專利名稱：齒輪傳動裝置的載荷分流機構(gòu)的制作方法
齒輪傳動裝置的載荷分流機構(gòu)相關(guān)申請的交叉參考本申請是2010年4月13日提交的美國臨時專利申請61/323，648的相關(guān)申請并要求其優(yōu)先權(quán)，該美國臨時專利申請結(jié)合在此作為參考?！?br> 聯(lián)邦資助聲明不適用。
背景技術(shù)：
本發(fā)明大體涉及動力傳輸裝置的載荷分擔(dān)機構(gòu)，尤其涉及具有階式齒輪的齒輪傳動裝置的載荷分擔(dān)機構(gòu)。旋翼飛機一般利用高速渦輪發(fā)動機驅(qū)動轉(zhuǎn)子或螺旋槳。發(fā)動機和轉(zhuǎn)子之間的主齒輪傳動裝置是在把發(fā)動機速度降低到適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子速度的同時，傳輸發(fā)動機功率所必需的。主齒輪傳動裝置通常是飛機的傳動鏈中最重的子系統(tǒng)。對現(xiàn)代旋翼飛機來說，增大功率吞吐量和減小傳動裝置的重量非常合乎需要。改善功率密度的一種有效途徑是把燃氣渦輪發(fā)動機的輸入轉(zhuǎn)矩分成多個通路。每個通路利用較小的單獨齒輪部件，這產(chǎn)生重量較輕，尺寸小，并且由于每個齒輪嚙合中的載荷較低，因此具有較小的齒面寬度的整個傳動裝置設(shè)計。較小但是眾多的齒輪還要求由于施加的轉(zhuǎn)矩較小，因此使用期限增大的較小軸承。功率密集行星齒輪傳動裝置的一個實施例由具有一組階式行星齒輪的復(fù)合行星齒輪系組成。每個階式行星齒輪包括較大的行星齒輪和傳動行星小齒輪。階式行星齒輪具有柔性軸或者可回轉(zhuǎn)軸。采用由行星架支承的一組小而且簡單的空轉(zhuǎn)行星小齒輪分擔(dān)轉(zhuǎn)矩，從而在傳動行星小齒輪和空轉(zhuǎn)行星小齒輪之間分配傳動裝置傳送的載荷?？辙D(zhuǎn)行星小齒輪具有相對于行星架的非浮動軸。也可以采用另外的傳動裝置結(jié)構(gòu)，比如轉(zhuǎn)矩分流面齒輪傳動裝置，其中使用階式齒輪驅(qū)動一級面齒輪和夾著所述一級面齒輪的兩個空轉(zhuǎn)面齒輪。階式齒輪具有固定軸。較小的空轉(zhuǎn)齒輪用作交叉齒輪，以提供多個功率通路，從而分擔(dān)載荷。類似地，空轉(zhuǎn)齒輪也具有固定軸。載荷分擔(dān)機構(gòu)可被布置在功率密集行星齒輪傳動裝置中。這些載荷分擔(dān)機構(gòu)可包括具有大齒輪和較小的傳動齒輪的階式齒輪組。較小的傳動齒輪與兩個反動齒輪嚙合，通過其中利用有選擇地布置在階式齒輪組的大齒輪和小齒輪之間的單個回轉(zhuǎn)支承軸承，設(shè)計階式齒輪組的支承結(jié)構(gòu)的機械機構(gòu)，實現(xiàn)載荷分擔(dān)。回轉(zhuǎn)支承軸承的支承結(jié)構(gòu)和位置使較小的傳動行星齒輪在與兩個反動齒輪的嚙合點的切向力可以被分配，從而在兩個反動齒輪之間實現(xiàn)期望的載荷分擔(dān)比，如果輪齒未被正確地形成齒冠，那么會發(fā)生邊緣加載。因而，有利的是提供一種齒輪傳動裝置中的柔性支承結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)允許隨心所欲地在兩個反動齒輪之間分配載荷，允許在支承軸承組之間分配載荷，以優(yōu)化傳動行星小齒輪和空轉(zhuǎn)行星小齒輪之間的載荷分配，和保持平行齒輪嚙合。在這種情況下，能夠獲得最大的載荷容量。

發(fā)明內(nèi)容
