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CN117267317B - 一种功率分支同轴高速齿轮箱 - Google Patents

一种功率分支同轴高速齿轮箱 Download PDF

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Abstract

一种功率分支同轴高速齿轮箱，它涉及工程机械设计领域。本发明为解决现有功率分支同轴高速齿轮箱无法满足高速重载作业需求的问题。本发明包括输入侧联轴器、输入轴、输出轴、输出侧联轴器、两个分支轴、两个扭力轴I和两个扭力轴II，扭力轴I的中部沿轴向方向由外至内依次套装有第I级齿轮和第II级右侧斜齿轮，第I级齿轮分别与扭力轴I和扭力轴II固接，第II级右侧斜齿轮与扭力轴I固接，分支轴的中部固接有第II级左侧斜齿轮，分支轴的内侧端套装固接在扭力轴II内侧端的外侧，低速输入轴齿轮与第I级齿轮相啮合，第II级右侧斜齿轮和第II级左侧斜齿轮分别各与一个高速输出轴齿轮相啮合。本发明用于双向旋转、增速或减速使用的齿轮箱。

Description

一种功率分支同轴高速齿轮箱
技术领域
本发明涉及工程机械设计领域，具体涉及一种功率分支同轴高速齿轮箱。
背景技术
现如今高速齿轮箱广泛应用于航空、航天、航海、工业等多种传动领域，其中航空、航天、航海等高精尖行业对齿轮箱有着较高的要求。在保证高可靠性、轻量化、小型化、高功率密度及较小的启动（运行）功耗的前提下，对齿轮箱的传动结构形式、紧凑性、高速重载、传递效率、密封性及较好的动力学特性有着严苛的技术要求。
现有的功率分支同轴高速齿轮箱，当应用环境为高速重载时，在传动轴系设计上支承轴承多采用滑动轴承，但带来的问题是滑动轴承的滑油量需求、启动（运行）功耗相对滚动轴承增加较多，在对功耗及润滑要求严苛的应用环境并不适用。如果需要齿轮箱实现双向旋转、增速或减速使用时，因受力方向变化，采用滑动轴承支承也受到限制，并且如果全部采用滑动轴承整个传动装置的轴向距离增大，整个齿轮箱的体积和重量就会相应的增加。目前高速重载的齿轮箱因其转速较高、发热量大、滑油油量较大，导致箱体存在大量高压油气，普遍存在密封性不好的现象。如何在设计中兼顾齿轮箱的传动结构形式、紧凑性、高速重载、传递效率、密封性及较好的动力学特性，是设计中亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了解决现有功率分支同轴高速齿轮箱无法满足高速重载作业需求的问题，进而提出一种功率分支同轴高速齿轮箱。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种功率分支同轴高速齿轮箱包括输入侧联轴器、输入轴、输出轴、输出侧联轴器、两个分支轴、两个扭力轴I和两个扭力轴II，输入侧联轴器与输入轴的外侧端连接，输入轴的中部固接有低速输入轴齿轮，输入轴的两侧分别各设有一个扭力轴I，扭力轴II同轴插装在扭力轴I的中部，扭力轴I的中部沿轴向方向由外至内依次套装有第I级齿轮和第II级右侧斜齿轮，第I级齿轮分别与扭力轴I和扭力轴II固接，第II级右侧斜齿轮与扭力轴I固接，输出轴设置在输入轴的内侧端，输出轴的中部固接有两个高速输出轴齿轮，输出轴的两侧分别各设有一个分支轴，分支轴的中部固接有第II级左侧斜齿轮，分支轴的内侧端套装固接在扭力轴II内侧端的外侧，低速输入轴齿轮与第I级齿轮相啮合，第II级右侧斜齿轮和第II级左侧斜齿轮分别各与一个高速输出轴齿轮相啮合，输出侧联轴器与输出轴的外侧端连接，输入轴的外侧端设有低速级密封环，输出轴的外侧端设有高速级密封环。
进一步地，所述输入轴与低速输入轴齿轮为整体式结构，分支轴与第II级左侧斜齿轮为整体式结构，输出轴与高速输出轴齿轮为整体式结构。
