一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的制作方法

1.本发明涉及齿轮传动技术领域，特别涉及一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱。


背景技术：

2.目前的高速齿轮箱多采用平行轴传动结构，最高转速大概在80000rpm。平行轴传动结构的传动简单可靠，但受限于转子自身强度及旋转线速度，传递扭矩能力较小。为增大传递扭矩和提高转速，可采用分流结构布置齿轮箱内部齿轮传动。
3.然而超高速的分流齿轮箱设计存在多个设计和制造难点，包括超高速分流齿轮箱运转平稳性问题，如高速输出轴转速过高导致的振动，使得齿轮运转不平稳；此外，还存在如与高速输出轴齿轮啮合的两个中间轴齿轮的不同步问题、齿轮箱密封问题以及超高速转子的动力学问题等。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱，技术方案如下所述：
5.一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱，包括箱体，所述箱体内容纳有：
6.低速输入轴以及用于支撑所述低速输入轴的第一轴承；
7.至少一个中间轴，所述中间轴与所述低速输入轴通过齿轮啮合传动；
8.至少一个第二轴承，所述至少一个中间轴由各自对应的所述第二轴承支撑；
9.高速输出轴以及用于支撑所述高速输出轴的第三轴承，所述高速输出轴与所述中间轴通过齿轮啮合传动；
10.油膜阻尼器，设置在所述第三轴承上，所述油膜阻尼器包括：壳体以及设置在所述壳体内的轴承套；所述轴承套套设在所述第三轴承外侧，用于支撑所述第三轴承；所述轴承套外表面的两端均设置有密封圈，所述密封圈布置在所述轴承套外表面和所述壳体内表面之间；所述壳体、轴承套以及轴承套外表面两端的密封圈限定成油膜腔体；所述壳体上设置第一进油通道，所述箱体内的润滑油通过所述第一进油通道进入所述油膜腔体内，在所述油膜腔体内形成阻尼油膜带。
11.上述的齿轮箱，可选的，所述第一进油通道的开口处设置油量控制结构，用于控制进入所述进油槽内的油量。
12.上述的齿轮箱，可选的，所述高速输出轴由沿轴向分布的两个所述第三轴承支撑；所述油膜阻尼器的壳体内设置两个轴承套，所述两个轴承套分别套设在所述两个第三轴承外侧；每个所述轴承套外表面的两端均设置有密封圈，所述壳体、两个轴承套以及两个轴承套外表面的密封圈限定成两个油膜腔体；所述箱体内的润滑油通过所述第一进油通道进入两个所述油膜腔体内。
13.上述的齿轮箱，可选的，所述中间轴外表面开设有周向布置的第一环槽，所述第一环槽布置在所述中间轴与套设在所述中间轴上的齿轮之间；所述中间轴内开设有连接所述
第一环槽的第二进油通道。
14.上述的齿轮箱，可选的，所述高速输出轴的输出端连接联轴器，所述联轴器与所述箱体的间隙处设置油封，所述油封内表面设置有周向布置的第二环槽，所述油封内设置有连通所述第二环槽的进风通道。
15.上述的齿轮箱，可选的，所述低速输入轴、中间轴和高速输出轴上套设的齿轮均为直齿轮。
16.上述的齿轮箱，可选的，所述第一轴承为角接触球轴承。
17.上述的齿轮箱，可选的，每个所述中间轴对应沿轴向分布在所述中间轴两端的两个所述第二轴承，设置在所述中间轴一端的所述第二轴承为圆柱滚子轴承，设置在所述中间轴另一端的所述第二轴承为主轴轴承。
18.上述的齿轮箱，可选的，所述第三轴承为滚动轴承。
19.上述的齿轮箱，可选的，所述中间轴设置两个，所述两个中间轴分别平行设置在所述低速输入轴的两侧和所述高速输出轴的两侧。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明实施例提供的方案中，提供齿轮传动的分流结构布置，结构紧凑，相比平行结构提升了扭矩传递能力和提高了转速；高速输出轴的轴承处设计油膜阻尼器，能够减小高速输出轴在运行过程中的振动，提升齿轮传动的稳定性。
21.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
22.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
23.图1为本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的又一结构示意图；
25.图3为本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的又一结构示意图；
