УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК F16D41/00 F16D43/18 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к конструкциям авиационных и наземных газотурбинных двигателей (ГТД).

Известны конструкции соединения валов, например ротора воздушно-турбинного или газового стартера с ротором ГТД, содержащие обгонную кулачковую муфту, выполненную в виде соосно расположенных на соединяемых валах ведущей и ведомой полумуфт с торцовыми кулачками [1, 2].

Ведущая полумуфта связана с ведущим валом с помощью силовых шлиц, передающих пусковой момент и допускающих ее ограниченное угловое перемещение относительно вала за счет срезания шлиц через одну и через винтовую втулку, смещающую одновременно с угловым перемещением ведущую полумуфту в сторону ведомой полумуфты и обеспечивающую их сцепление с помощью торцовых кулачков.

При запуске ГТД после включения стартера и поворота его ротора подторможенная ведущая полумуфта, отставая от вала стартера, перемещается в продольном направлении и сцепляется с ведомой полумуфтой, после чего начинает вращать ротор двигателя.

После выключения стартера кулачки обгоняющей ведомой полумуфты давят скошенной тыльной стороной на кулачки ведущей полумуфты и выталкивают их из зацепления.

Поскольку ведущая полумуфта всегда подторможена, то она, "отставая" от выбегающего ротора стартера, перемещается в сторону вращающейся с большой частотой ведомой полумуфты. Имеющие место при этом соударения кулачков полумуфт происходят до полной остановки ротора стартера. Это вызывает износ кулачков полумуфт и соответствующее уменьшение долговечности муфты.

Известен также узел соединения валов, содержащий обгонную кулачковую муфту в виде соосно установленных на соединяемых валах ведущей и ведомой полумуфт, тормозное устройство которых представляет собой закрепленный на ведущей полумуфте сепаратор с расположенными в нем центробежными грузами, поджатыми пружинами к внутреннему неподвижному тормозному барабану. Над грузами расположен наружный тормозной барабан, закрепленный на ведомой полумуфте [3].

Соударение кулачков полумуфт, приводящее к их износу при остановке стартера, возможно только в зоне малых оборотов стартера ниже оборотов раскрытия центробежных грузов.

При запуске остановленного двигателя начинающий вращаться ведущий вал стартера, обгоняя приторможенную ведущую полумуфту, одновременно через приводимую им винтовую втулку смещает ее в сторону ведомой полумуфты, обеспечивая их сцепление. В случае запуска вращающегося двигателя сцепление полумуфт возможно только после выравнивания их скоростей.

При этом в начальный период разгона стартера вплоть до оборотов расхождения центробежных грузов ведущая полумуфта за счет притормаживания грузов о внутренний тормозной барабан движется в сторону ведомой полумуфты, отбрасываясь назад за счет контакта друг о друга скошенными тыльными сторонами кулачков полумуфт. Недостаток известной конструкции - повышенные износы центробежных грузов, которые вызваны чрезмерными центробежными силами, прижимающими их к наружному тормозному барабану при высоких оборотах отключения стартера.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в снижении износа узла соединения валов за счет ограничения центробежных сил, действующих на барабан тормозного устройства, закрепленного на ведомой полумуфте, при высоких оборотах отключения стартера.

Сущность изобретения заключается в том, что в узле соединения валов, содержащем обгонную кулачковую муфту в виде соосно установленных на соединяемых валах ведущей и ведомой полумуфт, а тормозное устройство ведущей полумуфты выполнено в виде барабанов и центробежных грузов, закрепленных в сепараторе с возможностью поворота их вокруг своих осей вращения, согласно изобретению, центробежные грузы выполнены парными с равными произведениями их масс на расстояния от центра масс каждого груза до соответствующей оси вращения (m₁ × L₁=m₂ × L₂), грузы снабжены хвостовиками и пружинами сжатия, установленными под хвостовиками, при этом левый груз снабжен выступом с возможностью упора выступа в хвостовик правого парного груза, а точка упора хвостовика и выступа равноудалена от осей вращения каждого из парных грузов, причем произведение силы пружины правого груза на расстояние от пружины до оси вращения правого груза (Р_пр2 × L₃=М_пр2) превышает произведение силы пружины левого груза на расстояние от пружины до оси вращения левого груза (Р_пp1 × L₄=М_пр1) в 1,5-2,5 раз.

Заявляемая конструкция позволяет ограничивать результирующую от центробежных сил парных грузов и пружин до определенного постоянного уровня, независимо от оборотов стартера, что осуществляется компенсацией центробежной силы одного груза центробежной силой другого парного груза, что возможно только в том случае, если парные центробежные грузы имеют равные произведения масс m на расстояния L от центра масс грузов до соответствующих осей вращения, т.е. имеют равные вращающие моменты от центробежных сил (M л.г=М п.г), стремящиеся повернуть грузы относительно их осей, которые уравновешивают друг друга, а также если точка упора хвостовика и выступа будет равноудалена от осей вращения каждого из парных грузов.

При этом суммарное усилие поджатия левого груза к наружной обойме будет ограничиваться постоянной величиной, определяемой превышением в 1,5 -2,5 раза момента М_пр2 над M_пp1.

