CN113007290B - 一种变速传动*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种变速传动***，涉及传动***技术领域；包括与输入轴传动连接的第一行星轮系，所述第一行星轮系通过传动轴连接有第二行星轮系，所述第二行星轮系连接有输出轴；所述第一行星轮系包括与传动轴和输入轴传动连接的第一太阳轮，所述第一太阳轮外啮合有第一行星轮，所述传动轴远离所述第一太阳轮的一端与第二行星轮系的第二太阳轮传动连接，所述第二太阳轮外啮合有第二行星轮，所述第一行星轮和第二行星轮通过齿圈传动连接；所述传动轴上设置有制动器和摩擦离合器。本发明可以实现直升机悬停和巡航两种不同模式下所需的不同转速，且实现了平稳变速，无空档期。

Description

一种变速传动***
技术领域
本发明涉及传动***技术领域，特别是涉及一种变速传动***。
背景技术
直升机由于具有垂直起落、空中悬停、向任一方向灵活飞行，不需要固定机场和跑道等特点，被广泛应用于各个领域。我国通用直升机和专用武装直升机正处于不断发展时期，应用前景广泛，需求量不断上升。需求牵引始终是科学技术进步的主要驱动力之一，因此直升机的最新需求也必将促进相关学科基础科学与相关行业关键技术的进一步发展。
传动***、发动机和旋翼***是直升机的三大关键动部件。传动***的作用是将发动机的功率和转速按一定的比例传递到旋翼、尾桨和各附件，是涡轮轴发动机动力输出必不可少的动力传输部件，也是唯一动力传递途径。因此，在直升机中传动***可靠性比发动机要求高，直升机性能在很大程度上取决于传动***的性能。
直升机传动***典型传动链包括驱动主旋翼的传动链和驱动尾桨的传动链两大部分，驱动主旋翼的传动链：发动机的动力经发动机输出单元和主减速器，由主旋翼轴驱动主旋翼；驱动尾桨的传动链：在驱动主旋翼的传动链上引出动力，经尾传动水平轴单元、中间减速器、尾传动斜轴单元和尾减速器，由尾桨轴驱动尾桨翼。在直升机技术发展的初期，由于设计、计算工具的局限，为了显著减少直升机气动特性和动力学特性设计时的工作量，降低设计难度和简化设计流程，一直将直升机旋翼转速设定为固定值，尽管会导致旋翼的气动特性在一些状态下无法达到最优。
然而，随着直升机飞行速度的逐渐提高，悬停状态与高速前飞状态下旋翼的气动环境差别越来越大，气动性能最优的转速差距也就随之增大，固定转速的方式越来越难以兼顾悬停和高速飞行两种状态下的气动性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种变速传动***，以解决上述现有技术存在的问题，可以实现直升机悬停和巡航两种不同模式下所需的不同转速，且实现了平稳变速，无空档期。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种变速传动***，包括与输入轴传动连接的第一行星轮系，所述第一行星轮系通过传动轴连接有第二行星轮系，所述第二行星轮系连接有输出轴；所述第一行星轮系包括与传动轴和输入轴传动连接的第一太阳轮，所述第一太阳轮外啮合有第一行星轮，所述传动轴远离所述第一太阳轮的一端与第二行星轮系的第二太阳轮传动连接，所述第二太阳轮外啮合有第二行星轮，所述第一行星轮和第二行星轮通过齿圈传动连接；所述传动轴上设置有制动器和摩擦离合器。
可选的，所述第一行星轮系的行星架固定设置。
可选的，所述第二行星轮系的行星架连接有输出轴。
可选的，所述制动器和摩擦离合器设置于所述第一行星轮系和第二行星轮系之间，且所述制动器靠近所述第二行星轮系设置，所述摩擦离合器靠近所述第一行星轮系设置。
可选的，本发明变速传动***的变速传动比计算方式如下：
当摩擦离合器接触时，制动器松开；
由于第一行星轮系的行星架被固定，故n1H＝0，此时
Figure BDA0002946351930000021
Figure BDA0002946351930000022
因为n5＝n1，所以有
Figure BDA0002946351930000023
Figure BDA0002946351930000024
因此，低速时传动比为
Figure BDA0002946351930000031
当摩擦离合器脱离时，制动器闭合；
第二行星轮系以齿圈为主动件，第二太阳轮被固定，此时