簡單地說，本公開提供一種具有柔性支承結(jié)構(gòu)的功率密集行星齒輪傳動裝置，所述柔性支承結(jié)構(gòu)允許隨心所欲地在兩個反動齒輪之間分流載荷，和在一組支承軸承組之間分流載荷，以優(yōu)化傳動行星小齒輪和空轉(zhuǎn)行星小齒輪之間的載荷分配，維持適當(dāng)?shù)钠叫旋X輪對準。在備選實施例中，本公開提供一種具有柔性支承結(jié)構(gòu)的面齒輪傳動裝置，所述柔性支承結(jié)構(gòu)允許隨心所欲地在兩個反動齒輪之間分流載荷，和在一組支承軸承組之間分流載荷，以便優(yōu)化傳動行星小齒輪和空轉(zhuǎn)行星小齒輪之間的載荷分布，維持平行齒輪對準，從而獲得最大的載荷容量。作為一種方法，本公開提供一種有選擇地決定一組支承軸承的位置的程序，以便在傳動系統(tǒng)中的傳動行星小齒輪和空轉(zhuǎn)行星小齒輪之間實現(xiàn)最佳的載荷分布，所述傳動系統(tǒng)包含用于在兩個反動齒輪或通路之間分流施加的載荷的分流齒輪組件?！?br> 結(jié)合附圖，根據(jù)下面的說明，在本公開中陳述的上述特征和優(yōu)點，以及目前優(yōu)選的實施例將變得更明顯。


在構(gòu)成說明書的一部分的附圖中圖I是功率密集行星齒輪傳動裝置的剖面透視圖，它包括呈一組支承軸承組形式的本公開的柔性支承結(jié)構(gòu)；圖2是類似于圖I的剖面透視圖，圖解說明功率密集行星齒輪傳動裝置內(nèi)的互作用力的向量；圖3是圖I的功率密集行星齒輪傳動系統(tǒng)中的階式齒輪組的透視載荷圖；圖4是圖解說明階式齒輪組的第一和第二支承軸承的切向軸承載荷的切向力平衡圖；圖5是圖I的功率密集行星齒輪傳動裝置的階式齒輪組和空轉(zhuǎn)齒輪的切向力示圖的頂視圖；圖6是圖I的功率密集行星齒輪傳動系統(tǒng)中的空轉(zhuǎn)齒輪的透視載荷圖；圖7是包括本公開的載荷分流機構(gòu)的直升機主齒輪箱的剖視圖；圖8A和8B是供圖7的齒輪箱之用的行星架結(jié)構(gòu)的透視圖和剖面透視圖；圖9是在階式齒輪組和空轉(zhuǎn)齒輪上裝有本公開的載荷分擔(dān)機構(gòu)的面齒輪傳動裝置的剖視圖；圖10是備選實施例的行星架結(jié)構(gòu)的透視圖；和圖11是圖10的一部分的放大視圖。附圖中，對應(yīng)的附圖標(biāo)記指示對應(yīng)的部分。應(yīng)注意附圖用于舉例說明在本公開中陳述的原理，而不是按比例繪制的。在詳細說明本發(fā)明的任意實施例之前，要明白就其應(yīng)用來說，本發(fā)明并不局限于在以下說明中陳述，或者在附圖中圖解說明的各個組件的結(jié)構(gòu)和排列的細節(jié)。
具體實施方式
下面的詳細說明舉例說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制。該說明使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和利用本公開，并且描述了本公開的幾個實施例、修改、變化、備選方案和應(yīng)用，包括目前認為是實現(xiàn)本公開的最佳方式的內(nèi)容。參見附圖，尤其是圖I和2，表示了通常結(jié)合到功率密集齒輪傳動裝置(A)中的本公開的實施例。齒輪傳動裝置(A)包括傳動齒輪10，一組階式齒輪組20，每個階式齒輪組20具有大齒輪21和傳動小齒輪22，第一反動齒輪30，第二反動齒輪40，和一組齒輪組支承軸承50和55。借助相關(guān)的錐齒輪I和環(huán)形齒輪5驅(qū)動的傳動齒輪10定義第一旋轉(zhuǎn)軸ARl ;而每個階式齒輪組20定義相關(guān)的第二旋轉(zhuǎn)軸AR2。這兩個旋轉(zhuǎn)軸AR1和AR2定義平面S。每個階式齒輪組20中的兩個齒輪沿著軸AR2軸向隔開距離L，如圖2中所示。在沿著軸AR2，離大齒輪21的軸向距離為L1的位置，在大齒輪21和較小的傳動小齒輪22之間布置第一支 承軸承55。在沿著軸AR2，離較小的傳動小齒輪22的距離為L2的軸向位置，在大齒輪21和較小的傳動小齒輪22之間布置第二支承軸承50。