阅读说明：本技术 一种具有锥齿轮分路的共轴双旋翼直升机传动装置 (Coaxial dual-rotor helicopter transmission device with bevel gear shunt ) 是由 张玉姣 朱如鹏 李苗苗 张栋林 倪德 王永红 于 2020-05-27 设计创作，主要内容包括：一种具有锥齿轮分路的共轴双旋翼直升机传动装置。本发明涉及共轴双旋翼直升机传动系统构型领域。提出了一种具有锥齿轮分路的共轴双旋翼直升机传动装置,对大功率高速传动系统有着非常重要的意义。本发明的技术方案为：包括输出单元和至少一个功率输入分流单元；所述输出单元包括内旋翼轴27和外旋翼轴28；所述功率输入分流单元包括输入轴1、第一齿轮轴4、第二齿轮轴9、第三齿轮轴10、第四齿轮轴17和第六齿轮轴19。本发明的传动系统构型,可以在中、重型直升机传动系统、舰船传动系统等领域得到广泛的应用。能有效降低整个传动系统的体积和重量,提高系统的稳定性和可靠性。(A coaxial twin rotor helicopter transmission with bevel gear shunts. The invention relates to the field of coaxial dual-rotor helicopter transmission system configurations. The coaxial dual-rotor helicopter transmission device with the bevel gear shunt has very important significance for a high-power high-speed transmission system. The technical scheme of the invention is as follows: the power input shunt unit comprises an output unit and at least one power input shunt unit; the output unit comprises an inner rotor shaft 27 and an outer rotor shaft 28; the power input splitting unit includes an input shaft 1, a first gear shaft 4, a second gear shaft 9, a third gear shaft 10, a fourth gear shaft 17, and a sixth gear shaft 19. The transmission system configuration of the invention can be widely applied in the fields of medium and heavy helicopter transmission systems, ship transmission systems and the like. The volume and the weight of the whole transmission system can be effectively reduced, and the stability and the reliability of the system are improved.)

一种具有锥齿轮分路的共轴双旋翼直升机传动装置

技术领域

本发明涉及共轴双旋翼直升机传动系统构型领域，具体涉及一种具有锥齿轮分路的共轴双旋翼直升机传动装置，是一种利用锥齿轮分路传动完成换向和减速，实现共轴反转的共轴双旋翼直升机主减速器传动构型。

背景技术

直升机传动系统与发动机、旋翼系统一起并称为直升机的三大关键动部件，它的作用是将发动机的输出功率和输出转速按一定的比例传递到旋翼，尾桨和各附件上去。共轴双旋翼直升机的传动系统较单旋翼直升机较为复杂，因为共轴双旋翼直升机的一台发动机要同时驱动上下两层旋翼同速反向旋转以达到自身扭矩平衡，其转速精度控制严格，这无疑增加了传动装置的复杂性。

目前，共轴双旋翼直升机传动系统的典型构型主要是俄罗斯卡莫夫设计局设计的封闭差动行星轮系共轴构型，其特点是不论前面几级采用“先并车后换向”“先换向后并车”，还是“同时换向并车”，最后一级都是采用封闭差动行星轮系。该构型在俄罗斯卡系列直升机的主减速器中被广泛应用，如卡-28、卡-50等直升机主减速器。但是由于行星齿轮传动的结构强度、效率等问题，其传动比较小；同时，行星轮既有公转又有自转，因此结构复杂，且其支撑轴承的使役工况复杂，轴承容易损坏，而且封闭差动行星轮系配齿困难、结构较复杂、制造精度要求高、制造安装较困难。

对此，国家知识产权局于2019年5月3日公布了一份名为“锥齿轮-圆柱齿轮两次功率分流的共轴式双旋翼传动装置”、申请号为“201910011019.9”的中国发明专利，该案中通过由一个输入锥齿轮同时啮合两个轴线相同的锥齿轮，从而实现两路传动和功率的分流；然而，此类传动装置在结构布局时，需要在上下方向，即共轴的两个功率输出轴的轴向留出较大的空间，以便于输入锥齿轮的布置；因而带来了传动装置体积大、设计布局复杂等缺陷。

此外，此类传动装置中对于功率输入轴的结构稳定性也有着极高的要求，需要对功率输入轴提供更多的支撑点，进一步增加了设计布局的难度及复杂度，使得传动装置整体的体积难以缩减。

