一种曲轴箱体及齿轮盖总成及其发动机、飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及曲轴箱体总成技术领域，尤其是涉及一种曲轴箱体及齿轮盖总成及其发动机、飞行器。


背景技术：

2.近年，采用小型载人飞机用四缸活塞式发动机直接驱动螺旋桨的无人机出现在市场上。但是，小型载人飞机用四缸活塞式发动机绝大部分均采用水平对置排列的方式，搭载直列式四缸活塞发动机的无人机还尚未得到广泛应用。
3.驱动大型工业级无人机或小型载人飞机采用水平对置式活塞发动机的缺点在于，发动机的主要昂贵的零部件包括缸体、缸头、缸盖、凸轮轴等需要左右对称布置，进而导致零部件数量增多和自重加大。因此，需要大量生产减低成本的汽车用活塞发动机均不采用水平对置式活塞发动机。当然成本高对于无人机和小型载人飞机也是缺点之一。
4.传统的四缸直列式活塞发动机曲轴箱体，一般都只能安装发动机曲轴总成，而无法同时安装传动装置总成，当发动机配设有平衡装置时，也无法满足同时安装平衡装置的需求。


技术实现要素：

5.本实用新型解决的技术问题是传统的四缸直列式活塞发动机曲轴箱体，一般都只能安装发动机曲轴总成，而无法同时安装传动装置总成，当发动机配设有平衡装置时，也无法满足同时安装平衡装置的需求。
6.为解决上述的技术问题，本实用新型技术方案提供一种曲轴箱体及齿轮盖总成，其中，包括用于承载曲轴和平衡装置的曲轴箱体、可拆装地安装于所述曲轴箱体一侧的曲轴箱体前盖以及、可拆装地安装于所述曲轴箱体前盖相对于与所述曲轴箱体安装的另一侧的输出轴齿轮盖，其中，所述曲轴箱体、所述曲轴箱体前盖和所述输出轴齿轮盖共同承载传动装置总成，且所述曲轴箱体上还开设有连杆活塞机构安放空间。
7.可选地，所述曲轴箱体包括一对结构部分对称的曲轴上箱体和曲轴下箱体，所述曲轴上箱体和所述曲轴下箱体的对应位置处形成有安装曲轴的曲轴安装空间，所述曲轴安装空间的两侧形成有平衡机构安装空间，所述曲轴下箱体在所述平衡机构安装空间处开设有左、右平衡装置中心轴安装孔。
8.可选地，所述平衡装置安装空间包括左、右平衡装置安装空间，所述曲轴上箱体在所述左平衡装置安装空间的上方位置处形成有左平衡装置惰轮安装空间。所述上箱体左平衡装置惰轮安装空间处开设有左平衡装置惰轮中心轴安装孔。
9.可选地，所述曲轴在靠近所述平衡装置安装空间处安装有平衡机构驱动齿轮，所述平衡机构驱动齿轮与右平衡装置和左平衡装置惰轮啮合，所述左平衡装置与所述左平衡装置惰轮啮合。
10.可选地，所述传动装置总成为三级齿轮减速机构，所述曲轴箱体承载所述传动装
置总成的第一级齿轮减速机构，所述曲轴箱体和所述曲轴箱体前盖以及输出轴齿轮盖共同承载所述传动装置总成的第二级齿轮减速机构，所述曲轴箱体前盖和输出轴齿轮盖承载所述传动装置总成的第三级齿轮减速机构。
11.可选地，所述曲轴在靠近所述传动装置总成处安装有传动装置驱动齿轮，所述传动装置驱动齿轮与第一级齿轮减速机构啮合，所述第一级齿轮减速机构与第二级齿轮减速机构啮合，所述第二级齿轮减速机构与第三级齿轮减速机构啮合。
12.可选地，所述第一级齿轮减速机构的齿轮轴安装于所述曲轴上箱体和所述曲轴下箱体中，所述第二级齿轮减速机构的齿轮轴安装于所述曲轴上箱体、所述曲轴箱体前盖和所述输出轴齿轮盖中，所述第三级齿轮减速机构的齿轮轴安装于所述曲轴箱体前盖和所述输出轴齿轮盖中。
13.为解决上述的技术问题，本实用新型技术方案还提供一种发动机，安装有上述任一所述的曲轴箱体及齿轮盖总成。
14.为解决上述的技术问题，本实用新型技术方案还提供一种飞行器，安装有上述的发动机。
15.本实用新型技术方案的有益效果是：