齒輪組中的大齒輪21具有為Dtl的節(jié)徑，而較小的傳動小齒輪22具有為D1的節(jié)徑。在第一軸承位置，第一軸承55連同相關(guān)的軸承座結(jié)構(gòu)提供有效切向支承剛度KDt1和有效徑向支承剛度KDiv在第二軸承位置，第二軸承50連同相關(guān)的軸承座結(jié)構(gòu)提供有效切向支承剛度KDt2和有效徑向支承剛度KDr2。功率密集齒輪傳動裝置還包括一組空轉(zhuǎn)齒輪70。每個空轉(zhuǎn)齒輪70通過第三軸承80和第四軸承90，跨立安裝在公共支承結(jié)構(gòu)(行星架)60上。第三軸承80位于離空轉(zhuǎn)齒輪70的中心的軸向距離為L3的位置。第四軸承90位于離空轉(zhuǎn)齒輪70的中心的軸向距離為L4的位置。在第三軸承位置，第三軸承80連同行星架中的相關(guān)軸承座結(jié)構(gòu)提供有效切向支承剛度KIt3。在第四軸承位置，第四軸承90連同行星架中的相關(guān)軸承座結(jié)構(gòu)提供有效切向支承剛度KIt4。在傳動裝置(A)的運轉(zhuǎn)期間，傳動齒輪10與每個齒輪組20的大齒輪21嚙合，施加具有與由軸AR1和AR2定義的平面S垂直的切向分量Ftl的嚙合力。像傳動齒輪10那樣，第一反動齒輪30和在軸AR1同側(cè)的較小的傳動小齒輪22嚙合。反動齒輪30和較小的傳動小齒輪22之間的嚙合產(chǎn)生具有垂直于平面S的切向分量的嚙合力。第二反動齒輪40在第一反動齒輪30的對側(cè)，與較小的傳動小齒輪22嚙合。第二反動齒輪40和較小的傳動小齒輪之間的嚙合產(chǎn)生具有類似地垂直于平面S的切向分量F+AF的嚙合力。作用于階式齒輪組20的嚙合力由支承軸承50和55中的合力平衡，如圖3的載荷圖中所示。類似地，圖4圖解說明階式齒輪組的切向力平衡圖，其中切向的軸承載荷對第一支承軸承55來說是Ft1,對第二支承軸承50來說是Ft2。切向的有效軸承和軸承座支承剛度對第一軸承位置來說是KDt1，對第二軸承位置來說是KDt2。第一反動齒輪30還與空轉(zhuǎn)齒輪70嚙合，把切向嚙合力F傳給空轉(zhuǎn)齒輪70。這種情況下，轉(zhuǎn)動地平衡反動齒輪30。每個空轉(zhuǎn)齒輪70再與第二反動齒輪40嚙合，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動平衡從第一反動齒輪30受到的切向嚙合力F的匹配切向嚙合力F。這種情況下，第三軸承80受到切向載荷Ft3，第四軸承90受到切向載荷Ft4，如圖解說明階式齒輪20和空轉(zhuǎn)齒輪70的切向力示圖的圖5，以及特別針對空轉(zhuǎn)齒輪70的圖6中所示。為了分配在與兩個反動齒輪30和40的嚙合點的切向嚙合力，同時使各個齒輪保持平行嚙合，要小心地選擇支承階式齒輪20的軸承位置L1和L2。假定在第一反動齒輪30和較小的傳動小齒輪22之間產(chǎn)生的切向嚙合力與在第二反動齒輪40和較小的傳動小齒輪22之間產(chǎn)生的切向嚙合力的理想比值為
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計具有在輸入和輸出之間的至少兩個轉(zhuǎn)矩通路的齒輪傳動裝置(A)，以便在支承在行星架出0，160, 460)中的一組傳動行星小齒輪(22)和空轉(zhuǎn)行星小齒輪(70)之間，實現(xiàn)選擇的載荷分配的方法，所述行星架出0，160, 460)都布置在第一和第二反動齒輪(30, 40)之間，所述方法包括 確定所述第一和第二反動齒輪的載荷分配比LRt ； 確定支承每個所述傳動行星小齒輪的一對軸承(50，55)的力比，和支承每個所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪的一對軸承(80，90)的力比； 確定承載所述傳動小齒輪的每個齒輪組組件的節(jié)徑比； 