САМООЧИЩАЮЩАЯСЯ ГИБРИДНАЯ ПОДСИСТЕМА СМАЗКИ Российский патент 1999 года по МПК F16H57/04 

Изобретение относится к системам смазки и, в частности, к гибридной системе смазки с автономной откачкой масла для применения в агрегате трансмиссии, конструкция которого обеспечивает возможность вязкостного нагнетания масла из донной области корпуса главного редуктора в маслоотстойник.

Система смазки является жизненно важной функциональной подсистемой, сопряженной с трансмиссией. Эффективная работа зубчатых пар и подшипников требует смазки. Роль смазки заключается в уменьшении трения в узлах трансмиссии, отводе тепла из трущихся узлов, а также удалении из них металлических продуктов износа. Типовые варианты системы смазки трансмиссии вертолетов схематически показаны на фиг. 1A, 1B.

На фиг. 1A схематически представлена подсистема смазки 110 со встроенным маслоотстойником типа используемой на вертолетах BLACK HAWK^R (наименование BLACK HAWK является зарегистрированным товарным знаком подразделения Сикорски Эйркрафт компании Юнайтид Текнолоджиз Корпорейшн). В системе смазки 110 масло подводится к левым и правым входным модулям и модулям привода агрегатов 102, 103 (на схеме показан только один входной модуль 102 и модуль привода агрегатов 103). В состав входных модулей 102, передающих крутящий момент от силовой установки на главный редуктор 104, входят валы двигателей, входные редукторы, муфты свободного хода, выходные валы, а также их опоры и соединительные муфты. Главный редуктор 104 имеет верхнюю часть 104U, в которой размещена вторая редукторная ступень со своими опорами, и нижнюю часть 104L, в которой размещена планетарная система зубчатых колес, являющаяся третьей редукторной ступенью, передающей крутящий момент на вал несущего винта вертолета.

В системе смазки 110 со встроенным маслоотстойником имеются: маслоотстойник 112, расположенный в донной области нижней части. 104L главного редуктора 104, несколько вспомогательных сточных масляных каналов 114, сообщающих между собой верхнюю и нижнюю части главного редуктора 104U, 104L, а также несколько основных сточных масляных каналов 116, сообщающих нижнюю часть 104L главного редуктора 104 с маслоотстойником 112.

Помимо того, в систему смазки 110 со встроенным маслоотстойником входят правый и левый маслонасосы 118, причем каждый насос 118 имеет откачивающую ступень 118A и нагнетающую ступень 118B (на схеме показаны ступени 118A, 118B только одного маслонасоса 118), трубопроводы 120, соединяющие каждый из входных модулей 102 и модулей привода агрегатов 103 с маслоотстойником 112, трубопроводы 122, соединяющие маслоотстойник 112 с радиатором 124 (предназначенным для охлаждения масла), трубопроводы 126, соединяющие радиатор 124 с масляным коллектором 128, и трубопроводы 130, 132, соединяющие масляный коллектор 128 с верхней частью 104U главного редуктора 104, а также правым и левым входными модулями 102. Трубопроводы 130, 132 заканчиваются масляными форсунками (на схеме не показаны), предназначенными для впрыскивания масла на зубчатые пары и подшипники, находящиеся во входных модулях 102, правом и левом модулях привода агрегатов 103, и главном редукторе 104.

Масло, находящееся в маслоотстойнике 112, подается правой и левой нагнетающими ступенями 118B маслонасосов 118 по трубопроводам 122 в радиатор 124, где оно охлаждается. Затем охлажденное масло подается по трубопроводам 126 в масляный коллектор 128 и по трубопроводам 130, 132 - на форсунки, обеспечивающие смазку трущихся поверхностей, как это описано в предыдущем абзаце. Правая и левая откачивающие ступени 118A маслонасосов 118 служат для возврата масла из правого и левого входных модулей 102 и модулей привода агрегатов 103 по трубопроводам 120 в маслоотстойник 112.

В корпусе главного редуктора 104 масло стекает в маслоотстойник 112 самотеком. Масло из верхней части 104U стекает в нижнюю часть 104L главного редуктора 104 по вспомогательным сточным каналам 114, а оттуда - в маслоотстойник 112 по основным сточным масляным каналам 116. Таким же образом стекает в маслоотстойник 112 по основным сточным масляным каналам 116 и масло, разбрызгиваемое в нижней части 104L главного редуктора.

На фиг. 1B схематически представлена система смазки 111 с вынесенным маслоотстойником. Конструкция такой системы смазки 111 в целом подобна конструкции системы смазки 110 со встроенным маслоотстойником, рассмотренной выше, за исключением следующих особенностей. Маслоотстойник 113 в системе смазки 111 с вынесенным маслоотстойником расположен, как правило, не внутри нижней части 104L главного редуктора 104, а вынесен наружу из главного редуктора, что позволяет оптимизировать конструкцию маслоотстойника 113 так, чтобы сделать его менее восприимчивым к изменениям пространственного положения вертолета в полете. Вместо маслонасоса 118, имеющегося в системе смазки 110 со встроенным маслоотстойником, в системе смазки 111 с вынесенным маслоотстойником установлены два маслонасоса 119, каждый из которых имеет откачивающие ступени 119A, 119B и нагнетающую ступень 119C. Откачивающие ступени 119A предназначены для откачки масла из левых и правых входных модулей 102 и модулей привода агрегатов 103 по трубопроводам 120 в маслоотстойник 113. Откачивающие ступени 119B предназначены для откачки масла, накапливающегося в донной области нижней части 104L главного редуктора 104 через маслозаборник 117 по трубопроводам 121 в маслоотстойник 113. Работа нагнетающих ступеней 119C системы смазки 111 с вынесенным маслоотстойником аналогична работе нагнетающих ступеней 118B системы смазки 110 со встроенным маслоотстойником.

