[发明专利]航空引擎的单级大比例减速变速箱

说明书

技术领域

本发明大致涉及喷射引擎(jet engine)，且特别涉及喷射引擎的具有单级、大比例、密实且具高功率密度的减速齿轮变速箱(reducer gearbox)。

背景技术

诸如涡轮螺旋桨引擎(turboprop)、齿轮减速涡轮扇引擎(geared turbofan,GTF)、开放转子引擎(open rotor)以及涡轮轴引擎(turboshaft)等航空引擎(aero engine)皆需要减速齿轮变速箱。由于其低速扇叶轴(low-speed blade shaft)必须以低于将其带动的高速涡轮轴的转速运转，这些航空引擎需要使用相当大减速比的变速箱。对于直升机的涡轮轴引擎，或其应用于陆上或海上用途的变种引擎而言，大减速比的变速箱亦是必要。此是因此类引擎作为原动机，皆以远高于其所驱动的负载(如直升机的旋翼，陆基车辆的驱动轮，以及海上船舰的螺旋桨)的转速运作的缘故。目前航空引擎用来获得这些大比例减速的最佳方式，是使用串接的多个减速比相对较小但效率较高的减速机。

不过，由于减速系统的整个负载必须接续地逐级通过串列中每一个别减速机级的缘故，这些前后串接的串列式速度减降做法，其本质上会有整体转速转换效率低下的问题。此外，亦由于系统中的每一个别串接级皆必须拥有足以承受整个系统所须处理，由涡轮叶片所产生的百分之百总动力的明显缘故，此种串列式的安排，亦使整个系统变得庞大笨重。

单级大比例减速机可克服这些因串接所产生的问题。目前广泛应用的有一种“单级”型式的转速转换装置，其为日本东京的住友重工公司(Sumitomo Heavy Industries,Ltd.)所制造的摆线式驱动器(cycloidal drive)。其虽然在由数十至超过一百比一的速度转换比例范围内具有相对较为密实的构造，但此种摆线式驱动器，当作为减速机使用时，其实质上是为在一个摆线齿轮级(cycloidal gearing stage)之后耦接上一个偏轴动力撷取级(off-axis power extraction stage)的系统构造。

图1以示意图显示这样的一种摆线式减速机(cycloidal speed reducer)的横截面。图1的传统技术装置具有一固定环齿轮(或称内齿轮)11与具特定形状的行星元件(shaped planet element)12，其可为具特定形状的盘(shaped disc)，或亦可简单地是为一只齿轮。行星元件12与环齿轮11齿咬合(engage)，并在其内进行行星式的周转运动(moves inside epicyclically)。两者的工作节圆直径(或，节径，working pitch diameters)间的差异尽可能地小。

其偏轴动力撷取级具有在轴线19上同轴地固定在行星元件(planet element)12上的一圆盘(disc)13，其上开有多个圆孔17，以容许分别与圆板(plate)14上相同数量滚柱(roller pin)18中的每一对应者的接合。圆板14被耦接至减速机的输出轴16，并对准于整个系统装置的中心轴线10。此等“动力撷取”机构安排可使摆线式减速机产生-K/i的转速减降比，其中K为行星元件12的节径，而i则为元件11与12两者节径间的差值。在其环齿轮11为80齿且其齿轮式行星元件12为79齿的典型实例之中(K=80且i=1)，当此减速机所传输的机械动力经由轴15而输入时，此系统的减速比是为–80。

图2显示图1传统技术摆线式减速机所使用的偏轴动力撷取耦合机构。在任何时刻，其典型八或更多支与摆线盘上的孔接合的滚柱之中，只有一支是在全力地传输力矩。例如，在图中所显示的偏轴相对角度位置以及转动方向的情况下，系统中只有滚柱18C与孔17C的配对正在全力地传输动力。

上述情况是属明显，因为驱动盘13的孔17C与被驱动板14的滚柱18C互相接触的边缘，在顺着旋转方向上必须位于滚柱18C的后方，驱动盘13才得以带动被驱动板14。依此原则，由于其滚柱与孔的配对的接触点相对于盘13与板14的转动方向不对的缘故，图中标示为B及D的滚柱与孔的配对皆只局部地产生动力传输作用。依同样原则，由于被驱动的滚柱18G转进到了原应要进行驱动的孔17G的后方，滚柱18G与孔17G的配对因此而完全未有任何传动作用。