КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА ГЛАВНОГО РЕДУКТОРА ВЕРТОЛЕТА Российский патент 1997 года по МПК B64C27/12 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к трансмиссии вертолетов с соосными винтами.

Известна кинематическая схема главного редуктора вертолета соосной схемы Ка-25, содержащая два входных вала, связанных с двигателями вертолета, два соосных противоположного вращения вала несущих винтов, планетарно-замкнутый механизм с одним входным звеном и двумя соосными выходными звеньями, каждое из которых соединено с одним из валов несущих винтов, суммирующее цилиндрическое зубчатое колесо, связанное с входным звеном планетарно-замкнутого механизма, и две симметричные кинематические цепи от каждого вала до суммирующего цилиндрического зубчатого колеса, включающие цилиндрические, конические ступени редуктора и муфту свободного хода.

Недостатками известной кинематической схемы главного редуктора является ее сложность и неоптимальность, заключающаяся в большом количестве ступеней редуктора, в нерациональности взаиморасположения ступеней и неоптимальном выборе величин передаточных отношений по ступеням, что приводит к увеличению массы главного редуктора и его габаритов, а также к увеличению потерь мощности.

Задачей изобретения является упрощение кинематической схемы и повышение коэффициента полезного действия за счет уменьшения количества ступеней редуктора, рационального последовательного расположения различных ступеней его и муфты свободного хода и за счет назначения оптимальных передаточных отношений по ступеням редуктора.

Сущность изобретения заключается в том, что кинематическая схема главного редуктора вертолета, содержащая два входных вала, связанных с двигателями вертолета, два соосных противоположного вращения вала несущих винтов, планетарно-замкнутый механизм с одним входным звеном и двумя соосными выходными звеньями, суммирующее цилиндрическое зубчатое колесо, связанное с входным звеном планетарно-замкнутого механизма, и две симметричные кинематические цепи от каждого входного вала до суммирующего цилиндрического зубчатого колеса, включающие цилиндрические, конические ступени редуктора и муфту свободного хода, отличающаяся тем, что каждая симметричная кинематическая цепь выполнена из последовательно соединенных муфты свободного хода, конической и цилиндрической ступеней, а передаточное отношение цилиндрической ступени равно или меньше передаточного отношения планетарно-замкнутого механизма.

На фиг. 1 показана кинематическая схема главного редуктора вертолета; на фиг. 2 варианты расположения входных валов (расположение двигателей вертолета при использовании предложенной кинематической схемы главного редуктора).

Кинематическая схема главного редуктора вертолета соосной схемы содержит два входных вала 1 и 2, связанных каждый с валом свободной турбины двигателя (не показаны), два соосных, противоположного вращения выходных вала 3, 4, являющихся валами несущих винтов, планетарно-замкнутый механизм 5, включающий планетарный ряд, с центральными колесами 6, 7, сателлитами 8 и водилом 9, и перебор, состоящий из двух центральных колес 10, 11 и двух венцовых сателлитов 12, оси которых размещены в корпусе редуктора. Планетарно-замкнутый механизм имеет два соосных выходных звена 13, 14, соединенных соответственно с валами несущих винтов 3 и 4, и одно входное звено 15, соединенное с центральными колесами 10 и 6 перебора и планетарного ряда соответственно.

Кинематическая схема редуктора включает две симметричные цепи от каждого из входных валов 1 и 2, содержащие муфту свободного хода 16, конические ступени 17, состоящие из ведущего конического колеса 18 и ведомого колеса 19, цилиндрические ступени 20, состоящие из ведущего цилиндрического колеса 21 и ведомого суммирующего цилиндрического колеса 22, соединенного с входным звеном 15 планетарно-замкнутого механизма 5.

Работает кинематическая схема следующим образом.

При запуске одного из двигателей вращение от его свободной турбины через муфту свободного хода 16 передается последовательно на коническую ступень 17, цилиндрическую ступень 20, к входному звену 15 планетарно-замкнутого механизма 5, где происходит разделение мощности на два потока один через зубчатые колеса перебора 10-12-11, а второй через планетарный ряд и колеса 6-7-8 и 6-7-водило 9.

В это время вторая симметричная цепь вращается в холостую, ее муфта свободного хода 16 проскальзывает. После запуска второго двигателя мощность от него передается и по второй симметричной цепи.

В планетарно-замкнутом механизме происходит распределение мощности на два выходных звена 13 и 14, связанных, соответственно, с водилом 9 планетарного ряда и центральными колесами 7 и 11 планетарного ряда перебора, соответственно, обеспечивается противоположное вращение выходных звеньев 13 и 14 с одинаковой частотой за счет подбора чисел зубьев зубчатых колес механизма и, наконец, обеспечивается увеличением крутящего момента на выходных звеньях 13 и 14 механизма на величину, равную передаточному отношению механизма, с учетом потока мощности на каждый из валов несущих винтов в зависимости от загрузки несущих винтов.

Таким образом, мощность от выходных звеньев 13 и 14 планетарно-замкнутого механизма 5 передается на валы несущих винтов 3 и 4, вращающихся, как уже сказано, в противоположном направлении, но с одинаковой частотой (требование, которое связано с использованием автоматики двигателя), которая автоматически поддерживает постоянную частоту вращения несущих винтов вне зависимости от их загрузки.

Предложенная кинематическая схема главного редуктора вертолета имеет следующие технические преимущества по сравнению с известной:
а) Предложенная кинематическая схема проще известной за счет меньшего количества ступеней (три вместо четырех).

