变线速减速离合器

摘要

变线速减速离合器，由一个变线速双层星行星排和一个制动器连接构成，是兼有减速器、离合器功能的传动机械。以变线速双层星行星排行星架作输入端，一个中心轮作输出端，另一个中心轮作制动端，制动端直接连接制动器；变线速双层星行星排采用两种行星排之一。制动器至少具有制动、不制动两种状态，制动器制动相当于离合器结合状态、制动器不制动相当于离合器分离状态。本发明有变线速双层星行星排的设置方法、本发明的使用方法。相比多级减速器、离合器各自独立设置，本发明结构简单体积小重量轻。

权利要求

1.变线速减速离合器，其特征在于由一个变线速双层星行星排和一个制动器连接构成，是兼有减速器离合器功能的传动机械，变线速减速离合器变线速双层星行星排的特征是两个中心轮的节圆直径很接近但不相等，以变线速双层星行星排的行星架作为输入端，一个中心轮作为输出端，另一个中心轮作为制动端，该输入端也是变线速减速离合器的输入端，该输出端也是变线速减速离合器的输出端，制动端直接连接制动器，变线速双层星行星排采用两种行星排之一；

所述的两种行星排，第一种是双太阳轮行星排，以该行星排的行星架作为输入端，左侧中心轮作为输出端，右侧中心轮作为制动端，制动端与制动器直接连接；第二种是双内齿圈行星排，以该行星排的行星架作为输入端，左侧中心轮作为输出端，右侧中心轮作为制动端，制动端与制动器直接连接；

制动器是助力制动器或电控制动器，至少具有制动、不制动两种状态，被控制系统控制处于这两种状态之一；变线速减速离合器的输入端与动力源连接，输出端与动力使用装置连接，制动器受控制系统控制；变线速减速离合器中变线速双层星行星排的设置方法为：设置行星排特性参数a为0.8至1.25且不等于1.0，即设置a=右侧中心轮齿数*左侧行星轮齿数/(左侧中心轮齿数*右侧行星轮齿数)，使a为0.8至1.25且不等于1.0，右侧中心轮齿数、左侧中心轮齿数、右侧行星轮齿数、左侧行星轮齿数的每一组组合，对应一个a值，a值越接近1.0，减速传动比越大；变线速减速离合器的使用方法：当控制制动器处于制动状态时，动力转速从输入端输入，按前述减速传动比减速传动至输出端输出，输入端是主动端，输出端是被动端，输入端与输出端相当于离合器结合状态，当控制制动器处于不制动状态时，制动端自由，动力转速从输入端输入，动力使用装置的被动转动转速从输出端反向输入，输入端与输出端成为主动端，制动端成为被动端，动力转速无法减速传动到输出端输出，输出端被动力使用装置带动自由转动，输入端与输出端相当于离合器分离状态，制动器制动相当于离合器结合状态、制动器不制动相当于离合器分离状态。

说明书

变线速减速离合器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种行星排结构传动机械，具体为一个变线速双层星行星排和一个制动器连接构成的，兼有减速器、离合器功能的传动机械。

