ШЕСТЕРЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ ДЛЯ ОТБОРА МОЩНОСТИ НА ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ, СОСТОЯЩАЯ ИЗ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ С ЛИНИЯМИ ЗАЦЕПЛЕНИЯ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ В НЕПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПЛОСКОСТЯХ Российский патент 2018 года по МПК F02C7/32 

Предметом изобретения является шестеренчатая коробка передач для отбора мощности на газотурбинном двигателе, предназначенная для передачи мощности от газотурбинного двигателя посредством выходящего из него радиального вала, и передачи ее различному вспомогательному оборудованию в газотурбинном двигателе, такому как насосы, электрогенераторы и т.д., которое необходимо для работы газотурбинного двигателя или других устройств летательного аппарата, приводимого в движение этим газотурбинным двигателем. Передача осуществляется через кинематическую цепь, состоящую из последовательных зубчатых передач; эта кинематическая цепь в данном случае состоит из линий зацепления, расположенных в непараллельных плоскостях.

Линией зацепления в данном случае называют блок смежных зубчатых передач, зацепляющихся в принципе между собой, зубчатые колеса которых располагаются в одной и той же плоскости или в параллельных плоскостях; другими словами, оси вращения зубчатых колес все параллельны (перпендикулярны этой плоскости или этим параллельным плоскостям), и считается, что зубчатые колеса, зацепляющиеся непосредственно между собой, лежат в одной и той же плоскости; однако линия зацепления может продолжиться в параллельных плоскостях, если существуют зубчатые колеса, установленные по одной и той же оси вращения, или смещения зубьев в одной и той же зубчатой передаче.

Шестеренчатая коробка передач содержит, в основном, кинематическую цепь, состоящую из блока зубчатых колес, зацепляющихся между собой, так чтобы передавать мощность внутри корпуса. Эта цепь соединена с радиальным валом газотурбинного двигателя и валами отбора мощности оборудования. Шестеренчатая коробка передач закрепляется на газотурбинном двигателе в требуемом положении, а оборудование само по себе крепится к шестеренчатой коробке передач. Шестеренчатая коробка передач известной конструкции описана в документе US-A-12/0006137. В этом документе кратко представлены ведущий вал 12 газотурбинного двигателя, радиальный вал 14 и собственно шестеренчатая коробка передач, содержащая кинематическую цепь, состоящую из зубчатых прямозубых колес 16 в корпусе 10. Оборудование 22 располагается на коробке напротив крепления к газотурбинному двигателю. Так как все оси зубчатых колес 16 параллельны, шестеренчатая коробка передач из этого предшествующего документа содержит единственную линию зацепления в смысле изобретения.

Существует тенденция к уменьшению габаритов сборочного узла, содержащего шестеренчатую коробку передач и оборудование на газотурбинном двигателе. Описанная в предшествующем документе концепция с этой точки зрения недостаточна, поскольку кинематическая цепь коробки вытянута в некотором направлении и, следовательно, является громоздкой.

В целом, существующие шестеренчатые коробки передач относятся к двум различным типам: односторонние, когда оборудование размещается на одной единственной стороне коробки, и двусторонние, когда оно располагается на двух противолежащих сторонах. По первой концепции коробка должна быть большой длины, и угловой габаритный размер вокруг газотурбинного двигателя обычно большой (часто 200°), а по второй концепции значительным является габаритный размер в осевом направлении.

Предметом изобретения является шестеренчатая коробка передач, усовершенствованная в плане этих различных аспектов и которая предоставляет, в частности, большую свободу в плане конструкции, способная привести к снижению габаритного размера сборочного узла, состоящего из коробки передач и совокупности оборудования, которое она несет.

В общих чертах, отказываются от классической концепции, в которой кинематическая цепь состоит из одной линии зацепления, лежащей в некоторой плоскости, возможно, в одном единственном направлении, или в параллельных плоскостях, как в случае документа US-A-12/0006137, или же в параллельных ответвлениях и секущих плоскостях, как в ЕР-2 455 597-А.

В общем виде, изобретение относится к шестеренчатой коробке передач, закрепляемой на газотурбинном двигателе, для приведения в действие по меньшей мере одного оборудования, вспомогательного для газотурбинного двигателя, содержащей корпус, кинематическую цепь внутри корпуса и ряд зубчатых передач, а также механизм отбора мощности, предназначенный для зацепления с передаточным валом газотурбинного двигателя, причем корпус содержит места крепления к газотурбинному двигателю и к оборудованию, где кинематическая цепь содержит по меньшей мере две концевые линии зацепления, расположенные в непараллельных плоскостях и объединенные между собой смежным зацеплением с поверхностью сопряжения, состоящим из пары зубчатых колес с непараллельными осями, причем по меньшей мере одна концевая линия зацепления на конце кинематической цепи размещена в концевом ответвлении корпуса, имеющем наибольший размер в осевом направлении газотурбинного двигателя, когда коробка крепится к газотурбинному двигателю, причем еще одна линия зацепления размещена в промежуточном ответвлении корпуса, в кольцевом участке, перпендикулярном концевому ответвлению и которое частично окружает участок окружности газотурбинного двигателя, когда коробка крепится к газотурбинному двигателю.

