòng)軸18-1和N/2個(gè)第二復(fù)式傳動(dòng)軸18-2，分別用以支承上下主行星小齒輪14U、14L。第一、第二復(fù)式傳動(dòng)軸18-1、18-2上次行星小齒輪16的支承段在構(gòu)形上是相同的，因?yàn)榇涡行切↓X輪16在構(gòu)形上是相同的。最好將各上主行星小齒輪14U、復(fù)式傳動(dòng)軸18-1、次行星小齒輪16以及各下主行星小齒輪14L、復(fù)式傳動(dòng)軸18-2、次行星小齒輪16分別結(jié)合起來而加工成整體構(gòu)件。
圖3表明，上下主行星小齒輪14U、14L由于其間的雙平面關(guān)系構(gòu)成分開而不同的與中心齒輪12的相互配合區(qū)。如圖5所示，上主行星小齒輪14U在相互配合區(qū)34與中心齒輪12相互配合下，下主行星小齒輪14L在相互配合區(qū)36與中心齒輪12相互配合。相反，在普通的復(fù)式行星齒輪系中所有主行星小齒輪在一共同的相互配合區(qū)內(nèi)與中心齒輪相互配合。
對于本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10的實(shí)施例來說，可取得與普通復(fù)式行星齒輪系相比大得多的比值DP/DS。在這里所述疊層復(fù)式行星齒輪系10的實(shí)施例中主行星小齒輪14的數(shù)量為12，比值DP/DS的值與以上所述普通復(fù)式行星齒輪系的比值DP/DS0.31相比達(dá)53/79＝0.67。基于本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10的比值DP/DS為0.67，可利用等式(4)得出比值R2/P2為8.1。比值R2/P2為8.1表明復(fù)式行星齒輪系的次行星小齒輪和固定環(huán)形齒輪在構(gòu)形的實(shí)際設(shè)計(jì)上是可行的。這種實(shí)際設(shè)計(jì)就體現(xiàn)在這里所述和圖示的疊層復(fù)式行星齒輪系10中。
從圖4、6可以看出，上軸承裝置24的容許外徑是受到緊鄰上軸承裝置24的外徑干擾的限制。盡管受到這種限制，軸承裝置的壽命在分別帶有12個(gè)和10個(gè)主行星小齒輪14的疊層復(fù)式行星齒輪系10的實(shí)施例中仍可依次達(dá)到約2100小時(shí)和約3000小時(shí)。
這里所述和示出的疊層復(fù)式行星齒輪系10的實(shí)施例具有12個(gè)主行星小齒輪14，其中6個(gè)為上主行星小齒輪14U，6個(gè)為下主行星小齒輪14L，彼此作交錯(cuò)雙平面布置。熟悉本專業(yè)的人懂得，根據(jù)本發(fā)明疊層復(fù)式行星齒輪系10的特定設(shè)計(jì)約束條件，成組N個(gè)主行星小齒輪14可以是小于或大于12的偶數(shù)N個(gè)主行星小齒輪14。
如上所述本發(fā)明可按以上說明作出各種不同的改變。因此，可以理解，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以作不同于以上具體說明的實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種疊層復(fù)式行星齒輪系，包括一傳動(dòng)中心齒輪；一組N個(gè)主行星小齒輪，與所述中心齒輪相互配合，其中N為所述一組主行星小齒輪的數(shù)量，所述一組N個(gè)小齒輪具有第一N/2個(gè)上主行星小齒輪，第二N/2個(gè)下主行星小齒輪，所述上下主行星小齒輪作交錯(cuò)雙平面布置；N個(gè)次行星小齒輪；一復(fù)式傳動(dòng)軸，支承一相應(yīng)主行星小齒輪和一次行星小齒輪；一固定的環(huán)形齒輪，與所述多個(gè)次行星小齒輪相互配合；一個(gè)行星支架裝置，與所述復(fù)式傳動(dòng)軸作旋轉(zhuǎn)結(jié)合而用以保證所述疊層復(fù)式行星齒輪系的輸出。