背景技术

[0002] 行星排背景知识：行星排由两个中心轮与带行星轮的行星架三个部件组成，三个部件的排列啮合结构关系决定行星排运动特性方程，决定行星排种类。现有行星排分为圆
柱齿轮行星排、锥齿轮行星排。圆柱齿轮行星排包括一个太阳轮、一个内齿圈与带行星轮的
行星架，其中太阳轮、内齿圈、行星轮都是圆柱齿轮。圆柱齿轮行星排按行星轮的层数是一
层或双层而分为单层星行星排或双层星行星排；单层星行星排中太阳轮与行星轮啮合，行
星轮与内齿圈啮合；双层星行星排中太阳轮与内层行星轮啮合，内层行星轮与外层行星轮
啮合，外层行星轮与内齿圈啮合。锥齿轮行星排包括两个中心轮与带行星轮的行星架，一般
是单层星行星排，行星轮是一层，其两个中心轮与行星轮都是锥齿轮；左侧中心轮与行星轮
啮合，行星轮与右侧中心轮啮合。太阳轮与内齿圈都属于中心轮，太阳轮是左侧中心轮是节
圆直径小的中心轮，内齿圈是右侧中心轮是节圆直径大的中心轮。本发明提出，所有由两个
中心轮与带行星轮的行星架组成的传动机械都是行星排，一个中心轮与行星轮啮合，多层
行星轮相互啮合或直接连接，行星轮与另一个中心轮啮合，行星架带着行星轮围绕中心轮
轴线转动，行星轮既公转又自转；行星轮的层数可以是一层、二层、三层。例如双太阳轮行星
排是一种双层星行星排，包括两个中心轮(太阳轮)与带行星轮的行星架，其两个中心轮与
行星轮都是圆柱齿轮；其每个行星轮是共轴的两个齿轮，称为左侧行星轮、右侧行星轮；左
侧行星轮与左侧中心轮啮合，左侧行星轮与右侧行星轮直接连接，右侧行星轮与右侧中心
轮啮合；左侧中心轮的节圆直径不等于右侧中心轮的节圆直径，左侧中心轮齿轮模数不必
须等于右侧中心轮齿轮模数。再例如双内齿圈行星排是一种双层星行星排，包括两个中心
轮(内齿圈)与带行星轮的行星架，其两个中心轮与行星轮都是圆柱齿轮；其每个行星轮是
共轴的两个齿轮，称为左侧行星轮、右侧行星轮；左侧行星轮与左侧中心轮啮合，左侧行星
轮与右侧行星轮直接连接，右侧行星轮与右侧中心轮啮合；左侧中心轮的节圆直径不等于
右侧中心轮的节圆直径，左侧中心轮齿轮模数不必须等于右侧中心轮齿轮模数。设行星排
的三个部件中左侧中心轮为z、行星架为j、右侧中心轮为y，左侧行星轮为xz，右侧行星轮为
xy，设Zz为左侧中心轮齿数，Zy为右侧中心轮齿数，Zxz为左侧行星轮齿数，Zxy为右侧行星
轮齿数，Nz为左侧中心轮转速,Ny为右侧中心轮转速,Nj为行星架转速；双太阳轮行星排的
特性参数、双内齿圈行星排的特性参数均为a＝(Zy*Zxz)/(Zz*Zxy)。所有单层星行星排的
运动特性方程为：Nz+a*Ny＝(1+a)*Nj，服从该运动特性方程的行星排都是单层星行星排，
单层星行星排当行星架制动时两个中心轮转动方向相反。所有双层星行星排的运动特性方
程为：Nz‑a*Ny＝(1‑a)*Nj，服从该运动特性方程的行星排都是双层星行星排，双层星行星
排当行星架制动时两个中心轮转动方向相同。因为双太阳轮行星排与双内齿圈行星排中的
左侧行星轮与右侧行星轮直接连接，这两种行星轮一一对应共轴，这两种行星轮具有相同
的转速，而具有不同的节圆直径，因而具有不同的节圆线速度；所以双太阳轮行星排与双内
齿圈行星排均是变线速双层星行星排。

[0003] 现有燃油动力直升机的传动系统中必须设置减速器与离合器。不同直升机的顶桨旋翼的减速器传动比在70至140之间，该减速器采用多级减速器，结构复杂体积大重量重。
离合器一般采用液压多片摩擦式离合器，离合器结合时可以传动动力；离合器分离时不传
动动力，可以让顶桨旋翼被动自由转动实施紧急迫降。这两个设备各自独立设置，所以直升
机传动系统结构复杂体积大重量重。

[0004] 本发明提出一个变线速双层星行星排和一个制动器连接构成变线速减速离合器，兼有减速器、离合器的功能，结构简单体积小重量轻。用于直升机改善其传动系统。

发明内容

[0005] 本发明变线速减速离合器由一个变线速双层星行星排和一个制动器连接构成。前方连接动力源，后方连接动力使用装置。

[0006] 每个变线速双层星行星排有两个中心轮、带行星轮的行星架这三种部件，本发明中的变线速双层星行星排的特征是两个中心轮的节圆直径很接近但不相等。本发明以变线
速双层星行星排的行星架作为输入端，一个中心轮作为输出端，另一个中心轮作为制动端；
该输入端也是本发明的输入端，该输出端也是本发明的输出端，制动端直接连接制动器。变
线速双层星行星排采用两种行星排之一，行星排中行星轮的轮组数目为一组至六组。第一
种是双太阳轮行星排，采用双太阳轮行星排时，以该行星排的行星架(1)作为输入端(4)，左
侧中心轮(2)作为输出端(5)，右侧中心轮(3)作为制动端，制动端与制动器(6)直接连接，参
见图1。第二种是双内齿圈行星排。采用双内齿圈行星排时，以该行星排的行星架(1)作为输
入端(4)，左侧中心轮(2)作为输出端(5)，右侧中心轮(3)作为制动端，制动端与制动器(6)
直接连接，参见图2。