б) Предложенная кинематическая схема обеспечивает минимальную массу и габариты главного редуктора не только за счет уменьшения числа ступеней редуктора, но и за счет их рационального расположения друг относительно друга. Так размещение муфт свободного хода на входных валах главного редуктора позволяет выполнить их с минимальными массогабаритными параметрами, т. к. они передают минимально-возможный крутящий момент (момент двигателя), тогда как в известной схеме муфта свободного хода расположена после цилиндрической ступени и передает больший крутящий момент. Аналогичные результаты получены и за счет расположения конической ступени сразу же за муфтой свободного хода на выходе в коническую ступень, передавая тот же момент двигателя.

В известной кинематической схеме ступень расположена после цилиндрической ступени, а следовательно нагружена большим (на величину передаточного отношения цилиндрической ступени) крутящим моментом и, как следствие, имеет существенно большую массу и габариты, чем в предложенной кинематической схеме.

Следует отметить, что кинематическая ступень в 1,5 раза тяжелее, чем аналогичная цилиндрическая ступень (см. М. Н. Тищенко и др. "Вертолеты". М. 1976, с. 75).

в) Существенное снижение массы главного редуктора дает и выполнение цилиндрической ступени редуктора с передаточным отношением, равным (или меньшим) передаточному отношению планетарно-замкнутого механизма. Это связано со следующим: как известно, минимальную массу редуктора можно получить лишь тогда, когда максимальное передаточное отношение реализуется именно на выходной ступени (это и осуществлено как в известной, так и в предложенной схеме, где планетарно-замкнутый механизм имеет максимальное передаточное отношение).

Выполнение планетарно-замкнутого механизма с максимально возможным передаточным отношением (чему препятствуют некоторые ограничения, связанные с коэффициентом полезного действия, наличием циркулирующей мощности и рядом конструктивных соображений) является одним из обязательных условий получения оптимальной кинематической схемы главного редуктора (оптимальной по массе, габаритам).

В выборе величины передаточного отношения цилиндрической ступени превалируют два соображения: необходимость обеспечить суммарное передаточное отношение главного редуктора (определяемое делением частоты вращения свободной турбины двигателя на частоту вращения несущих винтов) и ограничения в реализации передаточного отношения, связанные с особенностями цилиндрических зубчатых колес.

Если величина передаточного отношения планетарно-замкнутого механизма для отечественных соосных вертолетов составляет максимум 5 7, то и величина передаточного отношения для цилиндрической ступени для эвольвентного зацепления составляет для вертолета Ми-6 примерно 5,0, а зубьев Новикова (вертолет Линко) около 7, т. е. величина двух передаточных отношений в последних ступенях может быть выполнена равной (или разумеется меньшей), причем такое выполнение не приведет к существенному увеличению массы планетарно-замкнутого механизма из-за наличия многопоточной передачи мощности (через перебор, и планетарный механизм), т. е. рациональное расположение цилиндрической ступени наряду с упрощением обеспечивает существенное снижение массы главного редуктора.

Кроме указанного, предложенная кинематическая схема главного редуктора позволяет создавать конструкции главных редукторов для различных компоновок силовых установок с передним и задним расположением двигателей, упрощать кинематику и конструкцию коробки приводов агрегатов, необходимых для обслуживания вертолетов.

На фиг. 2а показана кинематическая схема, в которой входные валы расположены спереди или сзади.

На фиг. 2б показана возможность изменять расстояние между входными валами (двигателями) за счет перемещения по делительной окружности суммирующего цилиндрического зубчатого колеса 22 точек контакта с ведущими колесами 21, возможность конструктивно просто устанавливать входные валы (двигатели) под углом к продольной оси вертолета, возможность привода скоростных агрегатов непосредственно от входного вала.

Указанные возможности при их реализации упрощают схему и конструкцию главного редуктора, снижают массу и габариты.

Использование: в трансмиссиях с соосными винтами. Сущность изобретения заключается в оптимальной компоновке отдельных звеньев и оптимальной кинематической схеме редуктора, позволяющей уменьшить его габариты и массу и повысить КПД. Предложенная схема редуктора содержит два входных вала, связанных с двигателем, два соосных, противоположного вращения вала несущих винтов, планетарно-замкнутый механизм с двумя соосными выходными звеньями, каждое из которых соединено с одним из валов несущих винтов, и одним входным звеном, суммирующее цилиндрическое зубчатое колесо, связанное с входным звеном планетарно-замкнутого механизма, и две симметричные кинематические цепи от входного вала, включающие муфту свободного хода, коническую ступень и цилиндрическую ступень, передаточное отношение цилиндрической ступени равно или меньше передаточного отношения планетарно-замкнутого механизма. 2 ил.

Кинематическая схема главного редуктора вертолета, содержащая два входных вала, связанных с двигателем вертолета, два соосных противоположного вращения вала несущих винтов, планетарно-замкнутый механизм с одним входным звеном и двумя соосными выходными звеньями, каждое из которых соединено с одним из валов несущих винтов, суммирующее цилиндрическое зубчатое колесо, связанное с входным звеном планетарно замкнутого механизма, и две симметричные кинематические цепи от каждого входного вала до суммирующего цилиндрического зубчатого колеса, включающие цилиндрические конические ступени редуктора и муфту свободного хода, отличающаяся тем, что каждая симметричная кинематическая цепь выполнена из последовательно соединенных муфты свободного хода, конической и цилиндрической ступеней, а передаточное отношение цилиндрической ступени равно или меньше передаточному отношению планетарно-замкнутого механизма.