選擇支承所述傳動行星小齒輪的每對軸承的初始位置(L1, L2)，并選擇支承所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪的每對軸承的初始位置(L3，L4)； 計算在所述選擇的初始位置的所述各對軸承的實際力比； 計算所述傳動行星小齒輪和所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪的實際齒輪載荷的分配比； 比較所計算的實際支承剛度比和所計算的實際齒輪載荷比與相關(guān)的預(yù)定比值目標(biāo)；和 通過重新計算所述各對軸承的所述支承剛度比，反復(fù)調(diào)整至少一個軸承位置，直到所述比較步驟指出所述實際支承剛度比和所述實際齒輪載荷分配比都在所述預(yù)定目標(biāo)的可接受容限內(nèi)為止。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法，其中所述傳動行星小齒輪和所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪的所述載荷分配比LRt是按照下式，在第一反動齒輪(30)和小齒輪(22，70)之間產(chǎn)生的切向嚙合力與在第二反動齒輪(40)和小齒輪(22，70)之間產(chǎn)生的切向嚙合力的比值
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中按照下式選擇支承所述傳動行星小齒輪(22)的每對軸承的所述初始位置L1, L2，和支承所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪(70)的每對軸承的初始位置L3,
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中按照下式計算在所述選擇的初始位置(!^，!^，!^和L4)的所述各對軸承(50，55)和(80，90)的力比
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中按照下式計算所述傳動行星小齒輪(22)和所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪(70)的實際齒輪載荷分配比
6.按照權(quán)利要求I所述的方法，其中一組傳動行星小齒輪(22)和所述一組空轉(zhuǎn)行星小齒輪(70)之間的所述選擇的載荷分配被選擇成在O. 5和I. O之間的范圍內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求I所述的方法，其中經(jīng)過所述齒輪傳動裝置(A)的所述至少兩個轉(zhuǎn)矩通路中的一個通路承載的載荷小于所述兩個轉(zhuǎn)矩通路中的另一個通路承載的載荷。
8.按照權(quán)利要求I所述的方法，其中所述至少兩個轉(zhuǎn)矩通路中的一個通路經(jīng)過所述一組傳動行星小齒輪(22)到達所述輸出，所述轉(zhuǎn)矩通路中的另一個通路經(jīng)過所述一組空轉(zhuǎn)行星小齒輪(70)到達所述輸出，所述一組空轉(zhuǎn)行星小齒輪承載的載荷小于所述一組傳動行星小齒輪承載的載荷。
9.按照權(quán)利要求I所述的方法，其中所述至少兩個轉(zhuǎn)矩通路中的一個通路經(jīng)過所述一組傳動行星小齒輪(22)到達所述輸出，其中所述兩個轉(zhuǎn)矩通路中的另一個通路經(jīng)過所述一組空轉(zhuǎn)行星小齒輪(70)到達所述輸出。
10.按照權(quán)利要求I所述的方法，還包括在所述行星架(460)中設(shè)置至少一個減荷槽(431，432，433)的步驟，所述減荷槽被布置成沿周向為每個齒輪組組件提供柔韌性，和改善應(yīng)力分布。