[0007] 制动器是成熟技术，包括助力制动器、电控制动器等，至少具有制动、不制动两种状态，可以被控制系统控制处于这两种状态之一。本发明说明书附图中制动器示意为一端
接地的离合器符号。

[0008] 本发明变线速减速离合器的输入端与动力源连接，输出端与动力使用装置连接，制动器受控制系统控制。

[0009] 本发明中变线速双层星行星排的设置方法为：设置行星排的特性参数a接近而不等于1.0，即两个中心轮的节圆直径很接近但不相等，具体就是a为0.8至1.25且不等于1.0。
a值取决于所需减速传动比。即设置a＝右侧中心轮齿数*左侧行星轮齿数/(左侧中心轮齿
数*右侧行星轮齿数)，使a为0.8至1.25且不等于1.0。由于齿轮齿数是非零的自然数，a的取
值范围非连续值。右侧中心轮齿数、左侧中心轮齿数、右侧行星轮齿数、左侧行星轮齿数的
组合参见实施例1、实施例2。右侧中心轮齿数、左侧中心轮齿数、右侧行星轮齿数、左侧行星
轮齿数的每一组组合，对应一个a值，a值越接近1.0，减速传动比越大。减速传动比＝1/(1‑
a)，减速传动比的取值范围也非连续值；传动比为正值时，输入端与输出端转动方向相同；
传动比为负值时，输入端与输出端转动方向相反。本发明对行星排的设置方法采用了数字
化的行星排特性参数表述，行星排特性参数实质上是对行星排各部件齿数和结构设置的表
述。业内人士均可理解，设置行星排特性参数，对应着设置行星排齿数与结构，最终对应着
设置变线速减速离合器结构。

[0010] 本发明的使用方法：当控制制动器处于制动状态时，动力转速从输入端输入，按前述减速传动比减速传动至输出端输出，输入端是主动端，输出端是被动端；输入端与输出端
相当于离合器结合状态。当控制制动器处于不制动状态时，制动端自由，动力转速从输入端
输入，直升机旋翼等动力使用装置的被动转动转速从输出端反向输入，输入端与输出端成
为主动端，制动端成为被动端；动力转速无法减速传动传动到输出端输出，输出端被动力使
用装置带动自由转动，输入端与输出端相当于离合器分离状态。制动器制动相当于离合器
结合状态、制动器不制动相当于离合器分离状态。

[0011] 本发明所述连接分为直接连接与间接连接，直接连接使参与连接的各部件转速相同，间接连接使参与连接的各部件之间形成固定的转速比例关系。本发明所表述连接，表示
采用直接连接或间接连接。所述动力源，是燃油发动机、电力发动机等发动机，或发动机后
的传动装置等；动力源与输入端连接可以输入动力转速。所述动力使用装置是与输出端连
接的装置，接受动力输出，如旋翼、螺旋桨等，或旋翼、螺旋桨前的驱动轴、传动装置等。

[0012] 本发明变线速减速离合器的有益之处在于，提出了一个变线速双层星行星排和一个制动器连接构成本发明，提出了变线速双层星行星排的设置方法、本发明的使用方法。相
比多级减速器、离合器各自独立设置的传统直升机传动系统，本发明兼有减速器、离合器的
功能，结构简单体积小重量轻，改善了直升机传动系统。

附图说明

[0013] 图1为采用双太阳轮行星排的变线速减速离合器示意图。1为行星架，2为左侧中心轮，3为右侧中心轮，4为输入端，5为输出端，6为制动器。

[0014] 图2为采用双内齿圈行星排的变线速减速离合器示意图。1为行星架，2为左侧中心轮，3为右侧中心轮，4为输入端，5为输出端，6为制动器。

[0015] 各图中行星排按行业惯例以半幅简图表示，各部件只示意结构关系，未反映真实尺寸。

具体实施方式

[0016] 实施例1：采用双太阳轮行星排的变线速减速离合器，由一个变线速双层星行星排和一个制动器连接构成。兼作为直升机尾桨推进器传动系统中的减速器与离合器，尾桨推
进器是在研的高速直升机的新型尾桨。

[0017] 变线速双层星行星排采用双太阳轮行星排，行星排中行星轮的轮组数目为二组，以该行星排的行星架(1)作为输入端(4)，左侧中心轮(2)作为输出端(5)，右侧中心轮(3)作
为制动端，制动端与制动器(6)直接连接，参见图1。

