DE1272669B

DE1272669B - Epicyclic gearbox for driving a machine to be operated at constant speed

Info

Publication number: DE1272669B
Application number: DEP28604A
Authority: DE
Inventors: White Notley; Stanley Berry Turner
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1961-01-16
Filing date: 1962-01-13
Publication date: 1968-07-11

Description

Umlaufrädergetriebe zum Antrieb einer mit konstanter Drehzahl zu betreibenden Arbeitsmaschine Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Umlaufrädergetriebe zum Antrieb einer mit konstanter Drehzahl zu betreibenden Arbeitsmaschine, insbesondere eines Wechselstromgenerators, mittels einer mit gleichbleibender Drehrichtung, aber veränderlicher Drehzahl arbeitenden Kraftmaschine, insbesondere einer Flugzeugantriebsinaschine, mit einer mit der Kraftmaschine in Verbindung stehenden treibenden Welle und einer mit dem Hilfsmotor in Verbindung stehenden Steuerwelle und einem Regler, welcher die Drehzahl des Hilfsmotors derart regelt, daß der Hilfsmotor die von der Kraftmaschine allein erzeugte Drehzahl der Arbeitsmaschine auf dem konstant zu haltenden Nennwert ergänzt, und einer derartigen Ausbildung des Umlaufrädergetriebes, daß bei einer etwa in der Mitte des auszugleichenden Schwankungsbereiches liegenden Betriebsdrehzahl der Kraftmaschine die Nenndrchzahl unter Stillstand des Hilfsmotors erreichbar ist, und einer derartigen Ausbildung des Reglers, daß dieser bei Betrieb der Kraftmaschine oberhalb deren Betriebsdrehzahl den Bewegungswiderstand des dann unter Umkehrung seiner Drehrichtung als vom Umlaufrädergetriebe angetriebene Bremse betriebenen Hilfsmotor regelt.Epicyclic gears for driving a constant speed drive Working machine The main patent relates to a planetary gear drive a machine to be operated at constant speed, in particular one Alternator, by means of one with a constant direction of rotation, but more variable Speed working engine, in particular an aircraft propulsion machine, with a driving shaft connected to the prime mover and a with the auxiliary engine in connection control shaft and a controller, which the speed of the auxiliary motor controls such that the auxiliary motor that of the engine Speed of the driven machine generated alone at the nominal value to be kept constant supplements, and such a design of the epicyclic gear that at a operating speed approximately in the middle of the fluctuation range to be compensated the prime mover can be reached when the auxiliary engine is at a standstill, and such a design of the controller that it is in operation of the engine above their operating speed the resistance to movement of the then under reversal its direction of rotation operated as a brake driven by the epicyclic gear train Auxiliary engine regulates.

Durch dieses Umlaufrädergetriebe wird der Vorteil erreicht, daß bei Erzielung eines großen Regelbereiches die Hilfsmaschine bei Normaldrehzahl der Kraftmaschine nicht in Aktion zu treten braucht, so daß eine geringe Abnutzung bei großem Regelbereich erzielbar ist.Through this epicyclic gear, the advantage is achieved that at Achieving a large control range the auxiliary machine at normal speed of the engine does not need to come into action, so that little wear and tear with a large control range is achievable.