26.图4为本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的又一结构示意图；
27.图5为本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的又一结构示意图；
28.图6为本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的又一结构示意图；
29.其中，1-箱体；2-低速输入轴；3-第一轴承；4-中间轴；5-圆柱滚子轴承；6-主轴轴承；7-高速输出轴；8-第三轴承；9-油膜阻尼器；10-联轴器；11-油膜腔体；12-壳体；13-截流螺塞；14-轴承套；15-密封圈；16-第一进油通道；17-第一环槽；18-第二进油通道；19-第三齿轮；20-上箱体；21-下箱体；22-进油法兰；23-回油法兰；24-箱体进风通道；25-油封；26-第二环槽；27-油封的进风通道。
具体实施方式
30.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开
的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
31.参考图1示出了，本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的结构示意图，图1示出的结构为本发明实施例提供的带油膜阻尼器的分流齿轮箱的一种可行性实现方案，所述的带油膜阻尼器的分流齿轮箱具体包括：箱体1，所述箱体1内容纳有：低速输入轴2以及用于支撑所述低速输入轴的第一轴承3；至少一个中间轴4，所述中间轴4与所述低速输入轴2通过齿轮啮合传动；至少一个第二轴承，所述至少一个中间轴4由各自对应的所述第二轴承支撑；高速输出轴7以及用于支撑所述高速输出轴的第三轴承8，所述高速输出轴7与所述中间轴4通过齿轮啮合传动。
32.本发明实施例提供的结构中，为实现增速的齿轮箱，输入轴为低速轴，输出轴为高速轴，低速输入轴2的轴头可选通过联轴器连接电机，电机转动带动低速输入轴2转动。低速输入轴2由第一轴承3进行支撑，可选的，在低速输入轴2沿轴向分布的两端可分别设置一个第一轴承3，两个第一轴承3共同支撑所述的低速输入轴2。进一步的，第一轴承3可选为角接触球轴承。
33.本发明实施例提供的结构中，低速输入轴2、中间轴4和高速输出轴7均为齿轮轴，低速输入轴2和中间轴4之间通过齿轮啮合实现传动，中间轴4和高速输出轴7之间也通过齿轮啮合实现传动。中间轴4至少设置一个，中间轴4设置两个或多个时，两个或多个的中间轴4作为分流轴。参见图1，可选的，中间轴4设置两个，分别平行设置于低速输入轴2的两侧，低速输入轴2与两侧的两个中间轴4通过齿轮啮合；高速输出轴7平行设置在两个中间轴4之间，与两侧的两个中间轴4通过齿轮啮合。进一步地，低速输入轴2上套设第一齿轮，中间轴4上套设第二齿轮和第三齿轮，高速输出轴7上套设第四齿轮，第一齿轮和第二齿轮啮合，第三齿轮和第四齿轮啮合，第二齿轮和第三齿轮同轴转动，电机转动带动低速输入轴2转动，第一齿轮跟随低速输入轴2转动，并通过第一齿轮和第二齿轮的啮合将扭矩传递到中间轴4，再通过第三齿轮和第四齿轮的啮合将扭矩传递到高速输出轴7，实现齿轮箱内部的动力传动。
34.本发明实施例提供的结构中，每个中间轴4由各自对应的第二轴承支撑，可选的，一个中间轴4可由设置在两端的两个第二轴承支撑；进一步的，支撑一个中间轴4的两个第二轴承可采用相同类型的轴承，也可采用不同类型的轴承。如可将设置在所述中间轴4一端的所述第二轴承选择为圆柱滚子轴承5，设置在所述中间轴4另一端的所述第二轴承选择为主轴轴承6；进一步的，圆柱滚子轴承5设置在中间轴4靠近第二齿轮的位置，主轴轴承6设置在中间轴4靠近第三齿轮的位置，第二齿轮和第三齿轮设置在圆柱滚子轴承5和主轴轴承6之间。
35.本发明实施例提供的分流齿轮箱，高速输出级设计了油膜阻尼器9，所述的油膜阻尼器9设置在所述第三轴承8上；参考图2示出了，本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱中油膜阻尼器9的具体结构示意图，所述油膜阻尼器9包括：壳体12以及设置在所述壳体12内的轴承套14；所述轴承套14套设在所述第三轴承8外侧，用于支撑所述第三轴承8；所述轴承套14外表面的两端均设置有密封圈15，所述密封圈15布置在所述轴承套14外表面和所述壳体12内表面之间；所述壳体12、轴承套14以及轴承套外表面两端的密封圈15