Оба типа систем смазки 110, 111 со встроенным маслоотстойником и с вынесенным маслоотстойником, рассмотренные в предыдущих абзацах, имеют свои достоинства и недостатки. Главное достоинство системы смазки 110 со встроенным маслоотстойником заключается в том, что ее конструкция обеспечивает самотек масла из главного редуктора 104 в маслоотстойник 112, исключая необходимость дополнительных откачивающих ступеней 119 и соответственно трубопроводов 121, характерных для системы смазки 111 с вынесенным маслоотстойником. В системе смазки 111 с вынесенным маслоотстойником дополнительное оборудование существенно увеличивает добавочный вес системы. Кроме того, с установкой дополнительного оборудования уменьшается надежность всей системы смазки 111 с вынесенным маслоотстойником.

С другой стороны, размещение маслоотстойника 112 системы смазки 110 внутри главного редуктора делает систему смазки 110 довольно чувствительной к изменениям пространственного положения вертолета в полете, которые могут вызвать резкие колебания переменного уровня масла в маслоотстойнике 112. В любой момент при работе системы смазки 110 трансмиссии в маслоотстойнике находится примерно 30-50% общего объема масла, а остальные 50-70% объема масла распределены по другим элементам системы смазки. Для нормальной работы маслонасосов 118 необходимо, чтобы высота масляного столба (т.е. расстояния между маслозаборником насоса 118 и переменным уровнем масла в маслоотстойнике 112) составляла минимум 5-10 см. Хотя маслонасосы 118 для обеспечения достаточной высоты масляного столба можно устанавливать под маслоотстойником 112, пространственные эволюции вертолета в полете могут вызвать апериодические колебания переменного уровня масла, приводящие к понижению масляного столба на входе в насос ниже минимально допустимого, что, в свою очередь, приводит к заглатыванию насосом воздуха, нарушающего режим работы и соответственно действие всей подсистемы. Для компенсации изменений пространственного положения конструкция подсистемы смазки 110 со встроенным маслоотстойником может быть переработана под вместимость избыточного количества масла, что позволяет понизить чувствительность системы смазки к неблагоприятному воздействию изменений пространственного положения вертолета. Такой подход, однако, несет с собой дополнительные затраты и увеличение веса системы, обусловленные избытком масла, а также увеличенным объемом маслоотстойника, т.е. его высотой.

Недостатком подсистемы смазки 110 со встроенным маслоотстойником является большой разнос ее элементов по высоте. Маслоотстойник 112 и маслонасосы 118 в конструкции такой подсистемы смазки 110 со встроенным маслоотстойником могут оказаться ниже уровня потолка кабины, что уменьшает ее полезный объем.

В международной заявке WO-A-88/00665 описана система смазки с автономной откачкой масла для коробки зубчатых колес. Система смазки интегрирована в коробку зубчатых колес (54), состоящую из частей корпуса (54B, 54C), образующих камеры зубчатых колес (63, 65) соответствующей формы, в которых находятся элементы зубчатой передачи и несколько полостей сбора масла (56, 58, 60, 62), выполненных внутри частей корпуса. Внутри частей корпуса (54B, 54C) также выполнены каналы (64, 66, 68, 70), сообщающие между собой камеры зубчатых колес (63, 65) соответствующей формы и полости сбора масла (56, 58, 60, 62). Каналы (64, 66, 68, 70) расположены по периферии камер зубчатых колес (63, 65) соответствующей формы и направлены по касательной относительно соответствующих им элементов зубчатой передачи. Каналы (64, 66, 68, 70) имеют сужающийся профиль, что не только противодействует обратному перетеканию масла в камеры зубчатых колес (63, 65) соответствующей формы, но и создает положительный градиент давления движущегося по каналам потока масла.

Центробежная сила, возникающая при вращении элементов зубчатой передачи в камерах зубчатых колес (63, 65) соответствующей формы, приводит в движение масло, заставляя его перетекать по соответствующим каналам (64, 66, 68, 70) в соответствующие полости сбора жидкости (56, 62, 58, 60). Сами полости сбора жидкости (56, 62, 58, 60) сообщаются между собой посредством каналов (76, 78, 80a, 82a, 80b, 82b) для предотвращения опорожнения какой-либо из полостей. Масло, нагнетаемое центробежной силой, возникающей при вращении элементов зубчатой передачи, перетекает по каналам (76, 78, 80a, 82a, 80b, 82b) из полостей сбора жидкости (56, 62, 58) в полость сбора жидкости (60). Насос (100) откачивает масло, поступающее в полость сбор жидкости (60), для его перегонки через коробку зубчатых колес.

Существует потребность в такой системе смазки, которая сочетала бы в себе положительные качества систем смазки со встроенным маслоотстойником и систем смазки с вынесенным маслоотстойником. В частности, в такой системе смазки маслоотстойник располагался бы так, чтобы уменьшить разнос элементов системы по высоте, как в системе смазки с вынесенным маслоотстойником. Такая система смазки должна быть относительно устойчива к изменениям пространственного положения и не должна занимать полезный объем кабины вертолета. При этом такая система смазки должна (что характерно для системы смазки со встроенным маслоотстойником) иметь минимальное число ступеней откачки и смазки, что определило бы минимальный вес системы и повышенную надежность системы в целом.