Dieses Umlaufrädergetriebe weist jedoch einen Mangel auf, der dadurch hervorgerufen wird, daß die Drehrichtung des Hilfsmotors während des Andrehens entgegengesetzt zu der ist, in der der Hilfsmotor kurze Zeit später läuft, wenn das Triebwerk die untere Grenze einer Betriebsdrehzahl oder Reisedrehzahl erreicht hat und wenn es gewünscht ist, den mit konstanter Drehzahl anzutreibenden Teil, beispielsweise den Generator, mit dessen Nenndrehzahlanzutreiben. Eine Begleiterscheinung dieser Umkehrung der Drehrichtung des Hilfsmotors ist die, daß der mit konstanter Drehzahl anzutreibende Teil während des Andrehens des Triebwerkes an einer Drehung verhindert werden muß, so daß dessen Beschleunigung erst nach Vollendung des Andrehens beginnen kann.However, this epicyclic gear has a defect that this is caused that the direction of rotation of the auxiliary motor is opposite during cranking to that in which the auxiliary engine runs a short time later when the engine is the has reached the lower limit of an operating speed or travel speed and if it has is desired, the part to be driven at constant speed, for example the Generator to be driven at its nominal speed. A concomitant of this reversal the direction of rotation of the auxiliary motor is that of the one to be driven at constant speed Part must be prevented from turning while the engine is starting up, so that its acceleration can only begin after the cranking has been completed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Getriebe nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß der Hilfsmotor beim Anlassen der Kraftmaschine in der gleichen Drehrichtung umlaufen soll, die bei Ergänzung der Drehzahl der Arbeitsmaschine bei unter normaler Drehzahl der Kraftmaschine erforderlich ist.The invention is based on the object of the transmission according to the main patent to the effect that the auxiliary motor when starting the engine in should rotate in the same direction of rotation as that when supplementing the speed of the driven machine is required at under normal engine speed.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Steuerwelle des Hilfsmotors mit der Welle der mit konstanter Drehzahl zu betreibenden Arbeitsmaschine zusätzlich unter Umgehung des Umlaufrädergetriebes über eine Freilaufkupplung und ein festes Vorgelege verbunden ist, dessen übersetzungsverhältnis so gewählt ist, daß, wenn die Arbeitsmaschine mit ihrer konstanten Drehzahl läuft, selbst bei der niedrigsten Betriebsdrehzahl der Kraftmaschine der mit dem Vorgelege verbundene Abtriebsteil der Freilaufkupplung schneller läuft als deren mit der Steuerwelle des Hilfsmotors verbundener Antriebsteil.According to the invention this is achieved in that the control shaft of the Auxiliary motor with the shaft of the machine to be operated at constant speed additionally bypassing the planetary gear via an overrunning clutch and a fixed back gear is connected, the transmission ratio of which is selected so that that when the machine is running at its constant speed, even at the lowest operating speed of the engine that connected to the reduction gear The output part of the overrunning clutch runs faster than that with the control shaft of the auxiliary motor connected drive part.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below on the basis of a preferred exemplary embodiment explained in more detail.

F i g. 1 zeigt das Getriebe des Antriebs mit konstanter Drehzahl für einen Wechselstromgenerator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Luftmotor als Hilfsmotor unter normalen Antriebsbedingungen mit konstanter Drehzahl, wobei die Kraftmaschine mit einer solchen Drehzahl läuft, daß eine zusätzliche Drehzahlleistung von dem Luftmotor erforderlich ist; F i g. 2 zeigt in ähnlicher Weise das gleiche Getriebe bei hoher Motordrehzahl, wobei der Luftmotor als Pumpe zur Verminderung der von der Kraftmaschine abgeleiteten Drehzahl auf die. des Elements von konstanter Drehzahl arbeiten kann; F i g. 3 gibt die gleiche Anordnung unter Anlaß-oder Grundbetriebsbedingungen wieder.F i g. Fig. 1 shows the constant speed drive transmission for an alternator according to an embodiment of the invention with an air motor as an auxiliary motor under normal constant speed driving conditions, the prime mover running at such a speed that additional speed power is required from the air motor; F i g. 2 shows in a similar way the same transmission at high engine speed, the air motor acting as a pump to reduce the speed derived from the engine to the. the element can operate at constant speed; F i g. 3 shows the same arrangement under starting or basic operating conditions.