进一步地，所述输入轴的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承和圆柱滚子轴承，第I级齿轮的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承和圆柱滚子轴承，第II级右侧斜齿轮的内侧端沿轴向方向由内至外依次套装有四点接触球轴承和圆柱滚子轴承，分支轴的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承和圆柱滚子轴承。
进一步地，所述输出轴的两端均套装有双向旋转的滑动轴承。
进一步地，所述输入轴的内侧端、第I级齿轮的内侧端、第II级右侧斜齿轮的外侧端和分支轴的内侧端均套装有低速圆柱滚子轴承。
进一步地，所述输入轴和输出轴的外侧端均套装有甩油环，甩油环分别设置在高速级密封环和低速级密封环的内侧。
进一步地，所述高速级密封环和低速级密封环上分别设有气压平衡接头。
进一步地，所述高速级密封环和低速级密封环均采用两层篦齿密封结构，两层篦齿密封结构包括Ⅰ级静环、Ⅰ级动环密封齿、Ⅱ级动环密封齿和Ⅱ级静环，Ⅱ级动环密封齿设置在Ⅰ级动环密封齿的外侧，Ⅰ级静环与Ⅰ级动环密封齿相配合组成内层篦齿密封结构，Ⅱ级静环与Ⅱ级动环密封齿相配合组成外层篦齿密封结构。
进一步地，所述高速级密封环固接在输出侧联轴器上，Ⅰ级动环密封齿和Ⅱ级动环密封齿通过螺钉与输出侧联轴器固接。
进一步地，所述低速输入轴齿轮和第Ⅰ级齿轮为单斜齿轮，单斜齿轮在齿轮表面沿圆周方向布置有空刀槽。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
通过本发明的一种功率分支同轴高速齿轮箱，在满足同轴齿轮传动结构形式的前提下，兼顾紧凑性、高速重载、传递效率、密封性及较好的动力学特性。
整个齿轮箱的低速级支承轴承均采用滚动轴承，高速输出采用滑动轴承支承，可以实现输入、输出同轴、双向旋转及增（减）速的使用功能。另外通过在齿轮轴上设计甩油环及膜盘联轴器上设置两层蓖齿密封形式，并设有气压平衡接头，便于将齿轮箱内混合的高压油气通过两层蓖齿封压后少量泄露的油气排出齿轮箱，极大地提高了齿轮箱的密封效果。
附图说明
图1是本发明一种功率分支同轴高速齿轮箱的结构简图；
图2是本发明一种功率分支同轴高速齿轮箱的局部结构示意图；
图3是本发明中低速级密封环的结构示意图；
图4是本发明中高速级密封环的结构示意图；
图5是本发明中扭力轴I和扭力轴II的结构示意图；
图6是图2中V1-V1向剖视图；
图7是图2中V2-V2向剖视图。
其中，1-输入侧联轴器，2-低速输入轴齿轮，3-第I级齿轮，4-扭力轴I，5-扭力轴II，6-第II级右侧斜齿轮，7-第II级左侧斜齿轮，8-高速输出轴齿轮，9-高速级密封环，10-滑动轴承，11-输出侧联轴器，12-低速级密封环，13-四点接触球轴承，14-圆柱滚子轴承，15-甩油环，16-Ⅰ级静环、17-Ⅰ级动环密封齿、18-Ⅱ级动环密封齿，19-Ⅱ级静环，20-圆螺母，21-锁紧垫片，22-气压平衡接头，23-螺钉。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种功率分支同轴高速齿轮箱包括输入侧联轴器1、输入轴、输出轴、输出侧联轴器11、两个分支轴、两个扭力轴I4和两个扭力轴II5，输入侧联轴器1与输入轴的外侧端连接，输入轴的中部固接有低速输入轴齿轮2，输入轴的两侧分别各设有一个扭力轴I4，扭力轴II5同轴插装在扭力轴I4的中部，扭力轴I4的中部沿轴向方向由外至内依次套装有第I级齿轮3和第II级右侧斜齿轮6，第I级齿轮3分别与扭力轴I4和扭力轴II5固接，第II级右侧斜齿轮6与扭力轴I4固接，输出轴设置在输入轴的内侧端，输出轴的中部固接有两个高速输出轴齿轮8，输出轴的两侧分别各设有一个分支轴，分支轴的中部固接有第II级左侧斜齿轮7，分支轴的内侧端套装固接在扭力轴II5内侧端的外侧，低速输入轴齿轮2与第I级齿轮3相啮合，第II级右侧斜齿轮6和第II级左侧斜齿轮7分别各与一个高速输出轴齿轮8相啮合，输出侧联轴器11与输出轴的外侧端连接，输入轴的外侧端设有低速级密封环12，输出轴的外侧端设有高速级密封环9。