В случае, когда M_пр2 превышает M_пp1 менее чем в 1,5 раза, имеет место недостаточная осевая сила, действующая на ведущую полумуфту.

Если М_пр2 больше M_пр1 более чем в 2,5 раза, то возможен износ левого центробежного груза.

На фиг.1 изображен продольный разрез заявляемого узла соединения валов авиационного ГТД. Фиг.2 представляет собой разрез А-А на фиг.1.

Конструкция включает в себя обгонную кулачковую муфту, выполненную в виде установленной соосно на соединяемых валах ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт с торцовыми кулачками. Тормозное устройство состоит из жестко закрепленного на корпусе тормозного барабана 3 и тормозных элементов, выполненных в виде попарно функционирующих центробежных грузов 4 и 5 (левого и правого соответственно), поджатых к барабану 3 пружинами сжатия 6 и 7. Грузы установлены с осями вращения в гнездах сепаратора 8, закрепленного на ведущей полумуфте 1. Второй тормозной барабан 9 жестко закреплен на ведомой полумуфте 2 с возможностью взаимодействия с центробежным грузом 4. Груз 4 выполнен с хвостовиком 10 и выступом 11, а груз 5 с удлиненным хвостовиком 12. Под хвостовиком 10 закреплена пружина 6, а под хвостовиком 12 - пружина 7. Точка упора хвостовика 12 и выступа 11 обозначена поз. 13.

Заявляемый узел работает следующим образом.

При включении стартера оба груза 4 и 5 поджаты к тормозному барабану 3, что обеспечивает перемещение ведущей полумуфты 1 в сторону ведомой полумуфты 2 до их сцепления.

После набора определенных частот вращения груз 4, а затем и груз 5 под действием центробежных сил отходят от тормозного барабана 3, при этом груз 4 поджимается к наружному тормозному барабану 9, а груз 5 - к грузу 4 за счет упора хвостовика 12 в выступ 11, компенсируя центробежную силу груза 4 и ограничивая усилие прижатия груза 4 к барабану 9. При этом, в случае обгона полумуфтой 2 полумуфты 1, последняя, увлекаемая тормозным барабаном 9, отходит от полумуфты 2, исключая соударения и износ кулачков полумуфт как в процессе выбега стартера после окончания запуска, так и в случае включения стартера при вращающейся полумуфте 2, обеспечивая плавное включение муфты только при выравнивании скоростей обоих полумуфт 1 и 2.

Источники информации:

1. Руководство по технической эксплуатации двигателя Д-ЗОКУ. - М.: Воздушный транспорт, 1987, с.259-260.

2. Двигатель Д-ЗОКУ-154 2 серии. Руководство по технической эксплуатации 59-00-8000РЭ. Книга 2. Раздел 080.12.00. - М.: Воздушный транспорт, 1992, с.3-4.

3. Патент РФ №1762025, F 16D 41/04, 1992.

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно - к узлам соединения валов авиационных и наземных газотурбинных двигателей. Узел соединения валов содержит обгонную кулачковую муфту в виде соосно установленных на соединяемых валах ведущей и ведомой полумуфт, а также тормозное устройство ведущей полумуфты, выполненное в виде барабанов и центробежных грузов, закрепленных в сепараторе с возможностью поворота вокруг осей вращения. Новым является то, что центробежные грузы выполнены парными с равными произведениями их масс на расстояния от центра масс каждого груза до соответствующей оси вращения. Грузы снабжены хвостовиками и пружинами сжатия, установленными под хвостовиками. Левый груз снабжен выступом с возможностью упора выступа в хвостовик правого парного груза, а точка упора хвостовика и выступа равноудалена от осей вращения каждого из парных грузов. Произведение силы пружины правого груза на расстояние от пружины до оси вращения правого груза превышает произведение силы пружины левого груза на расстояние от пружины до оси вращения левого груза в 1,5-2,5 раза. Техническим результатом является снижение износа узла соединения валов за счет ограничения центробежных сил, действующих на барабан тормозного устройства, закрепленного на ведомой полумуфте, при высоких оборотах отключения стартера. 2 ил.

Узел соединения валов, содержащий обгонную кулачковую муфту в виде соосно установленных на соединяемых валах ведущей и ведомой полумуфт, а также тормозное устройство ведущей полумуфты, выполненное в виде барабанов и центробежных грузов, закрепленных в сепараторе с возможностью поворота вокруг осей вращения, отличающийся тем, что центробежные грузы выполнены парными с равными произведениями их масс на расстояния от центра масс каждого груза до соответствующей оси вращения, грузы снабжены хвостовиками и пружинами сжатия, установленными под хвостовиками, при этом левый груз снабжен выступом с возможностью упора выступа в хвостовик правого парного груза, а точка упора хвостовика и выступа равноудалена от осей вращения каждого из парных грузов, при этом произведение силы пружины правого груза на расстояние от пружины до оси вращения правого груза превышает произведение силы пружины левого груза на расстояние от пружины до оси вращения левого груза в 1,5 - 2,5 раза.