2.按權(quán)利要求1所述疊層復(fù)式行星齒輪系，其特征在于N為一偶數(shù)。
3.按權(quán)利要求2所述疊層復(fù)式行星齒輪系，其特征在于N等于12。
4.按權(quán)利要求1所述疊層復(fù)式行星齒輪系，其特征在于還具有多個(gè)上軸承裝置和多個(gè)下軸承裝置，所述多個(gè)上下軸承裝置共同支承所述行星支架裝置而與所述復(fù)式轉(zhuǎn)動(dòng)軸作旋轉(zhuǎn)結(jié)合。
5.按權(quán)利要求1所述疊層復(fù)式行星齒輪系，其特征在于，支承所述N/2個(gè)上主行星小齒輪中之一的各復(fù)式傳動(dòng)軸，具有一預(yù)定直徑而使各所述復(fù)式傳動(dòng)軸和緊鄰的下主行星的齒輪周邊之間的間隙盡可能小。
6.一種具有一主旋翼軸的直升機(jī)的動(dòng)力系，包括輸入組件，用以從一加強(qiáng)型動(dòng)力裝置接受動(dòng)力，所述輸入組件包括第一級(jí)減速傳動(dòng)裝置；一主傳動(dòng)裝置總成，包括第二級(jí)減速傳動(dòng)裝置，第二級(jí)減速傳動(dòng)裝置與所述第一級(jí)減速傳動(dòng)裝置作機(jī)械聯(lián)接以便從其接受動(dòng)力；一傳動(dòng)軸，與所述第二減速傳動(dòng)裝置聯(lián)接以便從其接受動(dòng)力；一中心齒輪，與所述傳動(dòng)軸聯(lián)接在一起而受其驅(qū)動(dòng)，其中，所述中心齒輪成為一驅(qū)動(dòng)器；一組N個(gè)主行星小齒輪，與所述中心齒輪相互配合，其中N為所述組中的主行星小齒輪的數(shù)量，所述組N個(gè)包括第一N/2個(gè)上主行星小齒輪；第二N/2個(gè)下主行星小齒輪，所述上下主行星小齒輪作交錯(cuò)雙平面布置；N個(gè)次行星小齒輪；一復(fù)式傳動(dòng)軸，支承一相應(yīng)主行星小齒輪和一次行星小齒輪；一固定的環(huán)形齒輪，與所述多個(gè)次行星小齒輪相互配合；一個(gè)行星支架裝置，與所述復(fù)式傳動(dòng)軸作旋轉(zhuǎn)結(jié)合，為直升機(jī)的主旋翼軸提供所述疊層復(fù)式行星齒輪系的輸出。
7.按權(quán)利要求6所述動(dòng)力系，其特征在于N為一偶數(shù)。
8.按權(quán)利要求7所述動(dòng)力系，其特征在于N等于12。
全文摘要
一種直升機(jī)改進(jìn)型動(dòng)力系的疊層復(fù)式行星齒輪系(10)，具有提高的減速比，與加強(qiáng)型動(dòng)力裝置(102A、102B)加大的輸出馬力相適應(yīng)，而同時(shí)保持原有主旋翼軸(106)的輸出轉(zhuǎn)速，疊層復(fù)式行星齒輪系(10)包括傳動(dòng)中心齒輪(12)、一組N個(gè)主行星小齒輪(14)、多個(gè)次行星小齒輪(16)、支承各相應(yīng)主(14)次(16)行星小齒輪組合體的復(fù)式傳動(dòng)軸(18)、與次行星小齒輪(16)相互配合的固定環(huán)形齒輪(20)和行星支架裝置(22)，此裝置與復(fù)式傳動(dòng)軸(18)作旋轉(zhuǎn)安裝，將疊層復(fù)式行星齒輪系(10)的輸出傳給直升機(jī)主旋翼軸(106)。成組N個(gè)主行星小齒輪(14)包括N/2個(gè)上主行星小齒輪(14U)和N/2個(gè)下主行星小齒輪(14L)。上下主行星小齒輪(14U、14L)作交錯(cuò)雙平面布置，其中，各上行星小齒輪(14U)疊置在緊鄰的下行星小齒輪(14L)上方。
文檔編號(hào)F16H1/28GK1149277SQ95193285
公開日1997年5月7日 申請日期1995年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月26日
發(fā)明者J·G·吉什 申請人:聯(lián)合工藝公司