МЕХАНИЗМ ПРИВОДА ПАРЫ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ ПРОТИВОПОЛОЖНОГО ВРАЩЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ПЛАНЕТАРНОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2014 года по МПК F02C7/36 F01D5/02 

Предметом изобретения является механизм привода пары воздушных винтов противоположного вращения посредством планетарной зубчатой передачи.

Воздушные винты противоположного вращения уже известны, и можно также предвидеть их применение на некоторых будущих летательных аппаратах для снижения потребления топлива. Силовая трансмиссия для воздушных винтов может включать в себя планетарную зубчатую передачу. Силовая турбина (низкого давления) вращает вал, вращающий планетарное зубчатое колесо (солнечное зубчатое колесо), образующее часть планетарной зубчатой передачи. Планетарное зубчатое колесо само приводит в движение зубчатые колеса-сателлиты и планетарное водило, соединенное с валом одного из воздушных винтов. Планетарная зубчатая передача также содержит внешний венец с зубьями на внутренней поверхности, который входит в зацепление с сателлитами и который соединен с валом другого воздушного винта. Поэтому разумный выбор передаточного отношения зубчатой передачи обеспечивает вращения воздушных винтов в противоположных направлениях с требуемым соотношением скоростей. Такая компоновка описана в документе US-A-4817382, а в документе EP-A-1887199 раскрыта компоновка, в которой планетарное водило в планетарной зубчатой передаче опирается на конец вращающегося вала посредством гибкого сочленения, которое поглощает деформации и снижает механические напряжения в зубчатой передаче.

Преимущество планетарной зубчатой передачи заключается в том, что она компактна, но большие силы, прикладываемые к ней, могут повреждать зубья. Основная задача изобретения состоит в том, чтобы уменьшить эти силы, обеспечивая передачу, по существу, всего крутящего момента привода, необходимого для передачи, с одновременным уменьшением паразитных сил, подобных обуславливаемым несовпадением осей зубчатых колес. Однако этот механизм должен выдерживать большие силы, которые прикладываются при некоторых обстоятельствах.

Это двойное требование удовлетворяется с помощью изобретения, которое - в общем виде - относится к механизму, содержащему пару воздушных винтов противоположного вращения, турбину привода, вал, соединенный с турбиной, трансмиссию, содержащую планетарную зубчатую передачу с центральным планетарным зубчатым колесом, приводимым в движение турбиной, планетарным водилом, приводящим в движение один из воздушных винтов и оснащенным зубчатыми колесами-сателлитами, входящими в зацепление с планетарным зубчатым колесом, и внешним венцом, входящим в зацепление с зубчатыми колесами-сателлитами и приводящим в движение другой воздушный винт, отличающийся тем, что он содержит втулку, соединенную с турбиной и с планетарным зубчатым колесом для его привода, причем эта втулка окружена валом и является более гибкой при изгибе, чем вал.

Гибкая втулка используется для опоры планетарного зубчатого колеса вместо вала турбины, который служит опорой ротору турбины на кожухе, и эта втулка допускает изменения положения ее оси в зависимости от радиальных сил, выдерживаемых планетарным зубчатым колесом. Это уменьшает силы, развиваемые в планетарной зубчатой передаче. Вместе с тем, поскольку зазор между закрепленным валом турбины и гибкой втулкой мал, имеется положение, в котором втулка останавливается в контакте с валом, когда в трансмиссии прикладываются большие силы. Это предотвращает избыточную гибкость, которая могла бы помешать правильной работе механизма или даже вызвать его разрушение, прежде всего, в результате поломки втулки, а большие силы, которые могут внезапно возникнуть, передаются на жесткий и прочный вал турбины.

Выгодно, если вал турбины является достаточно длинным, так что он обеспечивает более устойчивую опору, а вылеты втулки за вал турбины предотвращаются, когда создается тяговый контакт. Поэтому расстояние между двумя опорными подшипниками вала турбины больше, чем расстояние между одним из этих подшипников и планетарным зубчатым колесом.

Компоновка согласно изобретению лучше, чем компоновка, показанная в документе EP-A-1887199, по следующим причинам: во-первых, втулка в соответствии с изобретением, которая длиннее, чем гибкое сочленение в цитируемом документе, обеспечивает увеличенные перемещения и поэтому повышенную гибкость и большее понижение внутренних сил; во-вторых, опора на вал турбины сразу же после устранения зазора обеспечивает точно определенный предел перемещения с одновременной защитой втулки от избыточных деформаций; и, наконец, расположение втулки в вале турбины делает возможным размещение планетарной зубчатой передачи на малом расстоянии от ближайшего опорного подшипника вала, что уменьшает габариты и вылет, тогда как зубчатая передача, описанная в цитируемом документе, располагается перед подшипником на гораздо большем расстоянии, чтобы можно было установить гибкое сочленение.