Задачей настоящего изобретения было создание гибридной системы смазки с автономной откачкой масла для главного редуктора трансмиссии, конструкция которой оптимизирована путем такой интеграции с нижней частью корпуса главного редуктора, которая делает возможным вязкостное нагнетание масла со дна корпуса редуктора в маслоотстойник.

Изобретение представляет гибридную подсистему смазки с автономной откачкой масла, в которой конструкция нижней части главного редуктора изменена так, что корпус совместно с размещенной в нем планетарной редукторной ступенью оказывает на масло, собирающееся на дне корпуса редуктора, нагнетающее действие, сообщая ему окружную и центробежную скорость, что способствует движению потока масла со дна корпуса редуктора в маслоотстойник.

Согласно изобретению в гибридной подсистеме смазки с автономной откачкой масла маслоотстойник выполнен как одно целое с нижней частью корпуса редуктора, что делает масло в маслоотстойнике довольно устойчивым к изменениям пространственного положения системы, а переменный уровень масла в маслоотстойнике находится на заданной высоте относительно дна корпуса редуктора.

В самоочищающейся гибридной подсистеме смазки по изобретению объем масла в маслоотстойнике меньше объема масла в системе смазки со встроенным маслоотстойником, что снижает общий вес системы смазки.

Эти и другие возможности согласно изобретению достигаются в самоочищающейся гибридной подсистеме смазки (с автономной откачкой масла) для главного редуктора трансмиссии, в нижней части которого размещена планетарная редукторная ступень, а корпус нижней части образован донной стенкой и боковой стенкой. Гибридная система смазки с автономной откачкой масла включает в себя маслоотстойник, изготовленный как одно целое с нижней частью корпуса главного редуктора. В маслоотстойнике находится масло, поверхность которого образует переменный уровень, а сам маслоотстойник расположен так, чтобы этот переменный уровень масла находился на заданной высоте от маслозаборника насоса системы смазки.

Конструкция боковой стенки нижней части корпуса главного редуктора изменена таким образом, что она имеет цилиндрический участок, характеризуемый первым заданным радиусом, переходный участок, прилежащий к упомянутому цилиндрическому участку, и суженный участок, характеризуемый вторым заданным радиусом. Первый заданный радиус превышает второй заданный радиус на такую величину, которая характеризует радиально направленный выступ, расположенный между цилиндрическим и суженным участками. В месте выступа, расположенном между цилиндрическим и суженным участками, выполнен маслозаборник соплового канала, внутренняя и внешняя стенки которого ориентированы по касательной соответственно к суженному и цилиндрическому участкам боковой стенки. В конструкцию гибридной системы смазки с автономной откачкой масла также входит сопловой канал, один конец которого является входным, а другой - выходным. Со стороны входного конца соплового канала находится маслозаборник, а выходным концом сопловой канал выведен в маслоотстойник таким образом, чтобы упомянутый выходной конец находился выше переменного уровня масла в маслоотстойнике.

Планетарная система зубчатых колес, размещенная в нижней части корпуса главного редуктора включает в себя кольцеобразную плиту сателлитодержателя, торцевая поверхность которой имеет заданный радиус. Во время работы планетарной системы зубчатых колес кольцеобразная плита сателлитодержателя вращается. Торцевая поверхность кольцеобразной плиты сателлитодержателя вместе с цилиндрическим и суженным участками боковой стенки измененной конструкции образует два канала: основной и суженный, имеющие вид первого и второго радиальных зазоров. На кольцеобразной плите сателлитодержателя установлен отражательный щиток, отделенный от дна корпуса главного редуктора третьим зазором.

Вращение отражательного щитка относительно донной стенки корпуса главного редуктора приводит масло в движение, т.е. имеет вязкостный нагнетающий эффект. Этот эффект выражается в сообщении маслу окружной и центробежной скорости, в результате чего масло разгоняется к периферии в основной и суженный каналы. Вращение торцевой поверхности кольцеобразной плиты сателлитодержателя относительно боковой стенки измененной конструкции оказывает вязкостное нагнетающее действие на масло, находящееся в основном и суженном каналах, заставляя его двигаться в этих каналах. При этом почти все масло, текущее по основному каналу, отводится в маслозаборник соплового канала и далее через сопловой канал в маслоотстойник.

При работе планетарной зубчатой передачи в корпусе главного редуктора могут оседать металлические частицы - продукты износа контактирующих пар элементов редуктора. Первый зазор (радиальный) и третий зазор (вертикальный) между плитой сателлитодержателя и корпусом главного редуктора имеют размеры, обеспечивающие возможность перемещения таких продуктов износа по третьему зазору и по основному каналу так, чтобы в конце концов эти металлические частицы выводились в потоке масла из корпуса главного редуктора в маслоотстойник. В рассматриваемом варианте выполнения гибридной системы смазки с автономной откачкой масла первый радиальный зазор и третий вертикальный зазор равны примерно 0,97 см.

Второй зазор имеет такой радиальный размер, который запирает движение масла через суженный канал, в результате чего почти все масло, движущееся в основном канале отводится из него через маслозаборник соплового канала. В рассматриваемом варианте исполнения гибридной системы смазки с автономной откачкой масла второй радиальный зазор равен примерно 0,08 см.