Figure BDA0002946351930000032
对第二行星轮分析可知
Figure BDA0002946351930000033
带入已知条件，解得：
Figure BDA0002946351930000034
因此，高速时传动比为
Figure BDA0002946351930000035
综上，变速传动变速比为
Figure BDA0002946351930000036
上式中，输入端转速为ni，输出端转速为no，第一太阳轮齿数为Z1，第一行星轮齿数为Z2，齿圈齿数为Z3，第二行星轮齿数为Z4，第二太阳轮齿数为Z5，第一太阳轮转速为n1，第一行星轮系的行星架转速为n1H，齿圈转速为n3，第二行星轮转速为n4，第二行星轮系的行星架转速为n2H。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明采用双行星轮系，配合摩擦离合器与制动器联动，实现两级变速传动，相比较一些目前现有的变转速传动的构型，此结构较好地解决了两个问题，一是实现两级不同转速的输出。通过参数匹配，可以实现直升机悬停和巡航两种不同模式下所需的不同转速。二是解决了变速时动力中断的问题，实现平稳变速，无空档期。除此以外，本发明采用双行星轮系，体积小、结构紧凑，适合航空飞行器要求；高速路径不经过摩擦离合器，一定程度上降低了风险；功率损失小，效率高；传动平稳，抗冲击振动能力强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明变速传动***的传动连接简图；
其中，100为变速传动***、1为第一太阳轮、2为第一行星轮、3为齿圈、4为第二行星轮、5为第二太阳轮、6为输入轴、7为传动轴、8为摩擦离合器、9为制动器、10为第二行星轮系的行星架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种变速传动***，以解决上述现有技术存在的问题，可以实现直升机悬停和巡航两种不同模式下所需的不同转速，且实现了平稳变速，无空档期。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
目前，旋翼的变转速实现方式主要有三种：一是通过控制***改变活塞发动机的转速，从而改变动力轴输出转速。这种方案目前有所机型在使用，但由于发动机的工作转速改变较为困难，使得改变范围较少，约只有3％左右，所以应用不太广泛。二是通过调整发动机动力涡轮仰角或其他几何参数，在不改变核心机工作状态下改变动力涡轮的输出转速。这种方案需在发动机中安装许多不同的控制机构，目前的技术无法实现其方式，只是停留在理论阶段，无法做出实践。三是改变直升机传动***中的变速单元，进而改变传动比。
基于上述方式，本发明提供一种变速传动***100，如图1所示，包括与输入轴6传动连接的第一行星轮系，第一行星轮系通过传动轴7连接有第二行星轮系，第二行星轮系连接有输出轴；第一行星轮系包括与传动轴7和输入轴6传动连接的第一太阳轮1，第一太阳轮1外啮合有第一行星轮2，传动轴7远离第一太阳轮1的一端与第二行星轮系的第二太阳轮5传动连接，第二太阳轮5外啮合有第二行星轮4，第一行星轮2和第二行星轮4通过齿圈3传动连接；传动轴7上设置有制动器9和摩擦离合器8。第一行星轮系的行星架固定设置。第二行星轮系的行星架10连接有输出轴。制动器9和摩擦离合器8设置于第一行星轮系和第二行星轮系之间，且制动器9靠近第二行星轮系设置，摩擦离合器8靠近第一行星轮系设置。
当处于低速路径时，摩擦离合器8接合，制动器9不起效。一方面，动力从第一太阳轮1经摩擦离合器8到第二太阳轮5，再传给第二行星轮4；与此同时，另一方面，动力从第一太阳轮1，经第一行星轮2、齿圈3，传给右侧第二行星轮4。上述两路动力传递过程使右侧行星轮系成为差动轮系，最后动力由右侧第二行星轮系的行星架10汇流输出。
当处于高速路径时，摩擦离合器8脱离，动力仅从第一太阳轮1，经第一行星轮2、齿圈3，传给右侧第二行星轮4；此时，由于摩擦离合器8与制动器9的联动作用，摩擦离合器8脱离的同时，制动器9接合，实现第二太阳轮5转速为0。此时，右侧第二行星轮系处于齿圈3输入、第二太阳轮5被固定、第二行星轮系的行星架10输出动力的状态，图中箭头方向为动力的两种传递过程示意。
优选的，本发明变速传动***的变速传动比计算方式如下：