输入功率通过输入侧联轴器1将扭矩传递至低速输入轴齿轮2与第I级齿轮3啮合。通过第I级齿轮3的内花键齿将扭矩分别传递至扭力轴I4、扭力轴II5，实现功率分流。扭力轴I4、扭力轴II5分别传递扭矩至第II级右侧斜齿轮6、第II级左侧斜齿轮7，分别与高速输出轴齿轮8啮合实现功率合流将扭矩传递至输出侧联轴器11再传递至负载，提高了整个齿轮箱的功率密度。在满足传动轴的强度下，可以通过改变扭力轴I4、扭力轴II5的扭转刚度达到调整轴系的动力学特性的目的。
高速级密封环9、低速级密封环12提高了齿轮箱的密封效果。
输入侧联轴器1为输入侧低速级膜盘联轴器，输出侧联轴器11为输出侧高速级膜盘联轴器。
第I级齿轮3内花键齿与扭力轴I4、扭力轴II5同时啮合，通过圆螺母20及锁紧垫片21将轴向固定实现功率分流，通过各自的扭力轴分别将功率传递至第II级右侧斜齿轮6、第II级左侧斜齿轮7。如何保证功率传递均载，需检查工作齿面的相应啮合印痕，具体要求见图2中剖视图V1-V1、剖视图V2-V2，当齿轮啮合工作面确定是A或B面时，为保证扭力轴I4、扭力轴II5的功率均载偏差不大，需在装配时，检查啮合工作面A1/A2或B1/B2的啮合印痕是否一致，第II级右侧斜齿轮6、第II级左侧斜齿轮7，分别与高速输出轴齿轮8啮合实现功率合流将功率传递至负载，提高了整个齿轮箱的功率密度。在满足传动轴的强度下，可以通过改变扭力轴I/II的轴径尺寸，可以改变扭力轴的扭转刚度达到调整轴系的动力学特性的目的。
具体实施方式二：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述输入轴与低速输入轴齿轮2为整体式结构，分支轴与第II级左侧斜齿轮7为整体式结构，输出轴与高速输出轴齿轮8为整体式结构。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
输入轴与低速输入轴齿轮2为整体式齿轮轴，分支轴与第II级左侧斜齿轮7为整体式齿轮轴。
具体实施方式三：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述输入轴的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承13和圆柱滚子轴承14，第I级齿轮3的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承13和圆柱滚子轴承14，第II级右侧斜齿轮6的内侧端沿轴向方向由内至外依次套装有四点接触球轴承13和圆柱滚子轴承14，分支轴的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承13和圆柱滚子轴承14。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。
四点接触球轴承13承受齿轮啮合产生的轴向力，实现轴向定位，圆柱滚子轴承14承受啮合产生大的径向力。
具体实施方式四：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述输出轴的两端均套装有双向旋转的滑动轴承10。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
