一种支承刚度可调的GTF发动机齿轮箱

一种支承刚度可调的gtf发动机齿轮箱
技术领域
1.本发明属于飞行器动力技术领域，具体涉及一种支承刚度可调的gtf发动机齿轮箱。


背景技术：

2.降低耗油量、减少排放以及减小振动和噪声是下一代航空发动机的主要发展方向。
3.目前,在大推力高涵道比涡扇发动机中,风扇多由低压涡轮直接驱动，这种设计存在先天的缺点,即增压压气机、低压涡轮均未在它们的最佳转速下工作。齿轮驱动风扇(gtf)发动机相对于传统的双转子涡轮风扇发动机,核心机没有根本变化,仅仅是增加了一个齿轮箱，使发动机的风扇工作独立于低压压气机和涡轮,从而使燃油的燃烧效率更高,风扇转速更低,具有低油耗、低噪声、低排放和低维修成本等优点。鉴于齿轮驱动风扇(gtf)发动机技术性能特点和性能优势,在支线飞机和单通道干线飞机发动机,齿轮驱动风扇(gtf)发动机有着诱人的市场应用发展前景。
4.我国对gtf航空发动机的研究尚属预研阶段,目前正开展相关的科研探索工作，也取得了一些成果，如中国专利cn201410309501.8公开了一种新型gtf航空发动机风扇主减速器，其采用了多星轮人字齿轮传动来提高承载能力、减小振动噪声，为了便于装配，采用分体式内齿圈，但采用两斜齿内齿圈拼接而成人字内齿圈，无法保证两齿段斜面组合联接时的装配精度，螺栓起到的联接作用和定位作用有限。为了克服上述问题，中国专利cn201610594040.2提出一种齿轮驱动风扇(gtf)发动机齿轮传动装置，采用了分段式人字太阳轮。虽然其解决了分段人字齿圈难以装配的问题，但是由于制造和安装误差的存在，分段太阳轮会使太阳轮两侧产生一定的错位，使得安装太阳轮的输入轴的轴端存在一个扭矩，导致输入轴上花键的受力不均匀，影响花键的使用寿命。
5.同时，由于gtf发动机在工作中，其转速并不是一直恒定的，需要根据不同的环境，调整不同的转速，且在不同的转速下，使gtf发动机齿轮箱振动噪声最小的支承刚度是不同的。现有的gtf发动机齿轮箱在设计时均无法改变齿轮支承刚度，无法使gtf发动机齿轮箱始终工作在最佳刚度状态，影响gtf发动机齿轮箱传动的平稳性。


技术实现要素：

6.要解决的技术问题：
7.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种支承刚度可调的gtf发动机齿轮箱，采用分段式行星轮，即避免了分段人字内齿圈装配精度低难度大的问题，又解决了分段太阳轮由于制造和安装误差造成的花键受力不均匀现象；刚度调节装置可以对人字内齿圈的支承刚度进行调节，保证内齿圈在不同的转速下，始终保持最佳支承刚度，使得齿轮箱的振动和噪声保持最低状态，传动更加平稳；对称开设凹槽的弹性轴可以实现行星轮的弹性支撑，有利于gtf齿轮箱的均载。
8.本发明的技术方案是：一种支承刚度可调的gtf发动机齿轮箱，包括箱体1、输入轴5和输出轴12，箱体1的两端分别封装有上箱盖2和下箱盖10；输入轴5和输出轴12分别贯穿上箱盖2和下箱盖10，在箱体1内通过齿轮机构传动；所述齿轮机构包括太阳轮6、星轮组合装置、内齿圈7和内齿圈安装盘8，太阳轮6同轴固定安装于输入轴5的内端，内齿圈7通过内齿圈安装盘8同轴安装于输出轴12内端端面上、与太阳轮6同轴；多个星轮组合装置沿周向设置于太阳轮6与内齿圈7之间，并分别与太阳轮6、内齿圈7啮合；
9.所述下箱盖10上设置有刚度调节装置，所述刚度调节装置通过丝杠传动作为动力，调节对内齿圈7的支撑长度，实现支撑刚度的调节。
10.本发明的进一步技术方案是：所述刚度调节装置包括导杆20、滚珠21、滑杆22、第二弹簧23、丝杠24、丝杠螺母25、推板26、第二压板27、驱动电机28、第一压板29、滑块30和第一弹簧31；