同时，此类传动装置为一个锥齿轮同时与两个锥齿轮啮合，上下两层齿轮均为锥齿轮（通常为90°垂直安装），此结构对齿与齿之间啮合间隙要求非常高，安装时必须反复的拆装调整已达到最佳啮合状态，因此需做大量的工装及夹具量具辅助配合，这无疑增加了齿轮装配的工作量及装配难度，安装效率降低，否则齿轮会因偏心或啮合不良而过早损坏。这对于锥齿轮的制造和安装提出了很高的要求，尤其是在航空结构中，需要高精度的制造安装标准要求下，这样的结构很难实现。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种具有锥齿轮分路的共轴双旋翼直升机传动装置，其中四级减速都采用定轴轮系，技术较成熟、可靠性高；同时，通过对传动装置结构的改进，使其从整体上具有结构紧凑、便于布局且无运动干涉等优点。

本发明的技术方案为：包括输出单元和至少一个功率输入分流单元；

所述输出单元包括同轴心的内旋翼轴27和外旋翼轴28；

所述功率输入分流单元包括输入轴1、第一齿轮轴4、第二齿轮轴9、第三齿轮轴10、第四齿轮轴17和第六齿轮轴19；所述输入轴1和第一齿轮轴4联动，所述第一齿轮轴4同时与第二齿轮轴9、第三齿轮轴10联动，且第二齿轮轴9和第三齿轮轴10的旋向相反，所述第二齿轮轴9、第四齿轮轴17、内旋翼轴27依次联动，所述第三齿轮轴10、第六齿轮轴19、外旋翼轴28依次联动。

所述第二齿轮轴9、第三齿轮轴10均平行于输出单元的轴向设置，所述第一齿轮轴4垂直于输出单元的轴向设置；

所述第一齿轮轴4上固设有第一锥齿轮5和第二锥齿轮6，所述第一锥齿轮5和第二锥齿轮6相对设置；所述第二齿轮轴9上固设有与第一锥齿轮5啮合的第三锥齿轮7，所述第三齿轮轴10上固设有与第二锥齿轮6啮合的第四锥齿轮8；

所述第三锥齿轮7、第四锥齿轮8处于第一锥齿轮5和第二锥齿轮6之间。

进一步的，所述输入轴1和第一齿轮轴4通过减速齿轮组联动；

所述第一齿轮轴4、第二齿轮轴9、第四齿轮轴17、内旋翼轴27依次通过减速齿轮组联动；

所述第一齿轮轴4、第三齿轮轴10、第六齿轮轴19、外旋翼轴28依次通过减速齿轮组联动；

所述第一齿轮轴4至内旋翼轴27的减速比等于所述第一齿轮轴4至外旋翼轴28的减速比。

进一步的，所述第四齿轮轴17的一侧还设有与其平行的第五齿轮轴18，所述第五齿轮轴18同时与第二齿轮轴9、内旋翼轴27联动，所述第二齿轮轴9与第四齿轮轴17的减速比等于所述第二齿轮轴9与第五齿轮轴18的减速比，所述第四齿轮轴17与内旋翼轴27的减速比等于所述第五齿轮轴18与内旋翼轴27的减速比。

进一步的，所述第六齿轮轴19的一侧还设有与其平行的第七齿轮轴20，所述第七齿轮轴20同时与第三齿轮轴10、外旋翼轴28联动，所述第三齿轮轴10与第六齿轮轴19的减速比等于所述第三齿轮轴10与第七齿轮轴20的减速比，所述第六齿轮轴19与外旋翼轴28的减速比等于所述第七齿轮轴20与外旋翼轴28的减速比。

进一步的，所述输入轴1至内旋翼轴27之间的四级定轴减速结构中，第四齿轮轴17与内旋翼轴27的减速比最大；

所述输入轴1至外旋翼轴28之间的四级定轴减速结构中，第六齿轮轴19与外旋翼轴28的减速比最大。

进一步的，所述功率输入分流单元具有1-3个。

进一步的，所述输入轴和第一齿轮轴水平，所述第二齿轮轴、第三齿轮轴、第四齿轮轴、第五齿轮轴、第六齿轮轴、第七齿轮轴、内旋翼轴和外旋翼轴均竖直。

进一步的，所述输入轴1上固设有第一齿轮2，所述第一齿轮轴4上固设有第二齿轮3；

所述第二齿轮轴9上固设有第三齿轮11，所述第三齿轮轴10上固设有第四齿轮12，所述第四齿轮轴17上固设有第五齿轮13和第九齿轮21，所述第五齿轮轴18上固设有第六齿轮14和第十齿轮22，所述第六齿轮轴19上固设有第七齿轮15和第十一齿轮23，所述第七齿轮轴20上固设有第八齿轮16和第十二齿轮24；