当摩擦离合器8接触时，制动器9松开；
由于第一行星轮系的行星架被固定，故n1H＝0，此时
Figure BDA0002946351930000061
Figure BDA0002946351930000062
因为n5＝n1，所以有
Figure BDA0002946351930000063
Figure BDA0002946351930000064
因此，低速时传动比为
Figure BDA0002946351930000065
当摩擦离合器8脱离时，制动器9闭合；
第二行星轮系以齿圈为主动件，第二太阳轮被固定，此时
Figure BDA0002946351930000066
对第二行星轮分析可知
Figure BDA0002946351930000067
带入已知条件，解得：
Figure BDA0002946351930000068
因此，高速时传动比为
Figure BDA0002946351930000069
综上，变速传动变速比为
Figure BDA0002946351930000071
上式中，输入轴6转速为ni，输出端转速为no。第一太阳轮1齿数为Z1，第一行星轮2齿数为Z2，齿圈3齿数为Z3，第二行星轮4齿数为Z4，第二太阳轮5齿数为Z5。第一太阳轮1转速为n1，第一行星轮系的行星架转速为n1H，齿圈3转速为n3，第二行星轮4转速为n4，第二行星轮系的行星架10转速为n2H。
分析上式可知，选取不同的Z1、Z5，可以获得不同的变速比μ。这就意味着，当选择合适的Z1、Z5时，就可以实现直升机高速和低速之间的变速。表1为变速传动***的初步参数。
表1变速传动***的初步参数
构件名称 齿数Z
第一太阳轮1 29
第一行星轮2 52
齿圈3 134
第二行星轮4 61
第二太阳轮5 14
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种变速传动***，其特征在于：包括与输入轴传动连接的第一行星轮系，所述第一行星轮系通过传动轴连接有第二行星轮系，所述第二行星轮系连接有输出轴；所述第一行星轮系包括与传动轴和输入轴传动连接的第一太阳轮，所述第一太阳轮外啮合有第一行星轮，所述传动轴远离所述第一太阳轮的一端与第二行星轮系的第二太阳轮传动连接，所述第二太阳轮外啮合有第二行星轮，所述第一行星轮和第二行星轮通过齿圈传动连接；所述传动轴上设置有制动器和摩擦离合器；所述第二行星轮系的行星架连接有输出轴；所述制动器和摩擦离合器设置于所述第一行星轮系和第二行星轮系之间，且所述制动器靠近所述第二行星轮系设置，所述摩擦离合器靠近所述第一行星轮系设置。
2.根据权利要求1所述的变速传动***，其特征在于：所述第一行星轮系的行星架固定设置。
3.根据权利要求1所述的变速传动***，其特征在于：变速传动比计算方式如下：
当摩擦离合器接触时，制动器松开；
由于第一行星轮系的行星架被固定，故n1H＝0，此时
Figure FDA0003554314320000011
Figure FDA0003554314320000012
因为n5＝n1，所以有
Figure FDA0003554314320000013
Figure FDA0003554314320000014
因此，低速时传动比为
Figure FDA0003554314320000015
当摩擦离合器脱离时，制动器闭合；
第二行星轮系以齿圈为主动件，第二太阳轮被固定，此时
Figure FDA0003554314320000021
对第二行星轮分析可知
Figure FDA0003554314320000022
带入已知条件，解得：
Figure FDA0003554314320000023
因此，高速时传动比为
Figure FDA0003554314320000024
综上，变速传动变速比为
Figure FDA0003554314320000025
上式中，输入端转速为ni，输出端转速为no，第一太阳轮齿数为Z1，第一行星轮齿数为Z2，齿圈齿数为Z3，第二行星轮齿数为Z4，第二太阳轮齿数为Z5，第一太阳轮转速为n1，第一行星轮系的行星架转速为n1H，齿圈转速为n3，第二行星轮转速为n4，第二行星轮系的行星架转速为n2H。
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