11.所述输出轴12的内端为圆盘结构，其靠近下箱盖10的端面上沿周向开有环形凹槽，多个导杆20沿周向均布于输出轴12的环形凹槽槽底面；第一弹簧31和滑块30依次同轴套装于导杆20上，输出轴12的环形凹槽内外环面上沿周向开有轴向第一滑槽、与导杆20一一对应，作为滑块30的滑动轨道；
12.所述驱动电机28固定于下箱盖10的外端面，其输出轴与丝杠24同轴连接，丝杠24穿过推板26的一端安装有丝杠螺母25，推板26同轴套装与下箱盖10的外端颈部；
13.所述下箱盖10的端面上沿周向均布多个通孔，作为第二滑槽，多个滑杆22一一对应并分别贯穿于多个第二滑槽，其一端通过第二压板27固定于推板26的内端面上，另一端固定于第一压板29的一侧端面上；第一压板29位于下箱盖10与输出轴12的内端之间，通过多个滚珠21分别与多个滑块30连接；下箱盖10与第二压板27之间的滑杆22上套装有第二弹簧23；
14.通过驱动电机28驱动丝杠24转动，将旋转运动转化为推板26的轴向直线运动，进而通过滑杆22传递位移，改变滑块30底部与输出轴12环形凹槽槽底距离，实现支撑刚度的调节。
15.本发明的进一步技术方案是：所述输出轴12内端的外缘处沿周向均布多个套筒9，内齿圈安装盘8通过沿周向设置的螺栓和套筒9与输出轴12内端固定连接。
16.本发明的进一步技术方案是：所述星轮组合装置包括星轮轴3、第一星轮14、弹性轴15、第二星轮16、角接触球轴承17和轴承套筒18；星轮轴3一端固定于上箱盖2的内端，另一端套装有角接触球轴承17和轴承套筒18，轴承套筒18设置于两个角接触球轴承17之间；第一星轮14和第二星轮16通过弹性轴15同轴并列安装于两个角接触球轴承17上，能够相对星轮轴3转动；
17.所述弹性轴15为套筒结构，内周面和外周面的中部均沿周向设置有环形凸起，内周面的环形凸起位于两个角接触球轴承17之间，对弹性轴15进行轴向定位；第一星轮14和第二星轮16分别套装于外周面的环形凸起两侧；弹性轴15的两端面上分别沿周向开有环形凹槽。
18.本发明的进一步技术方案是：所述弹性轴15两端的环形凹槽槽底与环形凸起的侧壁平齐，且环形凹槽靠近弹性轴15内周面的内槽壁为弧线型。
19.本发明的进一步技术方案是：所述太阳轮6为整体人字型外齿轮，内齿圈7为整体
人字型内齿圈，第一星轮14和第二星轮16的螺旋角旋向相反；太阳轮6的螺旋角旋向依据常用工况下齿轮的旋转方向而定。
20.本发明的进一步技术方案是：所述弹性轴15的两端分别安装有限位环19，用于限制第一星轮14和第二星轮16的周向位移；两个限位环19与弹性轴15之间均设有垫片；所述垫片的材质为合金钢，其表面设有防滑层。
21.本发明的进一步技术方案是：所述输入轴5通过深沟球轴承与上箱盖2转动连接，上箱盖2的外端口处设固定有输入轴端盖4，用于输入轴5的定位。
22.本发明的进一步技术方案是：所述输出轴12通过调心滚子轴承与下箱盖10转动连接，下箱盖10的外端口处设固定有输出轴端盖13，用于输出轴12的定位。
23.本发明的进一步技术方案是：所述推板26与第二滑槽之间涂有润滑脂。
24.有益效果
25.本发明的有益效果在于：
26.1、采用分段式行星轮，即避免了分段人字内齿圈装配精度低难度大的问题，又解决了分段太阳轮由于制造和安装误差造成的花键受力不均匀现象；
27.2、刚度调节装置可以对人字内齿圈的支承刚度进行调节，保证内齿圈在不同的转速下，始终保持最佳支承刚度，使得齿轮箱的振动和噪声保持最低状态，传动更加平稳；
28.3、弹性轴15两端端面上对称度开设有较深的环形凹槽，且靠近轴线一侧的凹槽的内壁为弧线型，该结构增加了弹性轴15的弹性，使得轴上的第一星轮14和第二星轮16受力不平衡时能够自动偏斜，来使载荷分配更加均匀，实现行星轮的弹性支撑，有利于gtf齿轮箱的均载。
