一種齒輪驅動風扇(GTF)發動機齒輪傳動裝置的製作方法

2023-08-08 22:36:41

本發明涉及齒輪傳動技術領域，尤其涉及一種齒輪驅動風扇(GTF)發動機齒輪傳動裝置。

背景技術：

降低耗油率和減少汙染排放是下一代民用航空發動機的主攻發展方向。齒輪驅動風扇(Geared Turbofan Engine，GTF)發動機具有低排放、低噪聲、低油耗和低維護費用等優點。

目前，在大推力(大於70.00kN)高涵道比渦扇發動機中，風扇均由低壓渦輪直接驅動；一般在風扇轉子後還裝有3-5級增壓壓氣機(有時也稱低壓壓氣機)，以增加發動機的總壓比及內涵的空氣流量。但這種設計存在先天的缺點，即增壓壓氣機、低壓渦輪均未在它們的最佳轉速下工作，使得發動機級數增多，這是因為高涵道比渦輪風扇發動機的風扇直徑很大，受葉尖切線速度限制，風扇轉子只能工作於較低轉速下。由於風扇(加上增壓壓氣機)是由低壓渦輪直接驅動的，增壓壓氣機、低壓渦輪的轉速大大低於它們的最佳工作轉速；為達到發動機總體設計要求，只得增加增壓壓氣機及低壓渦輪的級數。

齒輪驅動風扇(GTF)發動機相對於傳統的雙轉子渦輪風扇發動機，核心機沒有根本變化，僅僅是增加了一個減速箱。鑑於齒輪驅動風扇(GTF)發動機技術性能特點和性能優勢，在支線飛機和單通道幹線飛機發動機，齒輪驅動風扇(GTF)發動機有著誘人的市場應用發展前景。

在齒輪驅動風扇(GTF)發動機中，因為採用了獨特的傳動風扇減速器和TALON燃燒室，齒輪傳動裝置使發動機的風扇工作獨立於低壓壓氣機和渦輪，從而使燃油的燃燒效率更高，風扇轉速更低，具有低油耗、低噪聲、低排放和低維修成本等優點。齒輪傳動裝置作為齒輪驅動風扇(GTF)發動機中的重要組成部分，其主要作用在於風扇工作獨立於低壓壓氣機和渦輪，轉換必要的轉矩和轉速，保證風扇的正常工作。其設計製造優劣對整個齒輪驅動風扇(GTF)發動機的性能有重要影響。

現有技術中，在雙轉子發動機的低壓渦輪、增壓壓氣機與風扇間裝1個減速器，首先使前二者能在最佳轉速下工作，然後通過減速器將轉速降低到風扇的最佳轉速來驅動風扇工作，使3個部件均工作於最佳轉速下。其太陽輪、行星輪採用整體人字齒，內齒圈A和內齒圈B為斜齒內齒輪並通過斜齒外花鍵與齒輪聯軸器聯接，齒輪聯軸器再通過直齒內花鍵與輸出軸聯接。行星輪均通過行星輪軸固定在箱體上，星輪只做自轉，運轉時行星輪的空間位置不變；輸出軸處採用球面滾子軸承。採用人字行星輪系的傳動方案使得減速器具有體積小巧，承載能力強，傳遞功率大，振動噪聲小的優點。

但採用兩斜齒內齒圈拼接而成人字內齒圈，無法保證兩齒段斜面組合聯接時的裝配精度，螺栓起聯接作用，定位作用有限。齒輪作為精密傳動零件，對誤差非常敏感，另外分開的內齒圈軸向組合聯接時很難保證左右旋向的兩個齒圈齒向對中性好，整個齒圈一周的每個齒均存在左右旋向較大的齒向對中誤差，而且徑向方向和圓周方向無法精確定位，這樣就會產生較大的軸向力，影響傳動平穩性等，從而失去人字齒的部分優勢。

技術實現要素：

為了解決現有的齒輪驅動風扇(GTF)發動機齒輪傳動系統中，零件組合裝配定位精度的問題，本發明提出了一種齒輪驅動風扇(GTF)發動機齒輪傳動裝置，此裝置採用組合式分段人字太陽輪，其結構簡單、拆卸更換容易，能夠滿足加工和裝配工藝要求，大大提高組合裝配精度，能滿足企業的實際需求，填補相關技術空白。

為實現本發明目的而採用的技術方案是這樣的，一種齒輪驅動風扇(GTF)發動機齒輪傳動裝置:

包括行星架罩、行星架、人字內齒圈、輸入花鍵套、太陽輪固定螺母、太陽齒輪A、太陽齒輪B、行星軸、人字行星齒輪、人字行星齒輪軸承、傳動軸和風扇套筒。

若干個所述的人字行星齒輪安裝在對應的行星軸上，所述行星軸安裝在行星架上。行星架固定在外部箱體上，人字行星齒輪只作自轉。所述行星軸均布在太陽齒輪A和太陽齒輪B的周圍。

所述的若干個人字行星齒輪與人字內齒圈相嚙合，形成內嚙合傳動。

太陽齒輪A與太陽齒輪B固定聯接在一起。太陽齒輪A與太陽齒輪B均為斜齒輪，二者旋向相反且與人字行星齒輪嚙合，形成外嚙合齒輪傳動。

所述太陽齒輪A通過花鍵與輸入花鍵套同軸聯接。

所述輸入花鍵套通過柔性聯接的方式，接入低壓渦輪裝置提供的動力。

所述人字內齒圈通過花鍵與傳動軸同軸聯接。所述傳動軸通過花鍵與風扇套筒同軸聯接，從而實現減速運動。風扇套筒與輸入花鍵套的轉速比等於太陽齒輪A與人字內齒圈齒數比。通過所述風扇套筒對風扇傳遞動力。