Nach der Zeichnung weist der Antrieb mit konstanter Drehzahl eine Welle 1 auf, die mit einem Wechselstromgenerator od. dgl. gekuppelt ist oder gekuppelt werden kann, der mit einer konstanten Drehzahl von 8000 Umdrehungen pro Minute angetrieben werden muß. Weiter ist eine Hohlwelle vorgesehen, die mit einer Kraftmaschine gekuppelt ist oder gekuppelt werden kann, deren Drehzahlarbeitsbereich zwischen 4300 und 8700 U/min beträgt. Die Welle 2 trägt ein Sorinenrad 4 und die Welle 1 ein Getrieberad 18, das über ein Untersetzungsgetriebe 19, 20, 16 sowie eine die Generatorwelle 1 umschließende Hohlwelle 17 mit einem Sonnenrad 3 verbunden ist. Die beiden Sonnenräder 3 und 4 bilden Teile eines Differentialgetriebes, das außerdem einen Planetenträger 5 aufweist, der mit mindestens zwei Paaren starr miteinander verbundener Planetenräder 6, 7 versehen ist, die ihrerseits mit den Sönnenrädern 3 und 4 kämmen. Ein Luftmotor 8 in Form eines Verdrängungsmotors, beispielsweise ein Rootes-Motor, mit Ausgleichsrädern 9, weist eine Arbeitswelle 10 auf, die über die Zahnräder 11 und 12 in Antriebsverbindung mit dem Planetenträger 5 steht. Die Welle 10 trägt ebenfalls ein zusätzliches Getrieberad 13, welches über eine Bolzen-Freilaufkupplung 14 mit der Welle verbunden ist. Dieses zusätzliche Getrieberad 13 steht über ein Zwischenrad 15 mit einem auf der Welle 17 des Sonn,enrades 3 angeordneten Rad 16 in Antriebsverbindung.According to the drawing, the constant speed drive has a shaft 1 which is or can be coupled to an alternating current generator or the like, which must be driven at a constant speed of 8000 revolutions per minute. A hollow shaft is also provided, which is or can be coupled to an engine, the speed working range of which is between 4300 and 8700 rpm. The shaft 2 carries a Sorinen wheel 4 and the shaft 1 a gear wheel 18 which is connected to a sun wheel 3 via a reduction gear 19, 20, 16 and a hollow shaft 17 surrounding the generator shaft 1 . The two sun gears 3 and 4 form parts of a differential gear which also has a planet carrier 5 which is provided with at least two pairs of rigidly connected planet gears 6, 7 which in turn mesh with the sun gears 3 and 4. An air motor 8 in the form of a displacement motor, for example a Rootes motor, with differential gears 9, has a working shaft 10 which is in drive connection with the planetary carrier 5 via the gears 11 and 12. The shaft 10 also carries an additional gear wheel 13, which is connected to the shaft via a pin overrunning clutch 14. This additional gear wheel 13 is in drive connection via an intermediate wheel 15 with a wheel 16 arranged on the shaft 17 of the sun wheel 3.