附图说明
29.图1为本发明提出的一种支承刚度可调的gtf发动机齿轮箱的整体结构示意图；
30.图2为a处结构放大示意图；
31.图3为b处结构放大示意图；
32.图4为输出轴结构示意图；
33.图5为内齿圈安装盘结构示意图；
34.图6为滑块结构示意图；
35.图7为弹性轴结构示意图；
36.图8为推板结构示意图。
37.附图标记说明：1箱体、2上箱盖、3星轮轴、4输入轴端盖、5输入轴、6太阳轮、7内齿圈、8内齿圈安装盘、9套筒、10下箱盖、11调心滚子轴承、12输出轴、13输出轴端盖、14第一星轮、15弹性轴、16第二星轮、17角接触球轴承、18轴承套筒、19限位环、20导杆、21滚珠、22滑杆、23第二弹簧、24丝杠、25丝杠螺母、26推板、27第二压板、28驱动电机、29第一压板、30滑块、31第一弹簧。
具体实施方式
38.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
40.参照图1所示，本发明一种支承刚度可调的gtf发动机齿轮箱，包括箱体1、输入轴5和输出轴12，箱体1的两端分别封装有上箱盖2和下箱盖10；输入轴5和输出轴12分别贯穿上箱盖2和下箱盖10，在箱体1内通过齿轮机构传动；所述齿轮机构包括太阳轮6、星轮组合装置、内齿圈7和内齿圈安装盘8，太阳轮6同轴固定安装于输入轴5的内端，内齿圈7通过内齿圈安装盘8同轴安装于输出轴12内端端面上、与太阳轮6同轴；多个星轮组合装置沿周向设置于太阳轮6与内齿圈7之间，并分别与太阳轮6、内齿圈7啮合；
41.所述下箱盖10上设置有刚度调节装置，所述刚度调节装置通过丝杠传动作为动力，调节对内齿圈7的支撑长度，实现支撑刚度的调节。
42.实施例：
43.参照图1-8，本发明一种支承刚度可调的gtf发动机齿轮箱，包括箱体1，箱体1与上箱盖2一般采用螺钉进行固定，输入轴5贯穿上箱盖2、并与上箱盖2之间通过深沟球轴承转动连接，上箱盖2的端口外表面通过螺钉固定连接有输入轴端盖4，输入轴端盖4套装于输入轴5上，对输入轴5进行定位，上箱盖2的内端面上沿周向均匀的贯穿设有多个星轮轴3，星轮轴3与上箱盖2通过螺钉固定连接，每个星轮轴3的下端均设有第一星轮14和第二星轮16，第一星轮14、第二星轮16与星轮轴3构成星轮组合装置。
44.参照图2所示，所述星轮组合装置还包括套设在星轮轴3的下端的两个角接触球轴承17，两个角接触球轴承17的中间设有轴承套筒18，星轮轴3的周面上设有两个第三弹性挡圈，两个角接触球轴承17位于两个弹性挡圈之间，两个弹性挡圈和轴承套筒18共同对两个角接触球轴承17进行限位，弹性轴15套装于两个角接触球轴承17的外圈上；参照图7所示，弹性轴15两端端面上对称度开设有较深的环形凹槽，且靠近轴线一侧的凹槽的内壁为弧线型，该种端面上开槽的结构，增加了弹性轴15的弹性，使得轴上的第一星轮14和第二星轮16受力不平衡时能够自动偏斜，来使载荷分配更加均匀；弹性轴15的内壁上设有第一环形凸台，通过第一环形凸台将弹性轴15限制在两个角接触球轴承17之间，弹性轴15的外壁上设有第二环形凸台，弹性轴15第二环形凸台上侧的外壁上设有第一星轮14，弹性轴15第二环形凸台下侧的外壁上设有第二星轮16；弹性轴15上下两侧的侧壁上均通过螺钉固定连接有限位环19，两个限位环19与弹性轴15之间均设有垫片，垫片的材质为合金钢，垫片的表面设有防滑层，垫片的作用是将第一星轮14和第二星轮16更好的压紧在弹性轴15上，避免其相对与弹性轴15转动，这样第一星轮14、第二星轮16和弹性轴15构成一个组合式的人字齿轮。