Конструкция кинематической цепи из нескольких линий зацепления, расположенных в непараллельных плоскостях, позволяет расположить шестеренчатую коробку передач даже больших размеров полностью вблизи корпуса газотурбинного двигателя, без излишнего нагромождения ни в радиальном направлении, ни в осевом направлении, ни в угловом направлении, так как коробка не является прямолинейной. Кроме того, имеется большой выбор поверхностей шестеренчатой коробки передач, располагающихся по различным направлениям, для размещения на них оборудования, что также способствует ограничению габаритных размеров сборочного узла.

Предпочтительно, чтобы в шестеренчатой коробке передач две концевые линии зацепления имели направления протяженности параллельные между собой и перпендикулярные другой линии ответвления.

Таким образом, согласно данному варианту осуществления шестеренчатая коробка передач содержит три линии зацепления, из них две концевые линии, имеющие параллельные между собой направления протяженности, и одну промежуточную линию, соединяющая эти концевые линии; указанные концевые линии могут размещаться в прямолинейных ответвлениях корпуса и имеющих основные протяженности в осевом направлении газотурбинного двигателя, когда коробка крепится к газотурбинному двигателю; промежуточная линия может быть помещена в другое ответвление корпуса, которое является промежуточным ответвлением, близлежащим к кольцевому участку, в основном перпендикулярным концевым ответвлениям и которое охватывает круговой участок газотурбинного двигателя, когда к нему крепится коробка.

Такой вариант осуществления наиболее рельефно показывает, на сколько может быть ограничен габаритный размер шестеренчатой коробки передач по изобретению: осевое размер или протяженность шестеренчатой коробки передач снижается благодаря разделению кинематической цепи на две линии, которые могут располагаться по обе стороны газотурбинного двигателя, при этом промежуточное ответвление само имеет небольшой осевой габаритный размер, а его угловой габаритный размер преимущественно равен или ниже пол-оборота, что значительно облегчает установку шестеренчатой коробки передач на газотурбинном двигателе, при этом известные односторонние шестеренчатые коробки передач часто имеют большую угловую протяженность, что делает сборку затруднительной.

Целесообразно, чтобы концевые линии располагались на диаметрально противоположных образующих газотурбинного двигателя.

Целесообразно также, чтобы кинематическая цепь была непрерывна и содержала зубчатое колесо, зацепляющееся с ведущей шестерней, принадлежащей передаточному валу, при этом ведущая шестерня являлась смежной с кинематической цепью.

Предпочтительно, чтобы ведущая шестерня принадлежала кинематической цепи.

Предпочтительно также, чтобы смежные зацепления с непараллельными осями состояли из конических шестерен, коаксиальных с другими зубчатыми колесами кинематической цепи. В варианте осуществления, в котором также используется разделение кинематической цепи на две линии, расположенные главным образом в параллельных направлениях, обе эти линии относятся, тем не менее, к секущим плоскостям, а кинематическая цепь имеет участок, смежный с продольными концами линий зацепления; эти последние размещаются в соответствующих ответвлениях корпуса, которые соединены между собой в ребро и имеют вместе V-образное сечение по плоскостям разреза, перпендикулярным в направлении наибольшей протяженности шестеренчатой коробки передач.

Угловой габаритный размер в данном случае еще снижается; за счет умеренного осевого габаритного размера получают корпус, имеющий большую поверхность для размещения оборудования на сторонах, имеющих отличные друг от друга направления.

Последовательные линии зацепления, образующие кинематическую цепь, могут быть объединены посредством конических шестеренок с концами этих линий зацепления и которые определяют смежные зубчатые передачи с непараллельными осями, которые могут факультативно быть с пересекающимися осями.

В дальнейшем изобретение будет пояснено описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылками на чертежи, на которых:

Фиг. 1, 2, 3 и 4 представляют вариант осуществления изобретения; фиг. 5 изображает возможное размещение для этого варианта или других вариантов осуществления.

