CN110259913A - 风扇发动机、星型齿轮箱以及人字齿轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种风扇发动机、星型齿轮箱以及人字齿轮装置，通过改变人字齿轮两侧齿中间过渡段连接的刚性，使其变成柔性连接来达到克服偏载问题的目的。其中的人字齿轮装置包括第一齿轮、第二齿轮以及齿轮轴，第一齿轮通过弹性元件结合在所述齿轮轴的第一轴段，所述第二齿轮通过弹性元件结合在所述齿轮轴的第二轴段，并通过紧固件对所述第一齿轮、所述第二齿轮进行轴向固定，所述第一齿轮和所述第二齿轮在所述齿轮轴上轴向间隔开并合成人字齿轮，利用所述弹性元件的变形使所述第一齿轮、所述第二齿轮能相互转动一定的角度。

Description

风扇发动机、星型齿轮箱以及人字齿轮装置

技术领域

本发明涉及人字齿轮。

背景技术

目前，各发动机制造公司都在争相研究齿轮传动风扇发动机，其主要特点是在风扇和增压压气机之间增加一套星型减速齿轮箱，从而可以使风扇与增压压气机以不同的转速工作，大幅提高发动机的工作效率。这一构型的核心是行星减速齿轮箱，主要由星型轮、太阳轮和齿圈组成。为了提高齿轮的强度及抗冲击负荷的作用，同时为了抵消轴向力，各齿轮都设计成人字齿。目前齿轮箱的人字齿都采用两侧齿一体设计，即两侧轮齿中间留有相应的退刀槽或者断开间距，两侧齿轮刚性连接。但是，两侧轮齿的刚性连接对轮齿加工提出了非常高的要求，一旦受加工精度和装配误差的影响，齿轮箱在运行过程中发生偏载，载荷将从人字齿的一侧传递至另一侧，使两侧轮齿间的载荷分配不均匀，影响齿轮的使用寿命，同时也给齿轮箱带来过大的振动，最终将影响发动机的运行品质和寿命。

为降低行星齿轮减速箱的振动，通常将其中的太阳轮、行星轮、齿圈等设计为浮动结构，这样在齿轮箱运行过程中通过浮动结构消除由制造、装配误差带来的额外不平衡，以提高齿轮箱的运行品质。但是这些解决措施只针对不同类型的齿轮之间的不平衡问题，对于人字齿自身的不平衡问题没有太多的解决措施，目前的解决方案是提高加工精度或装配精度。因此采用人字齿结构的行星齿轮减速箱的运行品质很大程度地受制于加工和装配精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风扇发动机、星型齿轮箱以及人字齿轮装置，通过改变人字齿轮两侧齿中间过渡段连接的刚性，使其变成柔性连接来达到克服偏载问题的目的。

一种人字齿轮装置，其包括第一齿轮、第二齿轮以及齿轮轴，第一齿轮通过弹性元件结合在所述齿轮轴的第一轴段，所述第二齿轮通过弹性元件结合在所述齿轮轴的第二轴段，并通过紧固件对所述第一齿轮、所述第二齿轮进行轴向固定，所述第一齿轮和所述第二齿轮在所述齿轮轴上轴向间隔开并合成人字齿轮，利用所述弹性元件的变形使所述第一齿轮、所述第二齿轮能相互转动一定的角度。

在一个或多个实施方式中，第一齿轮通过橡胶复合材料结合在所述齿轮轴的第一轴段，所述第二齿轮通过橡胶复合材料结合在所述齿轮轴的第二轴段。

在一个或多个实施方式中，所述第一轴段和所述第二轴段之间为中间过渡段，所述中间过渡段相对于第一轴段和所述第二轴段具有更低的刚度，以容许所述第一轴段和所述第二轴段相对扭转。

在一个或多个实施方式中，所述中间过渡段为空心结构，并在轴身上沿周向开设数个槽，以降低其刚度。

在一个或多个实施方式中，所述橡胶复合材料通过加热利用自身粘性将所述第一齿轮和第一轴段、所述第二齿轮和所述第二轴段分别连接。

在一个或多个实施方式中，所述第一轴段和所述第二轴段通过膜盘连接。

一种星型齿轮箱包括太阳轮、多个行星轮以及内齿圈，行星轮与太阳轮和所述内齿圈分别啮合，啮合的齿为人字齿，所述行星轮、所述行星轮以及所述内齿圈分别构造成任一项所述的人字齿轮装置。

一种风扇发动机，包括风扇和增压压气机，风扇和增压压气机之间通过至少一套星型齿轮箱进行传动，所述星型齿轮箱为所述的星型齿轮箱。

在不改变人字齿轮轴空间尺寸的前提下，将人字齿轮轴中间连接段变成柔性连接，柔性连接段具有吸振作用，同时可以对两侧齿轮的基节误差进行补偿，抑制由于偏载导致的变形传递，避免齿轮轴支撑轴承损坏，最终实现齿轮箱的平稳运行。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是一个或多个实施方式中风扇发动机的局部图；

图2是一个或多个实施方式中星型齿轮箱的局部剖视图；

图3是一个或多个实施方式中人字齿轮装置的半剖视图；

图4是一个或多个实施方式中人字齿轮装置的主视图；

图5是一个或多个实施方式中人字齿轮装置的主视图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

图1示出了风扇1，风扇1与星型齿轮箱2的内齿圈固定连接，星型齿轮箱2的太阳轮和图中未示出的增压压气机共轴连接。风扇1的动力通过星型齿轮箱2传递到增压压气机，通过调整星型齿轮箱2的传动比，可以容许风扇1和增压压气机以设定的转速分别转动，二者的转速可以设置成不同。