[0018] 制动器是助力制动器，具有制动、不制动两种状态，可以被控制系统控制处于这两种状态之一。

[0019] 输入端与动力源发动机连接，输出端与动力使用装置直升机尾桨推进器前的传动轴连接，制动器受控制系统控制。

[0020] 变线速双层星行星排的设置方法为：设置特性参数a接近而不等于1.0，使a为0.8至1.25且不等于1.0。具体a值取决于所需减速传动比，本实施例需要减速传动比为40。所以
设置a＝39/40＝右侧中心轮齿数*左侧行星轮齿数/(左侧中心轮齿数*右侧行星轮齿数)＝
18*26/(20*24)。具体设置：右侧中心轮齿数18、左侧中心轮齿数20、右侧行星轮齿数24、左
侧行星轮齿数26，左侧中心轮齿轮模数不等于右侧中心轮齿轮模数。减速传动比＝1/(1‑a)
＝40；输入端与输出端转动方向相同。

[0021] 本实施例的使用方法：当控制制动器处于制动状态时，动力转速从输入端输入，按减速传动比40减速传动至输出端输出，输入端是主动端，输出端是被动端；输入端与输出端
相当于离合器结合状态。当控制制动器处于不制动状态时，制动端自由，动力转速从输入端
输入，动力使用装置的被动转动转速从输出端反向输入，输入端与输出端成为主动端，制动
端成为被动端；动力转速无法减速传动到输出端输出，输出端被动力使用装置带动自由转
动，输入端与输出端相当于离合器分离状态。制动器制动相当于离合器结合状态、制动器不
制动相当于离合器分离状态。

[0022] 本实施例用于直升机尾桨推进器的传动系统，兼实现减速器与离合器功能，该尾桨推进器可以选择传递动力与中断动力自由转动。相比现有直升机尾桨推进器的多级减速
器、离合器各自独立设置的传动系统，本实施例结构简单体积小重量轻，改善了传动系统。

[0023] 实施例2：采用双内齿圈行星排的变线速减速离合器，由一个变线速双层星行星排和一个制动器连接构成。兼作为直升机顶桨旋翼传动系统中的减速器与离合器。

[0024] 变线速双层星行星排采用双内齿圈行星排，行星排中行星轮的轮组数目为二组，以该行星排的行星架(1)作为输入端(4)，左侧中心轮(2)作为输出端(5)，右侧中心轮(3)作
为制动端，制动端与制动器(6)直接连接，参见图2。

[0025] 制动器是助力制动器，具有制动、不制动两种状态，可以被控制系统控制处于这两种状态之一。

[0026] 输入端与动力源发动机连接，输出端与动力使用装置直升机顶桨旋翼前的传动轴连接。制动器受控制系统控制。

[0027] 变线速双层星行星排的设置方法为：设置特性参数a接近而不等于1.0，使a为0.8至1.25且不等于1.0。具体a值取决于所需减速传动比，本实施例需要减速传动比为100。所
以设置a＝99/100＝右侧中心轮齿数*左侧行星轮齿数/(左侧中心轮齿数*右侧行星轮齿
数)＝54*22/(60*20)。实际设置：右侧中心轮(内齿圈)齿数54、左侧中心轮(内齿圈)齿数
60、右侧行星轮齿数22、左侧行星轮齿数20，左侧中心轮齿轮模数不等于右侧中心轮齿轮模
数。减速传动比＝1/(1‑a)＝100；输入端与输出端转动方向相同。

[0028] 本实施例的使用方法：当控制制动器处于制动状态时，动力转速从输入端输入，按减速传动比100减速传动至输出端输出，输入端是主动端，输出端是被动端；输入端与输出
端相当于离合器结合状态。当控制制动器处于不制动状态时，制动端自由，动力转速从输入
端输入，动力使用装置的被动转动转速从输出端反向输入，输入端与输出端成为主动端，制
动端成为被动端；动力转速无法减速传动到输出端输出，输出端被动力使用装置带动自由
转动，输入端与输出端相当于离合器分离状态。制动器制动相当于离合器结合状态、制动器
不制动相当于离合器分离状态。

[0029] 本实施例用于直升机顶桨旋翼的传动系统，兼实现减速器与离合器功能，该顶桨旋翼可以选择传递动力与中断动力自由转动。相比多级减速器、离合器各自独立设置的传
统传动系统，本实施例结构简单体积小重量轻，改善了传动系统。

[0030] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。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，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有
各种变化与改进，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
由所附的权利要求及同等物界定。