16.本实用新型通过将曲轴箱体、曲轴箱体前盖和输出轴齿轮盖之间的结构紧密巧妙配合，可实现承载齿轮一体化结构曲轴，通过曲轴将连杆活塞的上下直线运动转化为曲轴的连续旋转运动，实现活塞式发动机的基本功能。还可同时实现承载安装平衡机构的需求，通过与曲轴结构一体化齿轮驱动设置在曲轴箱体内部的左平衡装置和右平衡装置，解决四缸直列式活塞发动机的振动问题。并且能够承载安装传动装置总成，通过与曲轴结构一体化齿轮驱动由多级减速机构构成的传动装置总成，实现发动机减速的基本功能，同时解决活塞式航空发动机的高功率和小型化的问题，改善飞行器搭载性能。还能承载安装最终输出轴法兰盘，将发动机的动力输出给飞行器的螺旋桨（例如固定翼飞机）或飞行器动力输入装置（如直升机的减速装置）。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例中曲轴箱体及齿轮盖总成的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例中曲轴箱体及齿轮盖总成的爆炸图；
19.图3为本实用新型实施例中曲轴下箱体与平衡机构的装配示意图；
20.图4为图3中a-a向剖视图；
21.图5为本实用新型实施例中曲轴和平衡机构的安装位置示意图；
22.图6为本实用新型实施例中曲轴箱体及齿轮盖总成的侧视图；
23.图7为图6中b-b向剖视图（不含曲轴上箱体）；
24.图8为本实用新型实施例中曲轴下箱体和曲轴上箱体的分离示意图；
25.图9为本实用新型实施例中曲轴上箱体的结构示意图；
26.图10为本实用新型实施例中输出轴齿轮盖处的结构示意图。
27.具体实施方式：
28.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.请参见图1、图2和图3所示，示出了一种实施例的曲轴箱体及齿轮盖总成100，其中，包括用于承载曲轴300和平衡机构400的曲轴箱体1/2、可拆装地安装于曲轴箱体一侧的曲轴箱体前盖3以及、可拆装地安装于曲轴箱体前盖3相对于与曲轴箱体安装的另一侧的输出轴齿轮盖4，其中，曲轴箱体1/2承载曲轴300和平衡机构400，且曲轴箱体上还开设有连杆活塞机构安放空间201(如图5所示)。
34.如图3、图4和图5所示，本实施例中，曲轴箱体包括一对结构部分对称的曲轴上箱体2和曲轴下箱体1，曲轴上箱体2和曲轴下箱体1的对应位置处形成有安装曲轴的曲轴安装空间101，曲轴安装空间101的两侧形成有左平衡装置403和右平衡装置401的安装空间，曲轴下箱体1在左平衡装置403和右平衡装置401的安装空间处开设有平衡装置中心轴安装孔104（如图5所示，图5中仅标注右平衡装置中心轴404的安装孔）。平衡装置安装空间包括左平衡装置安装空间102和右平衡装置安装空间103，曲轴上箱体2在左平衡装置安装空间102的上方位置处形成有左平衡装置惰轮安装空间202。曲轴300在靠近平衡装置安装空间处安装有平衡机构驱动齿轮302，平衡机构驱动齿轮302与右平衡装置401和左平衡装置惰轮405啮合，左平衡装置403与左平衡装置惰轮405啮合。
35.如图6、图7、图8、图9和图10所示，本实施例中，曲轴箱体及齿轮盖总成100承载传动装置总成500，传动装置总成500为三级齿轮减速机构，曲轴箱体1/2承载传动装置总成的第一级减速机构501/502/503，曲轴箱体1/2和曲轴箱体前盖3以及输出轴齿轮盖4承载传动装置总成的第二级齿轮减速机构504/505/506，曲轴箱体前盖3和输出轴齿轮盖4承载传动装置总成的第三级齿轮减速机构。曲轴在靠近传动装置总成处安装有传动装置驱动齿轮
301，传动装置驱动齿轮301与第一级齿轮减速机构减速齿轮501啮合，第一级齿轮减速机构驱动齿轮503与第二级齿轮减速机构减速齿轮504啮合，第二级齿轮减速机构驱动齿轮506与第三季齿轮减速机构减速齿轮507啮合。第一级齿轮减速机构的齿轮轴502安装于曲轴上箱体2和曲轴下箱体1中，第二级齿轮减速机构的齿轮轴505安装于曲轴上箱体2、曲轴箱体前盖3和输出轴齿轮盖4中，第三级齿轮减速机构的齿轮轴508安装于曲轴箱体前盖3和输出轴齿轮盖4中。
36.本实施例技术方案还提供一种发动机，安装有上述任一的曲轴箱体及齿轮盖总成。
37.本实施例技术方案还提供一种飞行器，安装有上述的发动机。