Настоящее изобретение, его особенности и достоинства более детально представлены в следующем подробном описании, изложенном со ссылками к прилагаемым чертежам, на которых:
Фиг. 1A - известная система смазки со встроенным маслоотстойником в схематическом представлении;
Фиг. 1B - известная система смазки с вынесенным маслоотстойником в схематическом представлении:
Фиг. 2 - гибридная система смазки с автономной откачкой масла, согласно настоящему изобретению, в схематическом представлении;
Фиг. 3 - сечение нижней части корпуса главного редуктора вертолета, показывающее элементы гибридной системы смазки с автономной откачкой масла, выполненной согласно изобретению;
Фиг. 4 - вид в аксонометрической проекции нижней части корпуса главного редуктора, изображенной на фиг. 3:
Фиг. 5 - вид сверху нижней части корпуса главного редуктора, изображенной на фиг. 4;
Фиг. 6 - вид в аксонометрической проекции кольцеобразной плиты сателлитодержателя;
Фиг. 7 - сечение маслоотстойника в средней плоскости соплового канала гибридной подсистемы смазки с автономной откачкой масла, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;
На чертежах идентичные элементы конструкции имеют единую нумерацию позиций. На фиг. 2 схематически показана гибридная система смазки с автономной откачкой масла (ГСС) 10, выполненная согласно изобретению. В рассматриваемом варианте ГСС 10 функционально связана с нижней частью 104L корпуса главного редуктора 104 вертолета и обладает характеристиками, присущими вышеописанным системам смазки со встроенным маслоотстойником и с вынесенным маслоотстойником. В частности, ГСС 10 содержит маслоотстойник 12, более подробно описываемый ниже, расположенный таким образом, чтобы переменный уровень масла в маслоотстойнике 12 был выше уровня масла, находящегося на дне корпуса нижней части 104L главного редуктора 104 (как в системе смазки с вынесенным маслоотстойником). Такое размещение маслоотстойника 12 ослабляет влияние изменений пространственного положения на переменный уровень масла в маслоотстойнике 12, т.е. аналогично компоновке системы смазки с вынесенным маслоотстойником 111. Масло, пройдя через распылительные форсунки, каналы и сточные отверстия в корпусе главного редуктора 104 (см. например позицию 114 на фиг. 2, 3), собирается на дне корпуса нижней части 104L главного редуктора 104 (аналогично системам смазки как со встроенным, так и с вынесенным маслоотстойником). Однако, как более подробно поясняется ниже, в ГСС 10 отсутствует отдельный откачивающий маслонасос, предназначенный для перекачки в маслоотстойник 12 масла, собирающегося на дне корпуса нижней части 104L главного редуктора 104. Вместо этого конструкция внутренней поверхности корпуса нижней части 104L главного редуктора 104 изменена таким образом, чтобы взаимодействие стенок корпуса 104 измененной конструкции и размещенной в нем третьей редукторной ступени оказывало на масло вязкостное нагнетающее воздействие, перемещающее масло, собирающееся на дне корпуса нижней части 104L главного редуктора 104, в маслоотстойник 12. Это исключает необходимость дополнительной откачивающей ступени 119B, имеющейся в системе смазки с вынесенным маслоотстойником 111, т.е. в ГСС 10, выполненную согласно изобретению, входит минимальное количество маслонасосов, подобно системе смазки 110 со встроенным маслоотстойником.

Как видно на фиг. 2, ГСС 10 содержит также отдельные откачивающие ступени 118A для каждого из входных модулей 102 и модулей привода агрегатов 103 (это характерно для систем смазки и со встроенным маслоотстойником, и с вынесенным маслоотстойником), предназначенные для перекачки масла из этих модулей в маслоотстойник, а также соответствующие нагнетающие ступени 118B, рециркулирующие масло из маслоотстойника 12 обратно в правый и левый входные модули 102, в правый и левый модули привода агрегатов 103 и в главный редуктор. Другие элементы конструкции ГСС 10 в общем виде показаны на фиг. 2 схематически, так как эти элементы по своим конструктивным и функциональным показателям аналогичны соответствующим элементам систем смазки со встроенным маслоотстойником 110 и с вынесенным маслоотстойником 111, рассмотренным выше.

В рассматриваемом варианте ГСС 10 частично интегрирована с нижней частью 104L корпуса главного редуктора 104 вертолета S-92^ТМ HELIBUS^ТМ разрабатываемого фирмой Сикорски Эйркрафт (S-92 и HELIBUS являются товарными знаками подразделения Сикорски Эйркрафт компании Юнайтид Текнолоджиз Корпорейшн). В частности, маслоотстойник 12 ГСС 10, показанный на фиг. 3-5 и 7, изготавливается заодно с нижней частью 104L корпуса главного редуктора 104 вертолета S-92^ТМ HELIBUS^ТМ и состоит из верхней камеры 12_UC и нижней камеры 12_LC, разделенных промежуточной стенкой 121, как показано, в частности на фиг. 3 (см. также фиг. 7). На фиг. 3 показано сточное отверстие 14, через которое масло стекает из корпуса верхней части 104U главного редуктора 104 в маслоотстойник 12. Когда главный редуктор 104 установлен на вертолете, маслоотстойник 12 расположен между передней частью прямоугольного выреза в планере вертолета, в который устанавливается главный редуктор 104, и нижней цилиндрической части 104L корпуса главного редуктора 104 (см. фиг. 5). Переменный уровень масла в маслоотстойнике, обозначенном на фиг. 3 позицией 16, превышает на несколько дюймов уровень донной стенки корпуса нижней части 104L главного редуктора 104. В рассматриваемом варианте изобретения переменный уровень масла превышает уровень донной стенки приблизительно на 13 см (эта разность уровней обозначена на фиг. 3 символом Н).