所述内旋翼轴27上固设有第十三齿轮25，所述外旋翼轴28上固设有第十四齿轮26；

所述第一齿轮2与第二齿轮3啮合；

所述第三齿轮11与第五齿轮13、第六齿轮14同时啮合，所述第九齿轮21、第十齿轮22同时与第十三齿轮25啮合；

所述第四齿轮12与第七齿轮15、第八齿轮16同时啮合，所述第十一齿轮23、第十二齿轮24同时与第十四齿轮26啮合。

进一步的，所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮和第八齿轮为直齿轮，第一锥齿轮，第二锥齿轮，第三锥齿轮和第四锥齿轮为弧齿锥齿轮，第九齿轮、第十齿轮、第十一齿轮、第十二齿轮、第十三齿轮和第十四齿轮为人字齿轮或圆柱齿轮。

本发明的有益效果在于：

本发明的传动系统全部采用简单定轴轮系传动，技术上容易实现。本发明的第一级减速传动为圆柱齿轮传动形式，很好地考虑到了尾传动系统减速装置和发动机的排布方式，同时主减速器装置外廓比较扁平，扁平的主减速器可提高其安装位置，增大直升机的舱内空间。本发明的传动系统构型，可以在中、重型直升机传动系统、舰船传动系统等领域得到广泛的应用。

本发明具有锥齿轮分路传动，通过三联齿轮轴实现第一次功率分流，一方面使得每路锥齿轮传动系统的载荷减小，受承载能力限制的齿轮结构减小，降低了重量。同时，四级减速传动为多支路定轴传动，传动比较大，能有效降低整个传动系统的体积和重量，提高系统的稳定性和可靠性。

本发明的第三级采用圆柱齿轮功率分流传动，经过锥齿轮分路传动的功率分流以后，实现了输入功率的二次分流，有效降低了传动系统各分支载荷，同时各分支传动具有一定的对称性，有效降低了齿轮结构设计的复杂程度。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图一；

图2为本发明实施例一的结构示意图二；

图3为本发明实施例一的俯视图；

图4为图3的B-B向剖视图；

图5为本发明实施例二的结构示意图一；

图6为本发明实施例二的结构示意图二；

图7为本发明实施例三的结构示意图一；

图8为本发明实施例三的结构示意图二；

图中1是输入轴，2是第一齿轮，3是第二齿轮，4是第一齿轮轴，5是第一锥齿轮，6是第二锥齿轮，7是第三锥齿轮，8是第四锥齿轮，9是第二齿轮轴，10是第三齿轮轴，11是第三齿轮，12是第四齿轮，13是第五齿轮，14是第六齿轮，15是第七齿轮，16是第八齿轮，17是第四齿轮轴，18是第五齿轮轴，19是第六齿轮轴，20是第七齿轮轴，21是第九齿轮，22是第十齿轮，23是第十一齿轮，24是第十二齿轮，25是第十三齿轮，26是第十四齿轮，27是内旋翼轴，28是外旋翼轴。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明如图1-8所示，包括输出单元和至少一个功率输入分流单元；

所述输出单元包括同轴心的内旋翼轴27和外旋翼轴28；所述内旋翼轴27连接上旋翼，所述外旋翼轴28连接下旋翼，所述外旋翼轴28套接在所述内旋翼轴27的外部、且二者保持同轴心，从而形成共轴双旋翼结构；

所述功率输入分流单元包括输入轴1、第一齿轮轴4、第二齿轮轴9、第三齿轮轴10、第四齿轮轴17、第五齿轮轴18、第六齿轮轴19和第七齿轮轴20；所述输入轴1和第一齿轮轴4联动，所述第一齿轮轴4同时与第二齿轮轴9、第三齿轮轴10联动，且第二齿轮轴9和第三齿轮轴10的旋向相反，所述第二齿轮轴9、第四齿轮轴17（或第五齿轮轴18）、内旋翼轴27依次联动，所述第三齿轮轴10、第六齿轮轴19（或第七齿轮轴20）、外旋翼轴28依次联动。