Втулка делается очень гибкой, когда она образует полукруглое колено на одном конце соединения с турбиной или если она содержит участок с овальными отверстиями, ориентированными под углом 45° от осевого направления втулки, который локально ослабляет втулку, так что она становится более гибкой при изгибе, сохраняя при этом свою прочность на кручение, вследствие чего может передавать требуемый крутящий момент. Участок с выемками может находиться на стыке между коленом и одной из основных поверхностей контакта втулки, когда имеется изгиб.

Силы в планетарной зубчатой передаче можно дополнительно уменьшить, если вал, соединенный с венцом, является более гибким, чем вал, соединенный с планетарным водилом. Узел, соединенный с планетарным водилом, является сравнительно жестким и поэтому находится между узлом планетарного зубчатого колеса и сравнительно гибким узлом венца, которые деформируются автономно в зависимости от сил, прикладываемых к каждому из них.

Теперь будет приведено пояснение изобретения со ссылками на нижеследующие фигуры:

на фиг.1 представлен общий вид механизма в соответствии с изобретением;

на фиг.2 показана компоновка вокруг планетарной зубчатой передачи;

на фиг.3 показан вид спереди планетарной зубчатой передачи;

на фиг.4 показана конкретная часть гибкой втулки.

Обратимся к фиг.1 и 2. Двигатель, часть которого образует изобретение, содержит два воздушных винта 1 и 2, каждый из которых выполнен с возможностью вращения вокруг одной и той же оси X. Расположенный выше по потоку воздушный винт 1 установлен на первом полом валу 3, а расположенный ниже по потоку воздушный винт 2 установлен на втором полом валу 4. Первый полый вал 3 опирается на неподвижный кожух 5 посредством пары подшипников 6 и 7, за который он проходит в коническую втулку 8 с гофрами 9 и заканчивается у венца 10 с зубьями, выполненными на внутренней поверхности. Второй полый вал 4 опирается на первый полый вал 3 посредством двух подшипников 11 и 12, за которые он выходит во вторую коническую втулку 13, которая заключена внутри первой конической втулки 8 и которая соединена с планетарным водилом 14. Планетарное водило 14 имеет зубчатые колеса-сателлиты 15, распределенные по окружности, которые входят в зацепление снаружи с венцом 10, а внутри - с планетарным (или солнечным) зубчатым колесом 16. Узел образует планетарную зубчатую передачу 17 обычного типа, как показано на фиг.3.

На другой стороне неподвижного кожуха 5 находится турбина 18 низкого давления. Она содержит третий полый вал, который является валом 19 турбины, который служит опорой турбине на неподвижном кожухе 5 посредством подшипников 20 и 21. Вал 19 турбины проходит недалеко от планетарного зубчатого колеса 16, однако отделен от него; зазор между планетарным зубчатым колесом 16 и ближайшим подшипником 21 меньше, чем расстояние между подшипниками 20 и 21. Гибкая втулка 22 приводит в движение планетарное зубчатое колесо 16 за счет соединения его с ротором турбины 18. Гибкая втулка 22 соединена с турбиной 18 посредством полукруглого колена 23 недалеко от соединения с валом 19 турбины. Существенная часть гибкой втулки 22 представляет собой, по существу, цилиндрическую поверхность 24 контакта, окруженную валом 19 турбины, выступающую за его пределы через третий конец 25 и действующую как опора для планетарного зубчатого колеса 16. В гибкой втулке 22 на стыке между коленами 23 и поверхностью 24 контакта выполнены овальные отверстия 26, которые яснее всего показаны на фиг.4, причем направление их прохождения располагается под углом 45° относительно направления оси Х механизма, которое соответствует оси вращения всех вращающихся деталей (за исключением зубчатых колес-сателлитов 15). Втулка 22 является гибкой, поскольку она достаточно тонкая, но изгибается она, в частности, на участке, где она прорезана.