В соответствии с фиг. 3-5 внутренняя конструкция корпуса нижней части 104L главного редуктора 104 вертолета S-92^TM HELIBUS^TM представлена донной стенкой 18 и боковой стенкой измененной конструкции 20. Конструкция боковой стенки 20 изменена так, чтобы боковая стенка 20 совместно с третьей редукторной ступенью играла роль автономного насоса откачки масла из маслоотстойника, откачивающего масло, накапливающееся на дне 18 корпуса нижней части 104L главного редуктора 104, в маслоотстойник 12. Как видно на фиг. 4, 5, боковая стенка измененной конструкции 20 изготавливается (например, отливается, обрабатывается способами металлорезания) так, что почти вся ее окружность представляет собой цилиндрический участок 22, характеризуемый заданным радиусом R₂₂. Таким образом, форма боковой стенки 20 является почти цилиндрической. Кроме цилиндрического участка 22 боковая стенка 20 имеет переходный участок 24, смежный с одним концом цилиндрического участка 22, и суженный участок 26, характеризуемый заданным радиусом R₂₆ и смежный с переходным участком 24. Анализ фиг. 4, 5 показывает, что заданный радиус R₂₂ больше заданного радиуса R₂₆, т.е. R₂₂ > R₂₆. Радиальный выступ, расположенный между концом суженного участка 26 и другим концом цилиндрического участка 22 боковой стенки измененной конструкции 20, образует маслозаборник 28 соплового канала, имеющий примерно прямоугольную форму поперечного сечения, т.е. внутренняя и внешняя стенки, ограничивающие маслозаборник 28 соплового канала, ориентированы по касательной соответственно к суженному и цилиндрическому участкам 26, 22. Маслозаборник 28 соплового канала предназначен для направления периферийного потока масла, накапливающегося на дне 18 корпуса главного редуктора 104 вертолета S-92^TM HELIBUS^TM в маслоотстойник 12.

В соответствии с фиг. 5, 7 ГСС 10 также включает в себя сопловой канал 60, имеющий входной конец в виде описанного выше маслозаборника 28 и выходной конец 64 (см. также фиг. 2). По сопловому каналу 60 масло из маслозаборника 28 попадает в маслоотстойник 12. Выходной конец 64 соплового канала 60 находится в верхней камере 12_UC, над промежуточной стенкой 12I, разделяющей верхнюю и нижнюю камеры 12_UC, 12_LC маслоотстойника 12, т.е. выходной конец расположен над переменным уровнем масла 16 в маслоотстойнике 12. Такое расположение выходного конца 64 соплового канала 60 не позволяет давлению масла, стекающего с верхней части 104U главного редуктора 104 в маслоотстойник 12, оказывать противодействие вязкостному нагнетанию масла в маслоотстойник 12.

Также на фиг. 5 показаны два отверстия 72, 74, выполненные в промежуточной стенке 12I маслоотстойника 12. Через указанное отверстие 72 проходит выходной конец 64 соплового канала 60. Еще на фиг. 5 показано выходное отверстие 76, через которое нагнетающие ступени 118B двух маслонасосов 118 сообщаются с полостью маслоотстойника 12 и верхнего корпуса 104U редуктора. В маслоотстойнике установлен сигнализатор стружки в масле 78, следящий за наличием металлических продуктов износа в маслоотстойнике 12. Маслозаборник насоса 75 находится на дне маслоотстойника 12 в вертикальной центральной плоскости вертолета (линия O). При таком расположении маслозаборника 75 колебания переменного уровня масла 16 над маслозаборником 75, обусловленные креном вертолета, минимальны. Величину переменного уровня масла H для большей точности следовало бы измерять от местоположения маслозаборника насоса 75, однако в данном случае уровень маслозаборника 75 практически равен уровню донной стенки 18 корпуса главного редуктора 104. Маслозаборник 75 насоса сообщается с сигнализатором стружки в масле 78 и выходным отверстием насоса 76 посредством трубы 77.

В корпусе нижней части 104L главного редуктора 104 находится третья редукторная ступень трансмиссии вертолета. Третья редукторная ступень главного редуктора 104 вертолета S-92^TM HELIBUS^TM представляет собой планетарную систему зубчатых колес с многоуровневой ступенчатой компоновкой сателлитов, содержащую ведущее центральное зубчатое колесо 30, набор N первичных сателлитов 32, ведомых центральным зубчатым колесом 30, набор вторичных сателлитов 34, сателлитный вал, служащий опорой для соответствующих один другому первичного и вторичного сателлита 32, 34, неподвижное кольцеобразное зубчатое колесо 38, состоящее в зацеплении с вторичными сателлитами 34, и узел сателлитодержателя 40, установленный с возможностью вращения вместе с сателлитными валами 36 и выводящий мощность с планетарной системы зубчатых колес с многоуровневой ступенчатой компоновкой сателлитов на вал несущего винта вертолета. Данное устройство более подробно описано в международной заявке PCT/US95/05413 на "Планетарную систему зубчатых колес с многоуровневой ступенчатой компоновкой сателлитов для усовершенствованной трансмиссии вертолета". Набор N первичных сателлитов 32 состоит из совокупности N/2 верхних первичных сателлитов 32U и совокупности N/2 нижних первичных сателлитов 32L, расположенных на двух уровнях в ступенчатом порядке, при котором каждый верхний первичный сателлит 32U перекрывает профили непосредственно соседствующих с ним нижних первичных сателлитов 32L.