限定成油膜腔体11；所述壳体12上设置第一进油通道16，所述箱体1内的润滑油通过所述第一进油通道16进入所述油膜腔体内11，在所述油膜腔体11内形成阻尼油膜带。
36.本发明实施例提供的结构中，油膜阻尼器9设置在箱体1内部，并由箱体1支撑，可将壳体12与箱体1固定连接。壳体12内设置的轴承套14用于支撑第三轴承8，通过油膜阻尼器9的设置抑制高速输出轴7在运转过程中产生的振动，实现原理如下：轴承套14外表面的两端均设置有密封圈15，密封圈15布置在所述轴承套14外表面和所述壳体12内表面之间，这使得壳体12的内表面、轴承套14的外表面以及轴承套外表面两端的密封圈15围成一个油膜腔体11；再在壳体12上设置第一进油通道16，第一进油通道16连通箱体1和油膜腔体11；齿轮箱的箱体1内通常设置有润滑油，用于润滑齿轮箱内部转动结构，第一进油通道16将箱体1内的润滑油引入油膜腔体11内，可选的，轴承套14上布置小孔，通过轴承套14上小孔进入到轴承套14和壳体12间的间隙，合理配置该间隙并通过轴承套14两端的密封圈15，在高速输出轴7运转过程中，润滑油在油膜腔体11内循环，形成稳定的阻尼油膜带，以此抑制高速输出轴7在运转过程中产生的振动。
37.本发明实施例提供的结构中，可选的，第一进油通道16为布置在壳体12上的进油环槽，进油环槽连通到油膜腔体11；进一步的，所述第一进油通道16的开口处可设置油量控制结构，油量控制结构用于控制进入所述进油槽内的油量，可选的，油量控制结构为截流螺塞13，截流螺塞13对从第一进油通道16进入油膜腔体11的润滑油进行封堵和控制流量。
38.本发明实施例提供的结构中，可选的，所述高速输出轴7由沿轴向分布的两个所述第三轴承8支撑；油膜阻尼器9用于支撑每个第三轴承8，对应的，所述油膜阻尼器9的壳体12内设置两个轴承套14，所述两个轴承套14分别套设在所述两个第三轴承8的外侧；每个所述轴承套14外表面的两端均设置有密封圈15，所述壳体12、两个轴承套14以及两个轴承套外表面的密封圈15限定了两个油膜腔体11，两个油膜腔体11分别形成在支撑两个第三轴承8的两个轴承套14处，参见图2，所述箱体1内的润滑油通过所述第一进油通16道进入两个所述油膜腔体11内。进一步的，所述第三轴承8为滚动轴承，油膜阻尼器9为滚动轴承的油膜阻尼器结构。
39.本发明实施例提供的分流齿轮箱，为了解决中间轴的同步转动问题，增加了中间轴齿轮的调整结构；参考图3示出了，本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱内中间轴的具体结构示意图，参考图4示出了，本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱内两个中间轴与高速输出轴7连接的结构示意图，所述中间轴4外表面开设有周向布置的第一环槽17，所述第一环槽17布置在所述中间轴4与套设在所述中间轴上的齿轮之间；所述中间轴4内开设有连接所述的第二进油通道18。箱体1内的润滑油通过第二进油通道18进入第一环槽17，在中间轴4与套设在所述中间轴上的齿轮之间施加高压油撑开轴与齿轮间的配合面，使得中间轴4上套设的齿轮可转动调整。中间轴4上包括与低速输入轴上的第一齿轮啮合的第二齿轮、以及与高速输入轴上的第四齿轮啮合的第三齿轮19，第三齿轮19是高速级大齿轮，通常第一环槽17设置在中间轴4与第三齿轮19之间。第三齿轮19与中间轴4采用烘装过盈装配，通过在中间轴4端面钻工艺孔、轴与齿轮配合面开第一环槽17，在装配过程可通过施加高压油撑开中间轴4与第三齿轮19间的烘装配合面；设置两个中间轴4分别与高速输出轴7通过齿轮啮合传动时，要保证高速输出轴7两侧的中间轴4同步转动，可同时分别转动两边的第三齿轮19，以此调整两个分流齿轮即两个第三齿轮19相当于高速齿
轮即第四齿轮的周向位置，使两边齿轮啮合同时满足检验标准；同时在齿轮加工过程中控制第四齿轮及与之相啮合的两个第三齿轮19的公法线误差，以此来满足传扭过程中的同步均载要求，实现了通过控制加工公差和液压调整两个中间轴齿轮同步。