進一步，行星軸一端有螺紋，通過行星軸固定螺母安裝在行星架上，行星軸呈空心懸臂結構。

進一步，還包括一個圓柱滾子軸承和一個向心球軸承。這兩個軸承安裝在所述風扇套筒上。

進一步，所述太陽齒輪A為空心齒輪，一端與輸入花鍵套聯接、另一端與太陽齒輪B聯結。所述太陽齒輪A面向太陽齒輪B的端面上，具有若干個均勻分布的凸臺。所述太陽齒輪B面向太陽齒輪A的端面上，具有若干個均勻分布的凹槽。太陽齒輪A上的凸臺與這些凹槽相配合，以實現太陽齒輪B和太陽齒輪A的周向定位。

進一步，傳動軸左端的內花鍵與人字內齒圈的外花鍵聯接，傳動軸右端的外花鍵與風扇套筒的內花鍵聯接。

與現有技術相比，本發明的有益成果如下：

(1)採用整體人字行星齒輪、人字內齒圈和分體斜齒太陽輪的組合形式解決了人字齒輪裝配困難和人字內齒圈組合裝配定位精度的問題。

(2)傳動軸左端的內花鍵與人字內齒圈的外花鍵聯接，保證徑向浮動和均載效果；傳動軸右端的外花鍵與風扇套筒的內花鍵聯接，可以增加傳動軸的柔性和徑向浮動效果。

附圖說明

圖1是一種齒輪驅動風扇(GTF)發動機齒輪傳動裝置剖視圖。

圖2是該齒輪傳動裝置凸顯齒輪分布位置的示意性側視圖。

圖3是齒輪驅動風扇(GTF)發動機齒輪傳動裝置整體圖。

圖4是該齒輪傳動裝置所採用輪系的空間布置圖。

圖5是太陽齒輪A結構圖。

圖6是太陽齒輪B結構圖。

圖7是太陽齒輪組成結構圖。

圖8是太陽齒輪剖視圖。

圖中：1：行星架罩；2：行星架；3：人字內齒圈；4：輸入花鍵套；5：太陽輪固定螺母；6：太陽齒輪A；7：太陽齒輪B；8：行星軸；9：行星軸固定螺母；10：人字行星齒輪；11：太陽齒輪B；12：傳動軸；13：風扇套筒；14:圓柱滾子軸承；15：向心球軸承。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不應該理解為本發明上述主題範圍僅限於下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明的保護範圍內。

參見圖1，一種齒輪驅動風扇(GTF)發動機齒輪傳動裝置，主要包括：行星架罩1、行星架2、人字內齒圈3、輸入花鍵套4、太陽輪固定螺母5、太陽齒輪A6、太陽齒輪B7、行星軸8、行星軸固定螺母9、人字行星齒輪10、人字行星齒輪軸承11、傳動軸12、風扇套筒13、圓柱滾子軸承14和向心球軸承15。

參見圖2，若干個所述的人字行星齒輪10安裝在對應的行星軸8上，所述行星軸8安裝在行星架2上。行星架2固定在外部箱體上，人字行星齒輪10隻作自轉。所述行星軸8均布在太陽齒輪A6和太陽齒輪B7的周圍。實施例中，行星軸8一端有螺紋，通過行星軸固定螺母9安裝在行星架2上，行星軸8呈空心懸臂結構。

所述的若干個(三個，但不局限於三個)人字行星齒輪10與人字內齒圈3相嚙合，形成內嚙合傳動。行星輪個數越多，對均載和浮動特性要求就更高。

太陽齒輪A6與太陽齒輪B7固定在一起，二者同軸，可以通過太陽輪固定螺母5聯接。實施例中，所述太陽齒輪A6為空心齒輪，一端與輸入花鍵套4聯接、另一端與太陽齒輪B7聯結。所述太陽齒輪A6面向太陽齒輪B7的端面上，具有若干個(六個，但不局限於六個)均勻分布的凸臺。所述太陽齒輪B7面向太陽齒輪A6的端面上，具有若干個均勻分布的凹槽(六個，但不局限於六個)。太陽齒輪A6上的凸臺與這些凹槽相配合，以實現太陽齒輪B7和太陽齒輪A6的周向定位。太陽齒輪B7內有腹板，實現太陽齒輪的軸向定位。太陽輪懸臂加空心結構，可以增加均載和徑向浮動效果。

太陽齒輪A6與太陽齒輪B7均為斜齒輪，二者旋向相反且與人字行星齒輪10嚙合，形成外嚙合齒輪傳動。

優選地，太陽齒輪A6中間開有大直徑中心孔，壁厚較薄，懸臂加空心結構，可以增加輸入花鍵套4的柔性和減輕裝置整體質量，增加太陽輪的浮動效果。

所述太陽齒輪A6通過花鍵與輸入花鍵套4同軸聯接。圓柱滾子軸承14和一個向心球軸承15套在所述風扇套筒13上，其內圈與風扇套筒13的外壁固定。

所述輸入花鍵套4通過柔性聯接的方式，接入低壓渦輪裝置提供的動力。

所述人字內齒圈3通過花鍵與傳動軸12同軸聯接。所述傳動軸12通過花鍵與風扇套筒13同軸聯接，從而實現減速運動。實施例中，傳動軸12左端具有一個套筒。所述套筒具有內花鍵。所述人字內齒圈3的外表面具有外花鍵。傳動軸12與人字內齒圈3通過花鍵聯結。可以增加傳動軸12的柔性和徑向浮動效果。

在齒輪系統中，太陽齒輪A6和太陽齒輪B7輸入，人字行星齒輪10隻作自轉，人字內齒圈3輸出。風扇套筒13與輸入花鍵套4的轉速比等於太陽齒輪與人字內齒圈3齒數比。