С точки зрения настоящего изобретения, из перечисленных элементов особый интерес представляет кольцеобразная плита сателлитодержателя 42, являющаяся составной частью узла сателлитодержателя 40 и показанная на фиг. 3 в общем виде и на фиг. 6 - более подробно. Плита сателлитодержателя 42 имеет заданный внешний диаметр D₄₂, опорные гнезда для установки на нее сателлитных валов 36, а также торцевую поверхность 46. Торцевая поверхность 46 вместе с боковой стенкой измененной конструкции 20 образует в нижней части 104L главного редуктора 104 каналы движения масла, как описывается далее. Торцевая поверхность 46, взаимодействуя с боковой стенкой корпуса измененной конструкции 20, создает в ГСС 10 вязкостную нагнетающую силу, которая перемещает масло, собирающееся на дне 18 корпуса нижней части 104L главного редуктора 104, в маслоотстойник 12.

Торцевая поверхность 46 кольцеобразной плиты сателлитодержателя 42 вместе с боковой стенкой измененной конструкции 20 образует основной канал в виде первого зазора 50 заданной ширины или радиальной величины (см. фиг. З). Диаметр D₄₂ кольцеобразной плиты сателлитодержателя 42 задается в основном с учетом конструктивных и функциональных требований, предъявляемых к планетарной системе зубчатых колес с многоуровневой ступенчатой компоновкой сателлитов. Поэтому для получения заданной ширины первого зазора 50, равного R₂₂ - D₄₂/2, изменяется конструкция боковой стенки 20 с тем, чтобы ее радиус соответствовал величине R₂₂. В рассматриваемом варианте изобретения заданная ширина первого зазора 50 равна около 0,97 см.

Ширина первого зазора 50 выбирается, исходя из требования к конструкции редуктора, заключающегося в том, чтобы металлические продукты износа, появляющиеся при работе третьей редукторной ступени, которая размещена в корпусе главного редуктора 104, например, из-за выкрашивания поверхностей подшипников, зубьев шестерен и т.д., удалялись потоком масла, перекачиваемого из корпуса главного редуктора 104 в маслоотстойник 12. Поэтому ширина первого зазора 50 должна обеспечивать проход таких продуктов износа в основном канале. Второе требование к конструкции редуктора, определяющее ширину первого зазора 50, состоит в том, что нагнетающая сила вязкостной природы, создаваемая взаимодействующими боковой стенкой измененной конструкции 20 и кольцеобразной плитой сателлитодержателя 42, должна сообщать потоку масла скорость, достаточную для переноса металлических частиц - продуктов износа со дна корпуса главного редуктора 104 в маслоотстойник 12. Для рассматриваемого варианта изобретения скорость вращения торцевой поверхности 46 кольцеобразной плиты сателлитодержателя 42 равна примерно 7,7 м/с. Эмпирически было установлено, что ширина первого зазора 50, равная примерно 0,97 см, достаточна для переноса в потоке масла самых больших металлических частиц, появляющихся в результате износа элементов третьей редукторной ступени.

Торцевая поверхность 46 кольцеобразной плиты сателлитодержателя 42 вместе с суженным участком 26 боковой стенки измененной конструкции 20 образует суженный канал в виде второго зазора 52 заданной ширины или радиальной величины (см. фиг. 5). Это означает, что заданная ширина второго зазора 52 равняется R₂₆ - D₄₂/2. В рассматриваемом варианте изобретения заданная ширина второго зазора 52 равна около 0,08 см. Ширина суженного канала, т.е. величина второго зазора 52, выбирается, исходя из требования к конструкции редуктора, заключающегося в том, чтобы почти все масло, на которое действует вязкостная нагнетающая сила, выводилось из корпуса главного редуктора 104 в периферийном потоке через маслозаборник 28 соплового канала 60. Таким образом, через суженный канал, или второй зазор 52, проходит минимальное количество масла. Практически это обеспечено большим соотношением ширины сечений канала маслозаборника 28, т.е. R₂₂ - D₄₂/2, и суженного канала 52. Для рассматриваемого варианта изобретения это соотношение примерно равно 0,89/0,08 ≈ 11+.

На кольцеобразной плите сателлитодержателя 42, как показано на фиг. 3, установлен отражательный щиток 80 так, что щиток 80 отделен вертикальным третьим зазором 54 заданной высоты от донной стенки 18 корпуса главного редуктора 104. Заданная высота третьего зазора 54 определяется с учетом тех же конструктивных требований, которые уже были рассмотрены применительно к первому зазору 50. Отражательный щиток 80 предназначен для передачи находящимся под ним маслу и металлическим продуктам износа энергии вращения плиты сателлитодержателя 42, разгоняя их действием центробежной силы к периферии и образуя поток, движущийся в основном канале. В этом периферийном потоке движется масло с продуктами износа, прошедшее через планетарную зубчатую передачу, т.е. находившееся у верхней поверхности отражательного щитка 80, а также масло с продуктами износа, собравшееся между отражательным щитком 80 и донной стенкой 18 корпуса главного редуктора 104. На нижней поверхности отражательного щитка 80 могут быть нанесены борозды, способствующие разгону масла из-под плиты сателлитодержателя 42 к периферии.