38.通过以下说明进一步地认识本实用新型的特性及功能。
39.本实施例的飞行器发动机专用箱体的整体结构，采用薄壁铸合金结构箱体，与通常发动机箱体对比，箱体自重可以减轻40%-50%，实现大幅度提高航空发动机的攻重比（发动机最大功率/发动机本体自重）。以edos-1300型发动机（排气量1340毫升，自然吸气）的实施案例结果显示，攻重比达到1.41kw/kg，比同类级别发动机（例如奥地利产rotax912，排气量1200毫升，自然吸气）提高了30%以上。
40.由曲轴上箱体2和曲轴下箱体1，共同承载安装齿轮一体结构曲轴300，通过设置在曲轴中部偏后的平衡机构驱动齿轮302，驱动设置在曲轴右侧的右平衡装置401和设置在曲轴左侧的左平衡装置惰轮405，通过左平衡装置惰轮405驱动左平衡装置403，左右平衡配重以两倍转速做逆向转动，达到消除四缸直列式活塞发动机的二阶振动，实现飞行器用发动机的零振动结构，为四缸直列式活塞发动机替代传统的水平对置活塞发动机提供基本技术保障。
41.由曲轴上箱体2，曲轴下箱体1，曲轴箱体前盖3以及最终输出轴齿轮盖4等四个主要结构件，承载安装传动装置总成500，通过设置在曲轴前端的传动装置驱动齿轮301，驱动由多级齿轮机构构成的传动装置总成500，实现发动机减速的基本功能，为航空发动机的高速化和高功率化提供基本技术保障；同时通过多级齿轮结构的合理配置，使得发动机长度尺寸达到最小化，并且实现发动机最终输出轴法兰盘509的中心线在发动机左右方向与发动机重心重合，提高发动机左右的稳定性，进而改善直列式活塞发动机在飞行器上的搭载性能。
42.通过曲轴箱体前盖3和在其外侧设置的最终输出轴齿轮盖4，实现承载最终输出轴508和法兰盘509，将发动机动力传递给飞行器，最终输出轴法兰盘509与最终输出轴508为一体式结构（但不局限于一体结构式）。
43.以下对本实施例的曲轴箱体及齿轮盖总成100进行详述。
44.图1为本实施例的飞行器发动机专用曲轴箱体和齿轮盖的整体结构图。专用曲轴箱体及齿轮盖总成100主要由以下零件组成：曲轴下箱体1，曲轴上箱体2，曲轴箱体前盖3，输出轴齿轮盖4。图2为专用曲轴箱体及齿轮盖总成100的立体展开图（爆炸图）。其中，螺栓5是处于五个曲轴轴颈轴承安装孔的连接曲轴下箱体1和曲轴上箱体2的紧固件，螺栓6是指连接曲轴下箱体1和曲轴上箱体2外围及其他部分的紧固件，螺栓7是连接曲轴箱体前盖3和曲轴上下箱体1/2的紧固件，螺栓8是连接最终输出轴齿轮盖4和曲轴箱体前盖3的紧固件。
45.以下实施案例，分别说明曲轴箱体及齿轮盖总成100是如何实施承载和按装以下
机构：齿轮一体化结构曲轴300；平衡机构400；传动装置总成500及最终输出轴法兰盘509。
46.图3是显示曲轴下箱体1与曲轴300和平衡机构400之间相对关系的立体视图，曲轴上箱体2（图中没有显示）是扣在曲轴下箱体1的上面（如图1所示），通过螺栓5和螺栓6连接成为一个整体。曲轴300除了通常活塞式发动机的曲轴轴颈，曲柄和曲柄销以外，还在曲轴300的前端设置了传动装置驱动齿轮301，以及在曲轴300的后端（中部偏后）设置了平衡机构驱动齿轮302。
47.图4是图3的a-a断面视图，显示曲轴上下箱体1/2，曲轴的平衡机构驱动齿轮302和平衡机构400的相对安装关系。平衡机构400主要由三大块构成：（1）右平衡装置401（包括右平衡块及其驱动齿轮等），由平衡机构驱动齿轮302直接带动，通过右平衡装置中心轴402安装在下箱体1的曲轴300的右下方；（2）左平衡装置惰轮405，由平衡机构驱动齿轮302直接带动，通过左平衡装置惰轮轴406安装在上箱体2的曲轴300左上方；（3）左平衡装置403（包含左平衡块及其驱动齿轮等），由左平衡装置惰轮405驱动，通过左平衡装置中心轴404安装在下箱体1的曲轴300左下方。