Unter der Annahme, daß die Kraftmaschine mit einer Drehzahl von 4300 U/min läuft, was der unteren Grenze des Arbeitsbereichs entspricht, läuft der Hilfsmotor 8 in der durch den Pfeil B angedeuteten Vorwärtsrichtung mit einer Drehzahl von 9000 U/min, und er treibt den Planetenträger 5 mit entsprechender Drehzahl in Richtung des Pfeils A an, um die von, der Kraftmaschine abgeleitete Abgabedrehzahl so weit zu unterstützen, daß diese die vorgeschriebene Drehzahl des Wechselstromgenerators von 8000 U/min erreicht. Unter diesen Umständen sowie unter Aufrechterhaltung der konstanten Generatordrehzahl von 8000 U/min wird das Getrieberad 13 von der Welle 1- über die Räder 18, 19, 20, 16 und das Zwischenrad 15 mit einer Drehzahl von 12 000 U/min in Richtung des Pfeils B angetrieben, die der gleichen Richtung entspricht, in der unter diesen Bedingungen, die Welle 10 von dem Getriebemotor 8 an-getrieben wird. Die Freilaufkupplung 14 ist so angeordnet, daß das Getrieberad 13 frei in Richtung des Pfeils B auf der Welle 10 umlaufen kann, d. b., es gelangt lediglich dann in Eingriff, wenn die Moterwelle 10 in Richtung des Pfeils B und mit einer Drehzahl umläuft, die höher ist als diejenige des Getrieberades 13. Bei dem in F i g. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist dies nicht der Fall, so daß die Anordnung des zusätzlieheii-Getrieberades 13 in Verbindung mit der Freilaufkupplung 14 nicht die Arbeitsweise des Antriebs beeinflußt. Dies trifft ebenfalls auf den Fall der F i g. 2 zu, die ein Beispiel wiedergibt, bei dem die Kraftmagchitfendrehzahl höhdr ist als die,-bei Welch-er die von der Kraftmaschine abgeleitete Drehzahl des WechseIstromgenerators 8000 U/min übersteigt. Dies erfordert einen negativen Einfluß seitens des Hilfsmotors 8. Unter der Annahme, daß die Kraftmaschine mit 8700 U/min umläuft, was der oberen Grenze ihres Arbeitsbereichs entspricht, erfordert dies, daß die Luftmotorwelle 10 mit einer Drehzahl von 9000 U/min in einer Richtung entgegengesetzt zum Pfeil B umläuft. Da die Generatordrehzahl auf diese Weise bei 8000 U/min erhalten wird, läuft das Getrieberad 13 wiederum in Richtung des Pfeils B mit einer Drehzahl von 12 000 U/min um, was durch die Bolzenkupplung 14 ermöglicht wird, indem diese schneller als die Welle 10 läuft.Assuming that the engine is running at a speed of 4300 rpm, which corresponds to the lower limit of the working range, the auxiliary motor 8 runs in the forward direction indicated by the arrow B at a speed of 9000 rpm, and it drives the Planet carrier 5 at the appropriate speed in the direction of arrow A in order to support the output speed derived from the engine to such an extent that it reaches the prescribed speed of the alternator of 8000 rpm. Under these circumstances and while maintaining the constant generator speed of 8000 rpm, the gear wheel 13 is driven by the shaft 1- via the wheels 18, 19, 20, 16 and the intermediate wheel 15 at a speed of 12,000 rpm in the direction of the arrow B driven, which corresponds to the same direction in which the shaft 10 is driven by the geared motor 8 under these conditions. The overrunning clutch 14 is arranged so that the gear wheel 13 can rotate freely in the direction of the arrow B on the shaft 10 , i. b. It only engages when the motor shaft 10 rotates in the direction of arrow B and at a speed that is higher than that of the gear wheel 13. In the case of the one shown in FIG. 1 , this is not the case, so that the arrangement of the additional gear wheel 13 in connection with the overrunning clutch 14 does not affect the operation of the drive. This also applies to the case of FIG. 2, which reproduces an example in which the engine speed is higher than that in which the engine-derived speed of the alternator exceeds 8000 rpm. This requires a negative influence on the part of the auxiliary motor 8. Assuming that the engine rotates at 8700 rpm, which is the upper limit of its operating range, this requires that the air motor shaft 10 rotates at a speed of 9000 rpm in one direction opposite to arrow B. Since the generator speed is obtained in this way at 8000 rpm, the gear wheel 13 again rotates in the direction of arrow B at a speed of 12,000 rpm, which is made possible by the pin coupling 14, because it is faster than the shaft 10 runs.