Работу механизма можно описать следующим образом: турбина 18 приводит в движение планетарное зубчатое колесо 16 посредством гибкой втулки 22, что вызывает вращения планетарного водила 14 и венца 10, а затем и воздушных винтов 2 и 1, с определенными скоростями. Гибкая втулка 22 может изгибаться, когда к планетарному зубчатому колесу в радиальном направлении прикладываются неуравновешенные силы. Аналогичным образом, первая коническая втулка 8 выполнена с возможностью изгиба в месте гофров 9, когда к венцу 10 в радиальном направлении прикладываются неуравновешенные силы. Однако подсоединение планетарного водила 14 к воздушному винту 2 посредством второго полого вала 4 и второй конической втулки 13 жестче, что предотвращает излишнюю гибкость планетарной зубчатой передачи 17. Зазор 27 между конической втулкой 22 и валом 19 турбины в месте нахождения подшипника 21, ближнего к планетарному зубчатому колесу 16, мал, что ограничивает деформации, которым может подвергаться гибкая втулка 22, достаточными значениями и, в частности, предотвращает ее поломку и излишнее ослабление планетарной зубчатой передачи 17. Поскольку гибкая втулка 22 вращается с той же скоростью, что и вал 19 турбины, не стоит опасаться никаких последствий этого состояния тяги, которое не создает никакого трения.

Механизм содержит пару воздушных винтов противоположного вращения, турбину привода, соединенный с ней вал, неподвижный кожух, служащий опорой турбине посредством вала и двух подшипников, а также трансмиссию и втулку. Трансмиссия содержит планетарную зубчатую передачу, включающую центральное планетарное зубчатое колесо, приводимое в движение турбиной, планетарное водило, оснащенное зубчатыми колесами-сателлитами, входящими в зацепление с планетарным зубчатым колесом, и внешний венец, входящий в зацепление с зубчатыми колесами-сателлитами. Планетарное водило приводит в движение один из воздушных винтов, а внешний венец - другой воздушный винт. Втулка соединена с турбиной и с планетарным зубчатым колесом для его привода и окружена валом, причем между втулкой и валом имеется зазор. Втулка выполнена более гибкой при изгибе, чем вал, так что она изгибается, когда к планетарному зубчатому колесу в радиальном направлении прикладываются неуравновешенные силы. Расстояние между одним из подшипников и планетарным зубчатым колесом меньше, чем расстояние между двумя подшипниками. Изобретение позволяет снизить механические напряжения в зубчатой передаче, а также повысить ее надежность. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Механизм, содержащий пару воздушных винтов (1, 2) противоположного вращения, турбину (18) привода, вал (19), соединенный с турбиной (18), неподвижный кожух (5), служащий опорой турбине (18) посредством вала (19) и двух подшипников (20, 21), трансмиссию, содержащую планетарную зубчатую передачу (17) с центральным планетарным зубчатым колесом (16), приводимым в движение турбиной, планетарным водилом (14), приводящим в движение один из воздушных винтов (2) и оснащенным зубчатыми колесами-сателлитами (15), входящими в зацепление с планетарным зубчатым колесом (16), и внешним венцом, входящим в зацепление с зубчатыми колесами-сателлитами (15) и приводящим в движение другой воздушный винт (1),
отличающийся тем, что он содержит втулку (22), соединенную с турбиной (18) и с планетарным зубчатым колесом (16) для его привода, причем эта втулка (22) окружена валом (19), будучи отделенной от него зазором (27) и более гибкой при изгибе, чем вал, так что она изгибается, когда к планетарному зубчатому колесу (16) в радиальном направлении прикладываются неуравновешенные силы, и тем, что расстояние между одним из подшипников (20, 21) и планетарным зубчатым колесом меньше, чем расстояние между двумя подшипниками (20, 21).

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что втулка (22) образует полукруглое колено (23) на одном конце соединения с турбиной.

3. Механизм по п.2, отличающийся тем, что он содержит участок с овальными отверстиями (26), ориентированными под углом 45° от осевого направления Х втулки (22).

4. Механизм по п.3, отличающийся тем, что упомянутый участок находится на стыке с коленом (23) на расстоянии от соединения с турбиной, на основной, по существу, цилиндрической поверхности (24) контакта втулки.

5. Механизм по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вал (3, 8, 9), соединяющий венец с упомянутым другим воздушным винтом (1), является более гибким, чем вал (4, 13), соединяющий планетарное водило (14) с упомянутым одним из воздушных винтов (2).

6. Механизм по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что зазор (27) между гибкой втулкой (22) и валом (19) турбины у подшипника (21) мал, чтобы ограничивать деформации, которым подвергается гибкая втулка (22).