48.图5显示曲轴上下箱体1/2与曲轴300和平衡机构400的相对安装位置关系。曲轴下箱体1的101部分为曲轴300的安装空间，102/103分别是左右平衡装置403/401的安装空间，104为右平衡装置中心轴402的安装孔，下箱体与104相对称的位置设有左平衡装置中心轴安装孔（图中未示出）。上箱体2的201部分为连杆活塞机构（图中未示出）的安放空间，202为左平衡装置惰轮405及其中心轴406的安装部位。
49.图6是本实施例曲轴箱体及齿轮盖总成100和传动装置总成500的前方正视图。c00为曲轴300的中心线，c01/c02分别为传动装置总成500的第1/2级减速轴中心线，c03为最终输出轴中心线，这里c00和c01处于同一高度位置，c01和c02在左右方向重合（但不局限于重合），c03的位置与发动机左右方向的重心位置重合。
50.图7和图8显示实施案例中的传动装置总成500与曲轴箱体及齿轮盖总成100之间的相对安装关系立体视图，图9是图8曲轴上箱体2的底视图，图10是传动装置总成500和箱体前盖3和齿轮盖4之间的相对关系立体视图。图7中的曲轴箱体前盖3和最终输出轴齿轮盖4为沿图6剖切面b-b的局部剖视图。
51.由图7所示，传动装置总成500由设置在曲轴300前端的传动装置驱动齿轮301驱动。传动装置总成500由三级齿轮减速机构组成，以下是各级齿轮减速机构与曲轴箱体及齿轮盖100的相对安装关系：
52.（1）第ⅰ级齿轮减速机构，如图7所示主要包括第ⅰ级减速齿轮501和与其一体化的离合器（图中离合器未显示，但不局限于设置离合器），第ⅰ级齿轮轴502，第ⅰ级驱动齿轮503。第ⅰ级齿轮轴502通过以下两个轴承与曲轴箱体及齿轮盖100实现转动连接：第ⅰ级齿轮轴502后端轴承安装在下箱体1部位113（图8）以及上箱体2部位213（图9）之间；第ⅰ级齿轮轴502中部轴承安装在下箱体1部位114（图8）以及上箱体2部位214（图9）之间。第ⅰ级齿轮轴502前端部分为悬臂结构，用于安装第ⅰ级减速齿轮501和离合器（未显示）。第ⅰ级减速齿轮501和离合器被安放在由下箱体1部位111（图8）和上箱体2部位211（图9）构成的空间内 。第ⅰ级减速驱动齿轮503和第ⅱ级减速齿轮504被安放在由下箱体1部位112（图8）和上箱体2部位212（图8）所构成的空间内。
53.（2）第ⅱ级齿轮减速机构，如图7所示主要包括第ⅱ级减速齿轮504，第ⅱ级齿轮轴
505，第ⅱ级驱动齿轮506。第ⅱ级齿轮轴505通过以下三个轴承与曲轴箱体及齿轮盖总成100实现转动连接：后端轴承安装在上箱体2部位215（图9），中部轴承安装在箱体前盖3部位31（图10），前端轴承安装在最终输出轴齿轮盖4部位41（图10）。
54.（3）第ⅲ级齿轮减速机构，如图10所示包括第ⅲ级减速齿轮507，最终输出轴508，输出轴法兰盘509，输出轴法兰盘509与最终输出轴508为一体式结构。最终输出轴508通过以下两个轴承与曲轴箱体及齿轮盖总成100实现转动连接：最终输出轴508的后轴承按装在箱体前盖3部位32，最终输出轴508的前轴承按装在齿轮盖4部位42。
55.综上所述，本实施例的曲轴箱体及齿轮盖总成100通过上下箱体承载齿轮一体结构的曲轴，不仅可以将连杆活塞的上下运动转换为曲轴的旋转运动，还可以由曲轴一体化的两个齿轮分别驱动平衡机构和传动装置总成；最终实现直列式活塞发动机的小型化和轻量化，提高航空发动机的攻重比（功率/自重）。
56.通过上下箱体承载平衡机构，该平衡机构由设置在曲轴中部偏后的平衡机构驱动齿轮驱动，达到抵消直列式活塞发动机的二阶振动的目的；
57.通过上下箱体和箱体前盖及齿轮盖承载传动装置总成，由设置在曲轴前端位置的传动装置驱动齿轮将发动机动力传递给多级齿轮减速机构，暨达到航空发动机的高速化和高功率化的目的，又可以实现航空发动机外形尺寸的小型化，同时，通过多级齿轮减速机构的合理配置，达到将发动机最终输出轴中心在左右方向与发动机的重心重合，提高发动机左右方向的稳定性，改善发动机的搭载性能。
58.以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。