40.本发明实施例提供的结构，进一步的，为解决超高速分流齿轮箱的同步问题，可选的，低速输入轴2、中间轴4和高速输出轴7上的齿轮啮合均采用直齿设计，即第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均为直齿轮。在传统高速齿轮箱设计中，齿轮对设计多采用斜齿结构，因为相对于直齿结构，斜齿结构会提供更高的重合度，提高了齿轮传递的稳定性，但是这样也会产生一定的轴向力。本发明实施例提供的结构中，直齿设计在满足使用系数要求的同时避免了因斜齿轴向力的作用下产生分流齿轮的轴向不对中，为更好的调整两级分流齿轮同步、实现均载提供了基础。
41.参考图5示出了，本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱的箱体结构示意图，箱体1包括上箱体20和下箱体21，下箱体21上设置有进油口和回油口，进油口处通过进油法兰22进油，回油口处通过回油法兰23回油。本发明实施例提供的分流齿轮箱运转过程中，油站的润滑油经进油法兰19进入箱体1，箱体1内的润滑油经过第一进油通道16进入油膜腔体11，箱体1内的润滑油经过第二进油通道18进入第一环槽17，此外箱体1内的润滑油在各个润滑点经过充分润滑后，再通过回油法兰20流回油站油箱。
42.本发明实施例提供的分流齿轮箱，为了解决超高速转子的动力学问题，采用了如下优化设计：
43.设计一、对高速轴承系统进行了优化设计，具体为：在高速输出轴7采用滚动轴承支撑，同时设计有油膜阻尼器9，润滑油通过箱体1进入油膜阻尼器9的壳体12内部，通过壳体12内部的第一进油通道16进入轴承套14与壳体12间的间隙，在运转过程中建立起阻尼油膜，以此抑制轴承体14在高速运转过程中产生的振动。
44.设计二、考虑高速级分流设计对高速轴转子动力学的影响，由于采用分流结构，如设置两个中间轴4，在运转过程中，高速输出轴7与两端的两个中间轴4的齿轮啮合力大小相同、方向相反，高速输出轴7的第三轴承8仅承受高速输出轴7的自身重力，高速输出轴7受力均匀无弯矩引起的不平衡，这使得高速输出轴7的转子动力学计算工况更加简单、清晰。
45.设计三、对高速输出轴剩余不平衡量的控制，剩余不平衡量在高速转子临界转速控制中起到非常关键的作用，本发明实施例提供的结构中高速输出轴7剩余不平衡量按g0.8级控制，去重位置选择根据转子工作振型模态来准确定位，保证在运转过程中临界转速范围和振幅值的可控。
46.设计四、解决超高速分流齿轮箱密封问题，参考图6示出了，本发明实施例提供的一种带油膜阻尼器的分流齿轮箱中与高速输出轴输出端连接的联轴器处的密封结构示意图，所述高速输出轴7的输出端连接联轴器10，所述联轴器10与所述箱体1的间隙处设置油封25，所述油封25内表面设置有周向布置的第二环槽26，所述油封25内设置有连通所述第二环槽26的进风通道27。本发明实施例提供的结构中高压气体通过进风通道27进入第二环槽26内，将高压气体引入到轴径位置，可实现阻断因联轴器10高速转动搅风产生负压后产生的气体轴向运动，从而达到防止润滑油泄露的功能。可选的，进风通道27可直接从油封25外表面伸入，使得高压气体通过油封25内的进风通道27进入；进风通道27也可连通到箱体1，在箱体1对应位置设置箱体进风通道24，高压气体通过箱体1的进气孔引入，经过箱体进
风通道24和油封的进风通道27进入第二环槽26，将高压气体引入到轴径位置。进一步的，箱体1的密封可选为梳齿密封，通过在梳齿间增加径向高压气体的输入，扰乱密封轴径处气体的轴向移动，从而避免的润滑油泄露出箱体1。
47.本发明实施例提供的分流齿轮箱，为解决超高速分流齿轮箱运转平稳性问题，可通过提高齿轮加工精度级及热处理工艺和齿向修形技术实现。其中采用提高齿轮加工精度级及热处理工艺，由于高速输出轴上齿轮尺寸小、齿轮模数小、转速高，同时为满足齿面硬度要求，采用渗碳淬火处理，为满足以上需求，需提高齿轮加工精度至3级，在满足传动精度的同时控制热处理工艺避免出现热处理缺陷。通过齿向修形使轮齿在齿宽中央鼓起，从而改善轮齿接触线上载荷的不均匀分布。
48.本发明实施例提供的分流齿轮箱，齿轮传动采用分流结构布置，结构紧凑，并且解决了超高速分流齿轮箱的同步问题、运转平稳性问题和密封问题、以及超高速转子的动力学问题，相比传统的平行结构，能够传递更大的扭矩，实现更高的转速，拥有较大的减速比，并且传动过程更稳定；实施例中使用两级分流齿轮传动来实现功率、减速比传扭，降低机组布置空间，同时满足高转速试验需求。经试验，本发明实施例提供的分流齿轮箱的输入端连接输出转速为3000rpm的普通电机，可以将转速升至100000rpm，满足各种航空零件试验、风洞试验、工业应用等场合。
49.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。