45.所述输入轴5的下端设有太阳轮6，输入轴5通过外花键与太阳轮6的内花键相连接，输入轴5的下端设有第一弹性挡圈，第一弹性挡圈对太阳轮6进行限位，每个第一星轮14和第二星轮16均与太阳轮6相互啮合，太阳轮6为整体人字型外齿轮，第一星轮14和第二星轮16的螺旋角旋向相反，太阳轮6的螺旋角旋向依据常用工况下齿轮的旋转方向而定，应使太阳轮上两侧轴向力的方向相背，箱体1的下侧通过螺钉固定连接有下箱盖10，输出轴12贯穿下箱盖10，并通过调心滚子轴承11与下箱盖10转动连接；下箱盖10的端口外侧通过螺钉
固定连接有输出轴端盖13，输出轴端盖13穿过输出轴12，将其定位，输出轴12与下箱盖10之间共同设有刚度调节装置。
46.参照图3所示，所述刚度调节装置包括通过螺钉固定连接在下箱盖10的外端面上的驱动电机28，输出轴12的端面上沿周向开有环形凹槽，u形环形凹槽的内底部均匀的固定连接有多个导杆20，导杆20通过焊接固定在u形凹槽的内底部，每个导杆20附近的u形凹槽两侧的内壁上均开设有第一滑槽，位于同一个导杆20附近的两个第一滑槽的内壁上共同滑动连接有滑块30(如图6所示)，导杆20向下贯穿滑块30，导杆20与滑块30滑动连接，导杆20位于滑块30与u形凹槽之间的部分套设有第一弹簧31，滑块30的下端滚动连接有滚珠21；驱动电机28的输出轴上固定连接有丝杠24，下箱盖10的侧壁上开均匀的开设有多个第二滑槽，多个第二滑槽内共同滑动连接有推板26，推板26与第二滑槽之间涂有润滑脂，下箱盖10的侧壁上均匀的贯穿设有多个滑杆22，每个滑杆22均与下箱盖10滑动连接，每个滑杆22的上端共同固定连接有第一压板29，第一压板29与滚珠21由弹簧的弹力相互抵紧，避免滚珠21掉落，同时，滚珠21具有减少摩檫力的作用，每个滑杆22的下端共同固定连接有第二压板27，滑杆22与第二压板27焊接固定，每个滑杆22位于第二压板27和下箱盖10之间的部分均套设有第二弹簧23，第一弹簧31和第二弹簧23均为压缩弹簧，推板26与第二压板27通过焊接固定连接；参照图8所示，推板26的端面上开设有通孔，推板26位于通孔处的侧壁上通过螺钉固定连接有丝杠螺母25，丝杠24向下穿过通孔并于丝杠螺母25相配合。
47.参照图4、5所示，输出轴12的内端外缘处均匀的设有多个套筒9，多个套筒9远离输出轴12的一端共同设有内齿圈安装盘8，内齿圈安装盘8、套筒9和输出轴12通过螺栓固定连接，内齿圈安装盘8的内壁上设有内齿圈7，内齿圈7为整体人字型内齿圈，内齿圈7通过外花键与内齿圈安装盘8相连接，内齿圈安装盘8的内壁的两侧设有第二弹性挡圈，第二弹性挡圈对内齿圈7进行定位，内齿圈7与每个第一星轮14和第二星轮16均相互啮合。
48.在工作时，低压涡轮的动力由输出轴5传至太阳轮6，太阳轮6再将动力传给第一星轮14和第二星轮16，由于第一星轮14和第二星轮16被压紧在弹性轴15上，所述第一星轮14和第二星轮16随弹性轴15一起在星轮轴3上旋转，星轮轴3的个数大于等于两个，每个星轮轴3上均含有第一星轮14和第二星轮16、弹性轴15等结构，形成的组合式星轮均分别于太阳轮6和内齿圈7相互啮合，用来传递动力。
49.当需要调节内齿圈的支承刚度时，控制驱动电机28工作，对于电机的控制为现有技术，驱动电机28带动丝杠24旋转，丝杠24通过与其配合的丝杠螺母25，将旋转运动转换为直线运动，使推板26带动第二压板27移动，第二压板27带动与其相连的滑杆22在开设在下箱盖10的侧壁上的滑道内滑动，带动箱体1内部的第一压板29移动，第一压板29推动滑块30在u形凹槽内滑动，来改变u形凹槽外侧支撑位置与滑块30远离滚珠21这一端的距离，改变这个距离相当于改变了悬臂梁的支撑长度，达到变支撑刚度的目的。
50.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。