图2示出了一个或多个实施方式中星型齿轮箱的半剖视图的一半，其以中心轴线X为中心转动，包括太阳轮5、多个行星轮4以及内齿圈3。太阳轮5、多个行星轮4以及内齿圈3可以选择如后所述的一个或多个实施方式所述的人字齿轮装置来分别构造。

根据一个或多个实施方式，如图3所示，人字齿轮装置包括第一齿轮12、第二齿轮13以及齿轮轴11，第一齿轮12通过弹性元件14结合在齿轮轴11的第一轴段111，即图中左边的轴段，第二齿轮13通过弹性元件15结合在齿轮轴11的第二轴段112，即图中右边的轴段，并通过图中未示出的紧固件对第一齿轮12、第二齿轮13进行轴向固定。第一齿轮12和第二齿轮13在齿轮轴11上轴向间隔开并组合成一个人字齿轮，利用弹性元件14、15的变形使第一齿轮12、第二齿轮13能相互转动一定的角度。利用弹性元件的变形使两侧齿轮能相互转动一定的角度，从而可以补偿加工和装配误差。此外，由于使用了柔性的连接方式，使得两侧的齿轮不仅可以相互转动一定的角度，还能各自摆动一定的角度，对于装配精度不高的场合两侧齿轮能各自定心，相互影响较小，从而提高人字齿轮运行的平稳性，减小传递至外界的振动与噪声，可以利用齿轮和连接轴之间的弹性元件吸收齿轮啮合时的振动和冲击，从而减少传递到整机的振动。

在一个或多个实施方式中，弹性元件14、15可以是橡胶复合材料，橡胶复合材料可以具有良好的结合性能，例如通过加热利用自身粘性将第一齿轮12和第一轴段111、第二齿轮13和第二轴段112分别连接

将第一齿轮12、第二齿轮13进行轴向固定的紧固件可以是螺母或螺栓或者铆接件，例如根据至少一个实施方式，第一齿轮12、第二齿轮13的内端通过齿轮轴11的轴肩进行限位，而外端通过螺栓紧固。

如图4所示，在一个或多个实施方式中，第一轴段111和第二轴段112之间为中间过渡段113，中间过渡段113相对于第一轴段111和第二轴段112具有更低的刚度，以容许第一轴段111和第二轴段112相对扭转。使中间过渡段113具有更低刚度的实施方式包括但不限于减少中间过渡段的材料，在至少一个实施方式中，中间过渡段113为空心轴，在轴身上还设置有沿周向分部的数个槽9，中间过渡段113类似于鼠笼弹支结构，槽9不仅降低了中间过渡段113的刚度，并且还减少了整个装置的重量，将中间过渡段113的刚度设置得更低，并同时通过弹性元件14、15结合第一齿轮12、第二齿轮13，可以在柔性连接的设计上具有更多的调整余地。

如图5所示，在一个或多个实施方式中，第一轴段12和第二轴段13通过膜盘10连接，膜盘有一定的弹性，能补偿齿轮偏载导致的力和振动的传递，可以替代前述类似于鼠笼弹支结构的中间过渡段。

内齿圈3按照根据前述实施方式的人字齿轮装置构造，即其对应的齿轮轴为空心轴，而对应的第一齿轮、第二齿轮分别为齿圈，其压入配合在齿轮轴的轴孔中，同样具备前述优点。

根据前述实施方式，在不改变人字齿轮轴空间尺寸的前提下，将人字齿轮轴中间连接段变成柔性连接，柔性连接段具有吸振作用，同时可以对两侧齿轮的基节误差进行补偿，抑制由于偏载导致的变形传递，避免齿轮轴支撑轴承损坏，最终实现齿轮箱的平稳运行。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.人字齿轮装置，其特征在于，包括第一齿轮、第二齿轮以及齿轮轴，第一齿轮通过弹性元件结合在所述齿轮轴的第一轴段，所述第二齿轮通过弹性元件结合在所述齿轮轴的第二轴段，并通过紧固件对所述第一齿轮、所述第二齿轮进行轴向固定，所述第一齿轮和所述第二齿轮在所述齿轮轴上轴向间隔开并合成人字齿轮，利用所述弹性元件的变形使所述第一齿轮、所述第二齿轮能相互转动一定的角度。

2.如权利要求1所述的人字齿轮装置，其特征在于，第一齿轮通过橡胶复合材料结合在所述齿轮轴的第一轴段，所述第二齿轮通过橡胶复合材料结合在所述齿轮轴的第二轴段。

3.如权利要求1所述的人字齿轮装置，其特征在于，所述第一轴段和所述第二轴段之间为中间过渡段，所述中间过渡段相对于第一轴段和所述第二轴段具有更低的刚度，以容许所述第一轴段和所述第二轴段相对扭转。

4.如权利要求3所述的人字齿轮装置，其特征在于，所述中间过渡段为空心结构，并在轴身上沿周向开设数个槽，以降低其刚度。

5.如权利要求2所述的人字齿轮装置，其特征在于，所述橡胶复合材料通过加热利用自身粘性将所述第一齿轮和第一轴段、所述第二齿轮和所述第二轴段分别连接。

6.如权利要求2所述的人字齿轮装置，其特征在于，所述第一轴段和所述第二轴段通过膜盘连接。

7.一种星型齿轮箱，包括太阳轮、多个行星轮以及内齿圈，行星轮与太阳轮和所述内齿圈分别啮合，啮合的齿为人字齿，所述行星轮、所述行星轮以及所述内齿圈分别构造成如权利要求1至6中任一项所述的人字齿轮装置。

8.一种风扇发动机，包括风扇和增压压气机，风扇和增压压气机之间通过至少一套星型齿轮箱进行传动，其特征在于，所述星型齿轮箱为权利要求7所述的星型齿轮箱。