整个齿轮箱的低速级支承轴承均采用滚动轴承，分别为四点接触球轴承13、圆柱滚子轴承14，高速输出轴采用滑动轴承10支承，可以实现输入、输出同轴、双向旋转、功率输入、增速或减速的使用功能，并具有较低的启动运行功耗损失及较小的滑油量。
第II级右侧斜齿轮6、第II级左侧斜齿轮7分别设置为方向相反的斜齿轮，当高速输出轴齿轮8与其啮合时，所受到轴向力就得到了抵消，采用可以双向旋转的径向滑动轴承10，可以实现整个齿轮箱双向旋转、较低的启动功耗损失及滑油量。
具体实施方式五：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述输入轴的内侧端、第I级齿轮3的内侧端、第II级右侧斜齿轮6的外侧端和分支轴的内侧端均套装有低速圆柱滚子轴承。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述输入轴和输出轴的外侧端均套装有甩油环15，甩油环15分别设置在高速级密封环9和低速级密封环12的内侧。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述高速级密封环9和低速级密封环12上分别设有气压平衡接头22。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
通过采用甩油环15、两层蓖齿密封结构、气压平衡接头22，极大地提高了齿轮箱的密封效果。气压平衡接头22便于将齿轮箱内混合的高压油气通过两层蓖齿封压后少量泄露的油气排出齿轮箱，极大地提高了齿轮箱的密封效果。
具体实施方式八：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述高速级密封环9和低速级密封环12均采用两层篦齿密封结构，两层篦齿密封结构包括Ⅰ级静环16、Ⅰ级动环密封齿17、Ⅱ级动环密封齿18和Ⅱ级静环19，Ⅱ级动环密封齿18设置在Ⅰ级动环密封齿17的外侧，Ⅰ级静环16与Ⅰ级动环密封齿17相配合组成内层篦齿密封结构，Ⅱ级静环19与Ⅱ级动环密封齿18相配合组成外层篦齿密封结构。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七相同。
Ⅰ级静环16与Ⅰ级动环密封齿17，Ⅱ级动环密封齿18与Ⅱ级静环19构成两层蓖齿，其密封原理是动环密封齿与与静环形成一系列间隙和耗散空气腔，当泄露流体通过间隙时，急剧加速膨胀，速度能量在通过耗散空腔时由湍流漩涡耗散为热能，由于流体产生节流与热力学效应，泄漏流的压力逐级降低而达到密封效果。
分别在Ⅰ级静环16、Ⅱ级静环19表面浇铸巴式合金，一方面可以起到保护作用，可以承受动环密封齿与静环的少许接触，另一方面可以自然形成最小的间隙，达到最好的密封效果。
具体实施方式九：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述高速级密封环9固接在输出侧联轴器11上，Ⅰ级动环密封齿17和Ⅱ级动环密封齿18通过螺钉23与输出侧联轴器11固接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式八相同。
Ⅰ级动环密封齿17和Ⅱ级动环密封齿18通过螺钉23与输出侧联轴器11固接，构成集成一体化结构。
具体实施方式十：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述低速输入轴齿轮2和第I级齿轮3为单斜齿轮，单斜齿轮在齿轮表面沿圆周方向布置有空刀槽。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