11.按照權(quán)利要求I所述的方法，還包括在行星架(460)的頂板(410)和底輪轂(420)中設(shè)置加強的軸承座(470，471)的步驟，所述加強的軸承座(470，471)用于接納支承所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪的所述軸承。
12.按照權(quán)利要求I所述的方法，其中最初按照下式選擇沿著階式齒輪組件軸的傳動行星小齒輪支承軸承(50，55，350，355)的所述位置L1和L2
13.按照權(quán)利要求10所述的方法，所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪支承軸承最初被布置在離所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪的軸向中點距離相等的位置L3和L4。
14.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中所述傳動系統(tǒng)(A)是周轉(zhuǎn)齒輪系。
15.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中所述傳動系統(tǒng)(Al)是轉(zhuǎn)矩分流面齒輪傳動裝置。
16.一種改進的齒輪系(A，Al)，所述齒輪系(A，A1)具有聯(lián)接到輸入軸(I)的傳動中心齒輪(10，310)，空轉(zhuǎn)中心齒輪(30，330)，和環(huán)形齒輪(40，340)，一組傳動行星齒輪組(20，320)，每個傳動行星齒輪組(20,320)都包括與傳動中心齒輪嚙合的大行星齒輪(21，321)，和沿著行星軸軸向隔開，并且與所述空轉(zhuǎn)中心齒輪和所述環(huán)形齒輪嚙合的至少一個小行星齒輪(22，232)，各自都包括空轉(zhuǎn)行星齒輪(70，370)和空轉(zhuǎn)行星軸的一組空轉(zhuǎn)齒輪，所述空轉(zhuǎn)行星齒輪與所述空轉(zhuǎn)中心齒輪和所述環(huán)形齒輪嚙合，其中傳動中心齒輪和空轉(zhuǎn)中心齒輪是同軸布置的，并且沿著中心軸AR1隔開；其中環(huán)形齒輪是環(huán)繞空轉(zhuǎn)中心齒輪同軸布置的，其中傳動行星齒輪組被布置在環(huán)形齒輪和空轉(zhuǎn)中心齒輪之間的環(huán)形區(qū)域中，其中空轉(zhuǎn)行星齒輪被布置在環(huán)形齒輪和空轉(zhuǎn)中心齒輪之間的環(huán)形空間中，所述改進包括 對于每個傳動行星齒輪組，在軸向位置L1和L2，在所述相關(guān)的行星軸周圍布置一對軸承(50，55)，選擇所述軸向位置LdP L2,以實現(xiàn)經(jīng)過所述行星齒輪組和所述空轉(zhuǎn)行星齒輪的轉(zhuǎn)矩傳遞的期望載荷分配比。
17.按照權(quán)利要求16所述的改進的齒輪系，其中所述空轉(zhuǎn)行星齒輪和所述傳動行星齒輪組之間的所述轉(zhuǎn)矩傳遞的所述期望載荷分配比為LRt，其中支承所述傳動行星齒輪組的所述一對軸承具有切向剛度比Φ 21，每對軸承中的所述軸承的所述軸向位置L1, L2是按照下式選擇的
18.按照權(quán)利要求16所述的改進的齒輪系，其中在所述空轉(zhuǎn)行星齒輪組和所述傳動行星齒輪組之間，所述轉(zhuǎn)矩傳遞的所述期望載荷分配比為70%，其中支承所述傳動行星齒輪組的所述一對軸承中的每個軸承具有相同的軸向剛度，每對軸承中的所述軸承的所述軸向位置1^，1^是按照下式選擇的
19.按照權(quán)利要求16所述的改進的齒輪系，其中所述空轉(zhuǎn)行星齒輪都由一對相同剛度的支承軸承(80，90)支承在相對的軸向端部，所述空轉(zhuǎn)行星齒輪組支承軸承都布置在離所述相關(guān)的空轉(zhuǎn)行星齒輪組的軸向中點距離相等的位置L3和L4。