Вариант осуществления изобретения описывается с привлечением фигур чертежей. Шестеренчатая коробка передач имеет конфигурацию, изображенную на фиг. 1, с трехмерной формой, содержащей два концевых ответвления 1 и 2, в основном параллельных и прямолинейных (при этом небольшая кривизна, представленная на фиг. 3, тем не менее, возможна), и одно промежуточное ответвление 3, в основном в кольцевом участке, которое соединяет предыдущие ответвления и которое перпендикулярно им. На фиг. 2 показано, что эта шестеренчатая коробка передач может быть преимущественно размещена вокруг газотурбинного двигателя 4, например в каком-то месте его корпуса с высоким давлением, при размещении концевых ответвлений 1 и 2 по осевому направлению газотурбинного двигателя, на диаметрально противолежащих образующих, при этом промежуточное ответвление 3 граничит также с газотурбинным двигателем 4, делая в основном вокруг него пол-оборота или менее.

Шестеренчатая коробка передач может содержать различное число ответвлений, лежащих по оси газотурбинного двигателя 4, одно, например, или более двух, а промежуточное ответвление 3 может иметь угловой размер или протяженность менее пол-оборота. Это дает широкий выбор для места отбора приводной мощности газотурбинного двигателя 4, который может осуществляться непосредственно от обычного радиального вала, принадлежащего газотурбинному двигателю 4, или посредством промежуточного вала, принадлежащего отдельному корпусу и находящегося в зацеплении с радиальным валом. Радиальный вал может таким образом простираться до внутренней поверхности 5 (направленной к газотурбинному двигателю 4) одного из ответвлений 1, 2 и 3, тогда как промежуточный вал может простираться до одной из наружных поверхностей одного из ответвлений 1-3. Речь может идти, в частности, об одной из верхних поверхностей 6 (в значительной степени, в плоскости сектора газотурбинного двигателя 4) для концевых ответвлений 1 и 2, одной из периферических поверхностей 7 (направленных радиально наружу) для одних и тех же ответвлений или торцевой поверхности 8 (направленной по оси противоположно концевым ответвлениям 1 и 2) промежуточного ответвления 3. Некоторые возможности положений приводного вала (радиального или промежуточного) указаны под ссылочной позицией 9 на фиг. 1.

Оборудование 10 может быть установлено само по себе на противолежащих верхних 6, периферических 7 или осевых 8 поверхностях, а также на радиально наружных поверхностях 11 промежуточного ответвления 3. Имеется еще большой выбор для крепления шестеренчатой коробки передач на газотурбинном двигателе 4, которое может осуществляться посредством болтовых соединений мест крепления 12, расположенных на корпусе 13, с использованием, при необходимости, клиньев или прочих промежуточных опор между газотурбинным двигателем 4 и, например, некоторыми из внутренних поверхностей 5. Оборудование 10 крепится к корпусу 13 посредством других мест крепления 12. Такая шестеренчатая коробка передач предоставляет, в общем, очень широкий выбор возможностей размещения, а также возможность устанавливать большое число оборудования 10, сохраняя при этом умеренный габаритный размер во всех направлениях (осевом, радиальном и угловом) газотурбинного двигателя 4.

Ниже приводится более подробное описание такой шестеренчатой коробки передач. На фиг. 3 показано, что она состоит из корпуса 13, определяющего контур трех ответвлений 1, 2 и 3, и кинематической цепи 14, которая содержится в корпусе 13 и в которой можно различить три линии зацепления 15, 16 и 17, соответственно размещенные в соответствующем ответвлении 1, 2 и 3. Каждая из них содержит зубчатые колеса 18 обычно с прямыми зубьями, зацепляющиеся между собой для образования прямозубых зацеплений, при этом оси 19 некоторых из этих зубчатых колес 18 используются для приведения во вращение подвижных частей оборудования 10, проходя через отверстия 20 корпуса 13. Оси 19 все параллельны внутри одной и той же линии зацепления 15, 16 или 17, но имеют направления, отличные от линий зацепления 15, 16 или 17 к другой. Число зубчатых колес 18, их диаметр, а также положения отверстий 20, определяющих ведущие оси 19 оборудования 10, конечно, могут быть выбраны довольно свободно, в зависимости от скоростей вращения, которые хотят передать, и от положений оборудования 10. Специальное отверстие 21 предназначено для ввода приводного вала 9, который дополнительно содержит ведущую шестерню 22, зацепляющуюся с каким-либо из зубчатых колес 18. Ведущая шестерня 22 примыкает к кинематической цепи 14, что означает, что цепь остается непрерывной в отсутствии шестерни. Однако возможно, что ведущая шестерня является зубчатым колесом, принадлежащим самой кинематической цепи.