所述第二齿轮轴9、第三齿轮轴10均平行于输出单元的轴向设置，所述第一齿轮轴4垂直于输出单元的轴向设置、且处于输出单元的侧下方；

所述第一齿轮轴4上固设有第一锥齿轮5和第二锥齿轮6，所述第一锥齿轮5和第二锥齿轮6相对设置、且二者之间留有间距；所述第二齿轮轴9上固设有与第一锥齿轮5啮合的第三锥齿轮7，所述第三齿轮轴10上固设有与第二锥齿轮6啮合的第四锥齿轮8；

所述第三锥齿轮7、第四锥齿轮8处于第一锥齿轮5和第二锥齿轮6之间。

这样，通过结构的优化设计，使得本案具有以下几点较为突出的优势：

一、本案的输出单元在轴向上所占用的空间更小，从而可显著减小传动装置的体积，同时，本构型使得整个传动系统的主减速器装置外廓比较扁平，而扁平的主减速器可提高其安装位置，增大直升机的舱内空间，这有效解决了因现有技术中传动装置的体积难以进一步缩小，从而带来的传动装置体积大、设计布局复杂等缺陷。

二、本构型通过第一齿轮轴4中的锥齿轮分路传动，不仅实现了减速和换向，使内外旋翼轴共轴反转，而且实现了第一次向第二齿轮轴9以及第三齿轮轴10的功率分流，有效减少了后续传动齿轮设计的体积和质量，提高了系统的稳定性和可靠性。同时，本构型的第三级传动实现了第二次功率分流，所采用的这种分扭传动结构可以实现最后一级减速的大传动比，从而大大减轻主减速器的设计质量，这对于航空传动系统的大功重比的要求也是非常重要的。

三、由于所述第一锥齿轮5和第二锥齿轮6相对设置，并且所述第三锥齿轮7、第四锥齿轮8处于第一锥齿轮5和第二锥齿轮6之间；因此，使得本案在第一锥齿轮5和第二锥齿轮6之间可留有更多、更大的空间，从而进一步降低了整体结构的设计、布局的难度，特别是对于航空装置中的高精度安装标准要求，本构型更具有实用性和可行性，可用于输入功率大的中、重型直升机等的传动系统。

四、由于实际时第一锥齿轮5、第二锥齿轮6、第三锥齿轮7、第四锥齿轮8通常存在着被允许的加工误差，因此，此时由于较长的第一齿轮轴4的存在，将使得本案在动力传输过程中可借助第一齿轮轴4小幅的弹性变形起到良好的柔性缓冲作用，从而有利于均载，最终使得两路锥齿轮传动的受力更为均匀，稳定性更好、使用寿命更长。

所述输入轴1和第一齿轮轴4通过减速齿轮组联动；

所述第一齿轮轴4、第二齿轮轴9、第四齿轮轴17（或第五齿轮轴18）、内旋翼轴27依次通过减速齿轮组联动；这样，即在输入轴1至内旋翼轴27之间形成四级定轴减速结构；

所述第一齿轮轴4、第三齿轮轴10、第六齿轮轴19（或第七齿轮轴20）、外旋翼轴28依次通过减速齿轮组联动；这样，即在输入轴1至外旋翼轴28之间形成四级定轴减速结构；

所述第一齿轮轴4至内旋翼轴27的减速比等于所述第一齿轮轴4至外旋翼轴28的减速比。这样，配合旋向相反的第二齿轮轴9、第三齿轮轴10，最终使得内旋翼和外旋翼实现同速反向旋转以达到直升机自身扭矩平衡。

所述第四齿轮轴17的一侧还设有与其平行的第五齿轮轴18，所述第五齿轮轴18同时与第二齿轮轴9、内旋翼轴27联动，所述第二齿轮轴9与第四齿轮轴17的减速比等于所述第二齿轮轴9与第五齿轮轴18的减速比，所述第四齿轮轴17与内旋翼轴27的减速比等于所述第五齿轮轴18与内旋翼轴27的减速比。从而在输入轴1至内旋翼轴27之间的第三级减速传动结构为功率分流传动，以有效降低第二齿轮轴9至内旋翼轴27之间传动齿轮的体积和质量。