Помимо центробежной силы, действующей со стороны вращающегося отражательного щитка 80 на металлические частицы продуктов износа и масло, прошедшие через планетарную зубчатую передачу, на них воздействует вязкостная нагнетающая сила. Эта сила происходит от: (i) взаимодействия нижней поверхности вращающегося отражательного щитка 80 с донной стенкой 18 корпуса главного редуктора 104 и (ii) взаимодействия торцевой поверхности 46 вращающейся кольцеобразной плиты сателлитодержателя 42 с боковой стенкой измененной конструкции 20. Эта вязкостная нагнетающая сила: (i) разгоняет накапливающееся на дне 18 корпуса главного редуктора 104 масло к периферии, в основной канал (или первый зазор 50); (ii) выводит масло из основного канала через маслозаборник 28 соплового канала (практические исследования показали, что 65% результирующего потока масла создано взаимодействием вращающегося отражательного щитка 80 и донной стенки 18 корпуса главного редуктора 104). Вязкостная нагнетающая сила воздействует на жидкость, находящуюся между неподвижным элементом, т.е. донной стенкой 18 и боковой стенкой измененной конструкции 20, и движущимся элементом, т.е. соответственно, отражательным щитком 80 и плитой сателлитодержателя 42. Слой жидкости, граничащей с неподвижным элементом, будет практически неподвижным, в то время как слой жидкости, граничащей с движущимся элементом, будет двигаться со скоростью, приближающейся к скорости движущегося элемента, т.е. скорость движущегося элемента передается на граничащий с ним слой жидкости благодаря силам вязкостного трения. Символ R обозначает на фиг. 4, 5 направление вращения отражательного щитка 80 и кольцеобразной плиты сателлитодержателя 42. Вязкостная нагнетающая сила, возникающая как следствие вращения отражательного щитка 80 и плиты сателлитодержателя 42, сообщает маслу как окружную, так и центробежную скорость течения, в результате чего масло, накапливающееся на дне корпуса главного редуктора 104, разгоняется к периферии и перемещается по основному каналу, ограниченному боковой стенкой измененной конструкции 20 и плитой сателлитодержателя 42.

По закону Бернулли, утверждающему сохранение моментов количества движения в потоке жидкости, энергия вязкостного нагнетания порождает заданный объемный поток масла через основной канал, имеющий ширину первого зазора 50. Согласно закону Бернулли в области маслозаборника 28 соплового канала заданный объемный поток будет примерно постоянным. Так как в начале суженного участка 26 боковой стенки суженный канал, представляющий собой второй зазор 52, и сопловой канал в виде маслозаборника 28 являются интегральным каналом, почти весь заданный объемный поток, порожденный силой вязкостного нагнетания, будет отводиться через маслозаборник 28 соплового канала. Таким образом, нагнетающая сила вязкостной природы, возникающая при взаимодействии: (i) донной стенки 18 и отражательного щитка 80 и (ii) боковой стенки измененной конструкции 20 и торцевой поверхности 46 кольцеобразной плиты сателлитодержателя 42, заставляет масло перемещаться наружу из корпуса главного редуктора 104 через маслозаборник 28 и сопловой канал 60. Теория вязкостного нагнетания показывает, что в ГСС 10, выполненной согласно настоящему изобретению, сила вязкостного нагнетания достаточна для обеспечения расхода масла, равного примерно 38 л/мин, при его откачке из корпуса нижней части 104L главного редуктора 104 в маслоотстойник 12. Маслонасосы 118 ГСС 10 имеют размеры, обеспечивающие производительность подачи масла в главный редуктор 104, равную 54,5 л/мин. Из этих 54,5 л/мин примерно 25 л/мин подается либо стекает самотеком на дно 18 корпуса главного редуктора 104. С учетом приведенных данных становится очевидным то, что вязкостное нагнетание, применяемое в ГСС 10, выполненной согласно настоящему изобретению, является достаточно эффективным средством откачки масла со дна 18 корпуса главного редуктора 104 в маслоотстойник 12.

Хотя ГСС 10, выполненная согласно настоящему изобретению, рассматривается применительно к конструктивным и функциональным признакам главного редуктора вертолета S-92^TM HELIBUS^TM для специалиста должно быть понятно, что представленное описание ГСС не ограничивает объект изобретения рамками рассмотренного варианта его осуществления. Наоборот, ГСС может применяться для любой зубчатой передачи, которую можно модифицировать поясняемым выше способом. Поэтому следует считать, что ГСС, обладающая совокупностью существенных признаков, изложенных в прилагаемой формуле, может быть воплощена в виде технических решений, отличных от рассматриваемого в данном описании.