На фиг. 4 изображена отдельно кинематическая цепь 14. Связь между тремя линиями зацепления 15, 16 и 17 осуществляется посредством смежных зацеплений 23 и 24 с пересекающимися или вообще непараллельными осями. Каждое из зацеплений состоит из первой конической шестерни 25, жестко соединенной и коаксиальной с концевым зубчатым колесом 18 линии зацепления 17, и второй конической шестерни 26, также жестко соединенной и коаксиальной с концевым зубчатым колесом 18 одной из линий зацепления 15 или 16. Эти смежные зацепления 23 и 24 обеспечивают, таким образом, непрерывность кинематической цепи 14 и способность приводить ее в движение полностью от единственной ведущей шестерни 22. Они позволяют также ориентировать каждую из линий зацепления 15, 16 и 17 в направлении соответствующего ответвления 1, 2 или 3 и в непараллельных плоскостях.

Эквивалентная концепция с точки зрения кинематики заключается в замене конических шестерен 25 и 26 прямозубой шестерней 48 и зубчатым венцом 49 на некоторой плоскости, что представлено на фиг. 5, без изменения прочих деталей осуществления изобретения. Линии зацепления 15 и 16, лежащие в концевых ответвлениях 1 и 2 с осевыми направлениями протяженности, также имеют осевые направления протяженности и лежащие в продольных плоскостях относительно газотурбинного двигателя 4, тогда как линия зацепления 17, размещенная в промежуточном ответвлении 3 корпуса, имеет угловое направление протяженности, как она, и лежит поперечной плоскости газотурбинного двигателя 4.

Шестеренчатая коробка передач газотурбинного двигателя для приведения в действие его вспомогательного оборудования содержит корпус, кинематическую цепь внутри корпуса, ряд зубчатых передач, а также механизм отбора мощности, предназначенный для зацепления с передаточным валом газотурбинного двигателя. Корпус содержит места крепления к газотурбинному двигателю и к оборудованию, а кинематическая цепь содержит по меньшей мере две концевые линии зацепления, расположенные в непараллельных плоскостях и объединенные между собой смежным зацеплением, состоящим из пары зубчатых колес с непараллельными осями. По меньшей мере одна концевая линия зацепления на конце кинематической цепи размещена в концевом ответвлении корпуса, имеющем наибольший размер в осевом направлении газотурбинного двигателя, когда коробка крепится к газотурбинному двигателю. Еще одна линия зацепления размещена в промежуточном ответвлении корпуса, в кольцевом участке, перпендикулярном концевому ответвлению и которое частично окружает участок окружности газотурбинного двигателя, когда коробка крепится к газотурбинному двигателю. Изобретение позволяет снизить габаритные размеры коробки передач газотурбинного двигателя. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шестеренчатая коробка передач, закрепляемая на газотурбинном двигателе (4), для приведения в действие по меньшей мере одного оборудования (10), вспомогательного для газотурбинного двигателя, содержащая корпус (13), кинематическую цепь (14) внутри корпуса и ряд зубчатых передач, а также механизм отбора мощности, предназначенный для зацепления с передаточным валом газотурбинного двигателя, причем корпус содержит места крепления (12) к газотурбинному двигателю и к оборудованию, где кинематическая цепь содержит по меньшей мере две концевые линии зацепления, расположенные в непараллельных плоскостях и объединенные между собой смежным зацеплением с поверхностью сопряжения, состоящим из пары зубчатых колес с непараллельными осями, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна концевая линия зацепления (15, 16) на конце кинематической цепи (14) размещена в концевом ответвлении (1, 2) корпуса (13), имеющем наибольший размер в осевом направлении газотурбинного двигателя, когда коробка крепится к газотурбинному двигателю, причем еще одна линия зацепления (17) размещена в промежуточном ответвлении (3) корпуса (13), в кольцевом участке, перпендикулярном концевому ответвлению и которое частично окружает участок окружности газотурбинного двигателя, когда коробка крепится к газотурбинному двигателю.

2. Шестеренчатая коробка передач по п. 1, отличающаяся тем, что две концевые линии зацепления имеют направления протяженности параллельные между собой и перпендикулярные другой линии ответвления (17).

3. Шестеренчатая коробка передач по п. 2, отличающаяся тем, что концевые линии располагаются на диаметрально противоположных образующих газотурбинного двигателя (4).

4. Шестеренчатая коробка передач по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что кинематическая цепь непрерывна и содержит зубчатое колесо, зацепляющееся с ведущей шестерней (22), принадлежащей передаточному валу, при этом ведущая шестерня является смежной с кинематической цепью.

5. Шестеренчатая коробка передач по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что ведущая шестерня принадлежит кинематической цепи.

6. Шестеренчатая коробка передач по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что смежные зацепления с непараллельными осями состоят из конических шестерен, коаксиальных с другими зубчатыми колесами кинематической цепи.