对于高速齿轮传动，尤其是单斜齿的高速齿轮传动，由于传递的功率较大，产生的热量较多，为防止齿轮啮合时，因齿宽过宽带来较大的热变形，所以在单斜齿轮增加空刀槽。单斜齿轮在齿轮表面圆周方向布置有空刀槽，槽底直径范围在大于齿轮基圆尺寸小于齿轮齿根圆尺寸之间选取，空刀槽宽度为10～0.05b（mm），b为齿轮宽度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种功率分支同轴高速齿轮箱，其特征在于：它包括输入侧联轴器(1)、输入轴、输出轴、输出侧联轴器(11)、两个分支轴、两个扭力轴I(4)和两个扭力轴II(5)，输入侧联轴器(1)与输入轴的外侧端连接，输入轴的中部固接有低速输入轴齿轮(2)，输入轴的两侧分别各设有一个扭力轴I(4)，扭力轴II(5)同轴插装在扭力轴I(4)的中部，扭力轴I(4)的中部沿轴向方向由外至内依次套装有第I级齿轮(3)和第II级右侧斜齿轮(6)，第I级齿轮(3)分别与扭力轴I(4)和扭力轴II(5)固接，第II级右侧斜齿轮(6)与扭力轴I(4)固接，输出轴设置在输入轴的内侧端，输出轴的中部固接有两个高速输出轴齿轮(8)，输出轴的两侧分别各设有一个分支轴，分支轴的中部固接有第II级左侧斜齿轮(7)，分支轴的内侧端套装固接在扭力轴II(5)内侧端的外侧，低速输入轴齿轮(2)与第I级齿轮(3)相啮合，第II级右侧斜齿轮(6)和第II级左侧斜齿轮(7)分别各与一个高速输出轴齿轮(8)相啮合，输出侧联轴器(11)与输出轴的外侧端连接，输入轴的外侧端设有低速级密封环(12)，输出轴的外侧端设有高速级密封环(9)；
所述输入轴的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承(13)和圆柱滚子轴承(14)，第I级齿轮(3)的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承(13)和圆柱滚子轴承(14)，第II级右侧斜齿轮(6)的内侧端沿轴向方向由内至外依次套装有四点接触球轴承(13)和圆柱滚子轴承(14)，分支轴的外侧端沿轴向方向由外至内依次套装有四点接触球轴承(13)和圆柱滚子轴承(14)；
所述输出轴的两端均套装有双向旋转的滑动轴承(10)；
所述高速级密封环(9)和低速级密封环(12)上分别设有气压平衡接头(22)；
所述高速级密封环(9)和低速级密封环(12)均采用两层篦齿密封结构，两层篦齿密封结构包括Ⅰ级静环(16)、Ⅰ级动环密封齿(17)、Ⅱ级动环密封齿(18)和Ⅱ级静环(19)，Ⅱ级动环密封齿(18)设置在Ⅰ级动环密封齿(17)的外侧，Ⅰ级静环(16)与Ⅰ级动环密封齿(17)相配合组成内层篦齿密封结构，Ⅱ级静环(19)与Ⅱ级动环密封齿(18)相配合组成外层篦齿密封结构。
2.根据权利要求1所述一种功率分支同轴高速齿轮箱，其特征在于：所述输入轴与低速输入轴齿轮(2)为整体式结构，分支轴与第II级左侧斜齿轮(7)为整体式结构，输出轴与高速输出轴齿轮(8)为整体式结构。
3.根据权利要求2所述一种功率分支同轴高速齿轮箱，其特征在于：所述输入轴的内侧端、第I级齿轮(3)的内侧端、第II级右侧斜齿轮(6)的外侧端和分支轴的内侧端均套装有低速圆柱滚子轴承。
4.根据权利要求1所述一种功率分支同轴高速齿轮箱，其特征在于：所述输入轴和输出轴的外侧端均套装有甩油环(15)，甩油环(15)分别设置在高速级密封环(9)和低速级密封环(12)的内侧。
5.根据权利要求1所述一种功率分支同轴高速齿轮箱，其特征在于：所述高速级密封环(9)固接在输出侧联轴器(11)上，Ⅰ级动环密封齿(17)和Ⅱ级动环密封齿(18)通过螺钉(23)与输出侧联轴器(11)固接。
6.根据权利要求1所述一种功率分支同轴高速齿轮箱，其特征在于：所述低速输入轴齿轮(2)和第I级齿轮(3)为单斜齿轮，单斜齿轮在齿轮表面沿圆周方向布置有空刀槽。
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