Wenn gemäß F i g. 3 die Kraftmaschine angelassen werden soll, sind die Ausgangsdrehzahl der Maschine und daher auch die Ausgangsdrehzahlen sowohl der Maschine als auch des Wechselstromgenerators gleich Null, so daß, beide Wellen 1 und 2 stillstehen. Die Drehzahl des zusätzlichen Getrieberads 13 ist daher ebenfalls Null. Wird nun der Hilfsmotor 8 betätigt, daß er die Welle 10 in Richtung des Pfeils B antreibt, versetzt sein Zahnrad 11 den Planetenträger in Richtung des Pfeils A in Umlauf, und die Drehung der Welle 10 wirkt über die Kupplung auf das noch stillstehende Getrieberad 13 ein, so daß dieses mit der gleichen Drehzahl wie das Rad 11 und die Welle 10 umläuft. Das Getrieberad 13 treibt daher das Sonnenrad 3 und mit diesem die mit dem Sonnenrad 3 über die Zahnräder 18, 19, 20, 16 gekuppelte Generatorwelle 1 an. Das übersetzungsverhältnis ist dabei so gewählt, daß die kombinierte, Drehung des Sonnenrades 3 und des Planetenträgers 5 einen Umlauf des Sonnenrades 4 und der Kraftmaschinenwelle 2 in der normalen Drehrichtung der Kraftmaschine, die durch den Pfeil C angedeutet ist, erzeugen, und so, daß die Generatorwelle 1 ihre vorbestimmte Drehzahl von 8000 U/min erreicht, wenn die Kraftmaschine die den Anlasser errtkuppelnde Drehzahl von 2700 U/min erreicht. Die Kraftmaschine entwickelt dann eine Leistung und beschleunigt die Maschinenwelle 2 über die dieser durch den Luftmotor 8 erteilte Drehzahl hinaus. Infolgedessen übersteigt die Drehzahl des Sonnenrades 3 diejenige, mit der es von der Welle 10 angetrieben worden ist, wodurch das zusätzliche Getrieberad 13 von der Welle 18 über die Freilaufkupplung abgekuppelt wird. Wird die Maschine bis in ihren Arbeitsbereich beschleunigt, nimmt die Drehzahl des Luftmotors zunehmend ab, bis die in F i g. 1 wiedergegebenen Bedingungen hergestellt sind. Findet der Antrieb für den sogenannten Grundbetrieb eines Flugzeugs Anwendung, d. h., daß die Zusatzaggregate der Maschine mit normaler Drehzahl umlaufen, während die Maschine selbst stillsteht, wird die Maschine von der Welle 2 getrennt und der Motor 8 zum Antrieb der Welle in Richtung des Pfeils B angelassen. Diese Betätigung ist die gleiche, wie die in Verbindung mit F i g. 3 in Zusammenhang mit dem Anlassen beschriebene, mit Ausnahme dessen, daß die von der Welle 2 abgekuppelte Maschine nicht angetrieben wird und die Maschinenwelle 2 leer laufen kann. Unter diesen Bedingungen beschleunigt der Luftmotor 8 die Welle 10, bis die Antriebsverbindung zwischen den Rädern 11 und 13 bewirkt, daß die Generatorwelle mit ihrer vorbeschriebenen Drehzahl von 8000 U/min umläuft. Dies ist der Fall, wenn die Maschinenwelle 2 mit 2700 U/min und die Welle 10 mit den beiden Getrieberädern 11 und 13 in Richtung des Pfeils B mit 12 000 U/min umläuft. Der Luftmotor wird darauf durch eine beliebige Steuerung bei dieser Drehzahl stabilisiert. Da entsprechende Steuerungen an sich bekannt sind, werden sie hier nicht im einzelnen beschrieben.If according to FIG. 3 the engine is to be started, the output speed of the engine and therefore also the output speeds of both the engine and the alternator are zero, so that both shafts 1 and 2 are stationary. The speed of the additional gear wheel 13 is therefore also zero. If the auxiliary motor 8 is now actuated to drive the shaft 10 in the direction of arrow B, its gear 11 rotates the planet carrier in the direction of arrow A , and the rotation of the shaft 10 acts via the coupling on the gear wheel 13, which is still stationary so that it rotates at the same speed as the wheel 11 and the shaft 10 . The gear wheel 13 therefore drives the sun wheel 3 and with it the generator shaft 1 coupled to the sun wheel 3 via the gear wheels 18, 19, 20, 16 . The transmission ratio is chosen so that the combined rotation of the sun gear 3 and the planet carrier 5 one revolution of the sun gear 4 and the engine shaft 2 in the normal direction of rotation of the engine, which is indicated by the arrow C , produce, and so that the Generator shaft 1 reaches its predetermined speed of 8000 rpm when the engine reaches the speed of 2700 rpm which engages the starter. The prime mover then develops a power and accelerates the machine shaft 2 beyond the speed given to it by the air motor 8. As a result, the speed of the sun gear 3 exceeds that at which it was driven by the shaft 10 , whereby the additional gear wheel 13 is decoupled from the shaft 18 via the overrunning clutch. If the machine is accelerated up to its working range, the speed of the air motor decreases increasingly until the in F i g. 1 reproduced conditions are established. If the drive is used for the so-called basic operation of an aircraft, i. This means that the additional units of the machine rotate at normal speed while the machine itself is at a standstill, the machine is separated from the shaft 2 and the motor 8 for driving the shaft in the direction of arrow B is started. This operation is the same as that in connection with FIG. 3 described in connection with the starting, with the exception that the machine uncoupled from the shaft 2 is not driven and the machine shaft 2 can run idle. Under these conditions, the air motor 8 accelerates the shaft 10 until the drive connection between the wheels 11 and 13 causes the generator shaft to rotate at its previously described speed of 8000 rpm. This is the case when the machine shaft 2 rotates at 2,700 rpm and the shaft 10 with the two gear wheels 11 and 13 rotates in the direction of arrow B at 12,000 rpm. The air motor is then stabilized at this speed by any control. Since corresponding controls are known per se, they are not described in detail here.