20.按照權(quán)利要求16所述的改進的齒輪系，其中所述傳動系統(tǒng)(A)是周轉(zhuǎn)齒輪系，還包括具有行星架底座(162,420)和行星架板(164,410)的行星架出0，160，400)，所述行星架板是與所述傳動中心齒輪相反地軸向布置的，并且聯(lián)接到輸出軸，所述行星架支承所述傳動行星齒輪組和所述空轉(zhuǎn)行星齒輪的所述支承軸承。
21.按照權(quán)利要求21所述的改進的齒輪系，其中利用圍繞花鍵軸套(169)的成圓錐形逐漸縮小的部分(168)，使所述行星架底座軸向偏離所述行星架板，其中利用一組軸向?qū)实牧⒅?166，460)，在所述花鍵軸套和鄰近外周界，把所述行星架板聯(lián)接到所述行星架底座。
22.按照權(quán)利要求20所述的改進的齒輪系，其中所述行星架(460)中，支承每個所述傳動行星齒輪組的所述一對軸承中的每個軸承都被布置軸承座(440)內(nèi)，其中所述行星架(460)還包括與每個所述軸承座相關(guān)的至少一個減荷槽(431，432，433)，布置所述減荷槽是為了沿周向為每個傳動行星齒輪組提供切向柔性，和改善應(yīng)力分布。
23.按照權(quán)利要求20所述的改進的齒輪系，其中所述行星架(400)還包括頂板(410)中的多個增強軸承座(470)，和底輪轂(420)中的多個增強軸承座(471)，用于以剛性安裝接納支承所述空轉(zhuǎn)行星小齒輪的軸承。
24.按照權(quán)利要求20所述的改進的齒輪系，其中所述行星架(400)被配置成在周向為在所述相關(guān)行星軸周圍布置的所述軸承(50，55)提供切向柔性，和改善應(yīng)力分布，以及當(dāng)周向承載行星軸時，以每個行星軸的軸維持對準。
25.按照權(quán)利要求16所述的改進的齒輪系，其中所述傳動系統(tǒng)(Al)是轉(zhuǎn)矩分流面齒輪傳動裝置。
26.按照權(quán)利要求25所述的改進的齒輪系，其中所述傳動行星齒輪組和所述空轉(zhuǎn)行星齒輪之間的所述轉(zhuǎn)矩傳遞的所述期望載荷分配比為LRt，其中支承所述傳動行星齒輪組的所述一對軸承具有剛度比Φ21，具有相同剛度的每對軸承中的所述軸承的所述軸向位置L1和L2是按照下式選擇的
27.按照權(quán)利要求26所述的改進的轉(zhuǎn)矩分流面齒輪系，其中在所述空轉(zhuǎn)行星齒輪和所述小行星齒輪之間，所述轉(zhuǎn)矩傳遞的所述期望載荷分配比為70%，其中每對軸承中具有相同剛度的所述軸承的所述軸向位置L1和L2是按照下式選擇的
28.按照權(quán)利要求26所述的改進的轉(zhuǎn)矩分流面齒輪系，其中所述空轉(zhuǎn)行星齒輪都跨立地由一對支承軸承(380，390)支承在相對的軸向端部，所述空轉(zhuǎn)行星齒輪支承軸承都被布置在離所述相關(guān)的空轉(zhuǎn)行星齒輪的軸向中點距離相等的位置L3和L4。
全文摘要
傳動系統(tǒng)的一種有選擇地布置多組行星齒輪支承軸承(50,55,80,90)，以在嚙合地布置在傳動系統(tǒng)(A，A1)中的兩個反動齒輪(30,40)之間的一組傳動行星小齒輪(22)和一組空轉(zhuǎn)行星小齒輪(70)之間，實現(xiàn)最佳的載荷分配，從而在輸入和輸出之間的至少兩個通路之間分流施加的載荷的方法和設(shè)備。
文檔編號F16H1/28GK102939240SQ201180029133
公開日2013年2月20日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者艾小蘭, C.奧金, R.P.克魯斯, R.福布斯, M.威爾默, B.史密斯, N.恰瓦羅利 申請人:迪姆肯公司