Изобретение относится к системам смазки, в частности к гибридной системе смазки с автономной откачкой масла для применения в агрегате трансмиссии. Гибридная подсистема смазки применена на главном редукторе и включает в себя масло-отстойник, изготовленный заодно с корпусом главного редуктора. Переменным уровнем масла в маслоотстойнике является заданное расстояние между поверхностью масла и дном корпуса редуктора. Радиальный выступ, находящийся между цилиндрическим участком и суженным участком боковой стенки корпуса редуктора, образует совместно с ними маслозаборник соплового канала. Маслозаборник направляет периферийный поток масла, накапливающийся на дне корпуса редуктора, в маслоотстойник с более высоким уровнем масла. Торцевая поверхность кольцеобразной плиты сателлитодержателя, вращающегося относительно боковой стенки корпуса редуктора, оказывает на масло вязкостное нагнетающее воздействие, сообщающее маслу окружную и центробежную скорости заставляющие масло двигаться по каналам через сопловой канал на более высокий уровень. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Самоочищающаяся гибридная подсистема (10) смазки для главного редуктора (104), включающего в себя нижнюю часть (104L), в которой расположена редукторная ступень, при этом корпус нижней части (104L) главного редуктора (104) состоит из донной стенки (18) и боковой стенки (20), а гибридная подсистема (10) смазки содержит маслоотстойник (12), содержащий масло; боковую стенку (20) нижней части (104L) корпуса главного редуктора (104), состоящую из цилиндрического участка (22), имеющего первый заданный радиус (R22); переходного участка (24), прилегающего к цилиндрическому участку (22), и суженного участка (26), имеющего второй заданный радиус (R26); причем первый заданный радиус (R22) превышает второй заданный радиус (R26), а точка их сопряжения соответствует радиальному выступу маслозаборника (28) соплового канала, расположенного по месту радиального выступа между цилиндрическим участком (22) и суженным участком (26), при этом внутренняя и внешняя стенки, ограничивающие маслозаборник соплового канала, ориентированы по касательной соответственно к суженному и цилиндрическому участкам (26, 22); и сопловой канал (60), имеющий входной конец и выходной конец (64), причем входной конец является маслозаборником (28), отличающаяся тем, что маслоотстойник (12) изготавливается как одно целое с корпусом нижней части (104L) главного редуктора (104), обеспечивая переменному уровню масла (16) в маслоотстойнике (12) заданную высоту (H) над донной стенкой (18) корпуса главного редуктора (104); выходной конец (64) соплового канала (60) расположен в маслоотстойнике (12) над переменным уровнем (16) жидкости в маслоотстойнике (12); редукторная ступень включает в себя кольцеобразную плиту сателлитодержателя (42), имеющую торцевую поверхность (46) заданного диаметра (D42), причем кольцеобразная плита сателлитодержателя (42) выполнена с возможностью вращения во время работы редукторной ступени; торцевая поверхность (46) кольцеобразной плиты сателлитодержателя (42) отделена от цилиндрического и суженного участков (22, 26) боковой стенки (20) соответственно первым и вторым радиальными зазорами (50, 52) и образует совместно с участками боковой стенки соответственно основной и суженный каналы; на кольцеобразной плите сателлитодержателя (42) установлен отражательный щиток (80), отделенный от донной стенки (18) корпуса главного редуктора (104) третьим вертикальным зазором (54); взаимодействие отражательного щитка (80) и донной стенки (18) корпуса главного редуктора (104) оказывает на масло, собирающееся на дне корпуса главного редуктора (104), вязкостное нагнетающее воздействие, сообщающее маслу окружную и центробежную скорости, в результате чего масло разгоняется к периферии и попадает в основной и суженный каналы; взаимодействие торцевой поверхности (46) вращающейся кольцеобразной плиты сателлитодержателя (42) и боковой стенки измененной конструкции (20) оказывает на масло, находящееся в основном и суженном каналах, вязкостное нагнетающее воздействие, заставляющее масло двигаться по этим каналам; масло, движущееся в основном канале, отводится через маслозаборник (28) соплового канала в сопловый канал (60) и по нему - в маслоотстойник (12). 2. Гибридная подсистема смазки (10) по п.1, отличающаяся тем, что редукторной ступенью является планетарная система зубчатых колес с многоуровневой ступенчатой компоновкой сателлитов, содержащая ведущее центральное зубчатое колесо (30), набор N ступенчато расположенных первичных сателлитов (32), состоящих в зацеплении с центральным зубчатым колесом (30), причем набор N ступенчато расположенных первичных сателлитов (32) состоит из первой совокупности N/2 верхних первичных сателлитов (32U), второй совокупности N/2 нижних первичных сателлитов (32L), причем верхние и нижние первичные сателлиты (32U, 32L) расположены на двух уровнях в ступенчатом порядке, набор N вторичных сателлитов (34), сателлитный вал (36), служащий опорой для соответствующих друг другу первичного сателлита (32) и вторичного сателлита (34); неподвижное кольцеобразное зубчатое колесо (38), состоящее в зацеплении с набором вторичных сателлитов (34); узел сателлитодержателя (40), установленный с возможностью вращения вместе с сателлитными валами (36), причем в узел сателлитодержателя (40) входит кольцеобразная плита сателлитодержателя (42). 3. Гибридная подсистема смазки (10) по п.1 или 2, отличающаяся наличием в ней средств (118, 122, 124, 126, 128, 130, 132) для рециркуляции масла, содержащегося в маслоотстойнике (12), в главный редуктор (104). 4. Гибридная подсистема смазки (10) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что размер первого радиального зазора (50) обеспечивает возможность переноса металлических продуктов износа в потоке масла, движущемся по основному каналу. 5. Гибридная подсистема смазки (10) по п.4, отличающаяся тем, что размер первого радиального зазора (50) составляет 0,97 см. 6. Гибридная подсистема смазки (10) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что размер второго радиального зазора (52) обеспечивает запирание потока масла в суженном канале, при котором масло, движущееся в основном канале, отводится в маслозаборник (28) соплового канала. 7. Гибридная подсистема смазки (10) по п.6, отличающаяся тем, что размер второго радиального зазора (52) составляет 0,08 см. 8. Гибридная подсистема смазки (10) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что размер третьего вертикального зазора (54) между отражательным щитком (80) и донной стенкой (18) корпуса главного редуктора (104) обеспечивает возможность переноса металлических продуктов износа в потоке масла, движущемся через третий зазор (54). 9. Гибридная подсистема смазки (10) по п.8, отличающаяся тем, что размер третьего вертикального зазора составляет 0,97 см.