Die Erfindung ist nicht auf die im vorstehenden beschriebene und aus der Zeichnung ersichtliche Ausführungsforin beschränkt, sondern es ist demgegenüber die Abänderung möglich, daß die Erfindung auf jedes beliebige Differentialsystem eines Antriebs mit konstanter Geschwindigkeit angewandt werden kann, indem ein zusätzlicher Einfluß zwischen zwei beliebigen Elementen des Differentialantriebs ausgeübt wird.The invention is not limited to that described and related to in the foregoing The execution form shown in the drawing is limited, but it is opposite the modification possible that the invention on any differential system a constant speed drive can be applied by adding an additional Influence is exerted between any two elements of the differential drive.

Claims

Claim: Epicyclic gearing for driving a work machine to be operated at constant speed, in particular an alternating current generator, by means of a prime mover that works with a constant direction of rotation but variable speed, in particular an aircraft propulsion machine, with a driving shaft connected to the prime mover and one with the auxiliary motor related control shaft and a controller which regulates the speed of the auxiliary motor in such a way that the auxiliary motor supplements the speed of the working machine generated by the engine alone to the nominal value to be kept constant, and such a design of the epicyclic gear that at an approximately in the middle of the operating speed of the engine to be compensated for, the nominal speed can be achieved while the auxiliary motor is at a standstill, and the controller is designed in such a way that it is above its operating mode when the engine is in operation ebsdrehzahl controls the resistance to movement of the driven then reversing its direction of rotation as driven by the planetary gear brake assist motor according to Patent 1,220,222, wherein g e k #ennzeichnet that the control shaft (10) of the auxiliary motor with the shaft (1) to a constant speed operating machine is additionally connected by bypassing the planetary gear via an overrunning clutch (14) and a fixed back gear (13 to 20) whose transmission ratio is selected so that when the machine is running at its constant speed, even at the lowest operating speed of the engine the driven part of the overrunning clutch connected to the countershaft runs faster than its drive part connected to the control shaft of the auxiliary motor. References considered: British Patent No. 476 729.