所述第六齿轮轴19的一侧还设有与其平行的第七齿轮轴20，所述第七齿轮轴20同时与第三齿轮轴10、外旋翼轴28联动，所述第三齿轮轴10与第六齿轮轴19的减速比等于所述第三齿轮轴10与第七齿轮轴20的减速比，所述第六齿轮轴19与外旋翼轴28的减速比等于所述第七齿轮轴20与外旋翼轴28的减速比。从而在输入轴1至外旋翼轴28之间的第三级减速传动结构为功率分流传动，以有效降低第三齿轮轴10至外旋翼轴28之间传动齿轮的体积和重量。

所述输入轴1至内旋翼轴27之间的四级定轴减速结构中，第四齿轮轴17与内旋翼轴27的减速比最大；

所述输入轴1至外旋翼轴28之间的四级定轴减速结构中，第六齿轮轴19与外旋翼轴28的减速比最大。从而使得两套四级定轴减速结构中最后一级的传动比最大，有利于降低传动系统的重量，这对大功率高速传动系统有着非常重要的意义。

所述功率输入分流单元具有1-3个。

本发明的第一种实施例如图1-2所示，具有一个功率输入分流单元。

本发明的第二种实施例如图5-6所示，具有两个沿内旋翼轴对称设置的功率输入分流单元。

本发明的第一种实施例如图7-8所示，具有三个沿第十三齿轮轴向均匀分布的功率输入分流单元。

所述输入轴和第一齿轮轴水平，所述第二齿轮轴、第三齿轮轴、第四齿轮轴、第五齿轮轴、第六齿轮轴、第七齿轮轴、内旋翼轴和外旋翼轴均竖直。

所述输入轴1上固设有第一齿轮2，所述第一齿轮轴4上固设有第二齿轮3、第一锥齿轮5和第二锥齿轮6，所述第一锥齿轮5和第二锥齿轮6对称设置；

所述第二齿轮轴9上固设有第三锥齿轮7和第三齿轮11，所述第三齿轮轴10上固设有第四锥齿轮8和第四齿轮12，所述第四齿轮轴17上固设有第五齿轮13和第九齿轮21，所述第五齿轮轴18上固设有第六齿轮14和第十齿轮22，所述第六齿轮轴19上固设有第七齿轮15和第十一齿轮23，所述第七齿轮轴20上固设有第八齿轮16和第十二齿轮24；

所述内旋翼轴27上固设有第十三齿轮25，所述外旋翼轴28上固设有第十四齿轮26；

所述第一齿轮2与第二齿轮3啮合；

所述第一锥齿轮5与第三锥齿轮7啮合，所述第三齿轮11与第五齿轮13、第六齿轮14同时啮合，所述第九齿轮21、第十齿轮22同时与第十三齿轮25啮合；

所述第二锥齿轮6与第四锥齿轮8啮合，所述第四齿轮12与第七齿轮15、第八齿轮16同时啮合，所述第十一齿轮23、第十二齿轮24同时与第十四齿轮26啮合。

一、通过啮合的第一齿轮2与第二齿轮3形成第一级圆柱齿轮传动定轴减速结构。

二、通过啮合的第一锥齿轮5与第三锥齿轮7，以及第二锥齿轮6与第四锥齿轮8形成第二级锥齿轮分路传动定轴减速结构。

三、通过第一路锥齿轮分路传动的第三齿轮11同时与第五齿轮13和第六齿轮14啮合，或者是通过第二路锥齿轮分路传动的第四齿轮12同时与第七齿轮15和第八齿轮16啮合形成第三级圆柱齿轮功率分流传动定轴减速结构。

四、通过第一路锥齿轮分路传动的第九齿轮21和第十齿轮22同时与第十三齿轮25啮合，或者是通过第二路锥齿轮分路传动的第十一齿轮23和第十二齿轮24同时与第十四齿轮26啮合形成第四级圆柱齿轮并车传动定轴减速结构，且这一级减速比最大。

所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮和第八齿轮为直齿轮，第一锥齿轮，第二锥齿轮，第三锥齿轮和第四锥齿轮为弧齿锥齿轮，第九齿轮、第十齿轮、第十一齿轮、第十二齿轮、第十三齿轮和第十四齿轮为人字齿轮或圆柱齿轮。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“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”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。