РЕДУКТОР С ДВУМЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ЛИНИЯМИ ТРАНСМИССИИ Российский патент 2019 года по МПК F16H1/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к редуктору с двумя промежуточными линиями трансмиссии, в частности, для газотурбинного двигателя.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Уровень техники представлен, в частности, в документах US-A-3,772,934, EP-A1-0 636 813 и WO-A1-2013/150229.

Газотурбинный двигатель может содержать один или несколько механических редукторов. В частности, это относится к турбовинтовому двигателю, воздушный винт которого приводится во вращение от вала турбины через редуктор.

Существует несколько типов редукторов, таких как редукторы с эпициклоидными передачами, с цепными передачами, с червяными передачами, с промежуточными линиями трансмиссии и т.д. Настоящее изобретение в основном относится к редуктору с промежуточными линиями трансмиссии (называемому также комбинированным редуктором или ʺcompoundʺ).

В современной технике редуктор этого типа содержит входную линию и выходную линию, вращаемую входной линией через две промежуточные линии трансмиссии. Мощность, передаваемая входной линией, делится между промежуточными линиями, после чего передается на выходную линию. Промежуточные линии трансмиссии являются параллельными и, как правило, содержат, каждая, вал с установленной на нем входной шестерней, зацепляющейся с входной линией, и выходной шестерней, зацепляющейся с выходной линией. Меняя число зубьев различных шестерен, можно получать передаточное отношение между входной линией и выходной линией. Эта конструкция обеспечивает значительное снижение скорости в изолированном пространстве и с контролируемой массой.

По определению редуктор этого типа представляет собой гиперстатическую систему. Не прибегая к специальным приспособлениям, одна промежуточная линия может передавать большую часть мощности двигателя, тогда как другая промежуточная линия практически не передает мощности.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящим изобретением предложено, в частности, добавить к редуктору этого типа средства распределения нагрузок, чтобы через каждую из промежуточных линий редуктора проходила половина мощности.

Изобретением предложен редуктор для газотурбинного двигателя, такого как турбовинтовой двигатель, содержащий входную линию и выходную линию, вращаемую входной линией через упомянутые промежуточные линии, причем эти промежуточные линии являются параллельными, отличающийся тем, что содержит средства распределения нагрузок между упомянутыми промежуточными линиями, причем эти средства распределения нагрузок содержат поворотные средства для соединения во вращении конца входной линии и масляные средства демпфирования радиальных перемещений противоположного конца входной линии.

Согласно изобретению, входная линия выполнена с возможностью перемещения в радиальном направлении (напротив своей продольной оси). Это становится возможным за счет того, что один из концов входной линии установлен с возможностью поворота, например, относительно приводного вала. При этом противоположный конец входной линии может перемещаться в радиальном направлении, причем эти перемещения демпфируются маслом. Эти поворотные средства и демпфирующие средства образуют средства распределения нагрузок, которые работают следующим образом. Если одна из промежуточных линий нагружена больше, это значит, что крутящий момент, проходящий через эту линию, больше, чем на другой линии, следовательно, усилие, создаваемое этим крутящим моментом на шестерне входной линии, больше с одной стороны, чем с другой. Следовательно, на входную шестерню будет действовать сила, что приведет к радиальному перемещению входной линии. Это перемещение позволяет уравновешивать зазоры на уровне входной линии. При равновесии усилия на шестерне, связанные с крутящими моментами на промежуточных линиях, взаимно уничтожаются, то есть крутящие моменты на промежуточных линиях уравниваются.

Заявленный редуктор может иметь один или несколько следующих отличительных признаков, рассматриваемых отдельно или в комбинации друг с другом:

- демпфирующие средства выполнены с возможностью обеспечения перемещений входной линии в направлении, по существу перпендикулярном к плоскости, по существу проходящей через оси промежуточных линий,

- входная линия направляется во вращении опорным подшипником качения, причем этот опорный подшипник содержит наружное кольцо, установленное с возможностью радиального перемещения скольжением в направляющей и образующее масляную демпфирующую камеру со стенками упомянутой направляющей,

- упомянутое кольцо имеет внутреннюю периферию кольцевой формы, образующую поверхность качения, и наружную периферию общей квадратной или прямоугольной формы, параллельные и противоположные боковые края которой взаимодействуют скольжением с боковыми стенками направляющей,

- упомянутая масляная камера содержит верхний масляный карман, образованный между наружным кольцом и верхней стенкой направляющей, и нижний масляный карман, образованный между наружным кольцом и нижней стенкой направляющей,

- наружное кольцо содержит наружный периферический кольцевой паз, который обеспечивает гидравлическое сообщение между упомянутыми верхним и нижним карманами,

- на наружном кольце установлены передняя кольцевая уплотнительная прокладка и задняя кольцевая уплотнительная прокладка, которые взаимодействуют соответственно с передней и задней стенками упомянутой направляющей,

- направляющая закреплена на картере редуктора,

- поворотные средства и демпфирующие средства установлены с двух сторон от шестерни входной линии.

Объектом настоящего изобретения является также газотурбинный двигатель, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один описанный выше редуктор. Редуктор может содержать выходную линию, выполненную с возможностью приведения во вращение не капотированного воздушного винта газотурбинного двигателя.

Предпочтительно газотурбинный двигатель является авиационным турбовинтовым двигателем.

ОПИСАНИЕ ФИГУР

Изобретение и его другие детали, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид сбоку редуктора с двумя промежуточными линиями трансмиссии.

Фиг. 2 - схематичный вид спереди редуктора с двумя промежуточными линиями трансмиссии.

Фиг. 3 и 4 - частичный схематичный вид спереди редуктора вышеупомянутого типа, при этом на фиг. 3 показано неравномерное распределение нагрузок между промежуточными линиями, а на фиг. 4 показано равномерное распределение нагрузок между промежуточными линиями.

Фиг. 5 - схематичный вид входной линии, оснащенной средствами распределения нагрузок в соответствии с изобретением.

Фиг. 6 - схематичный вид в осевом разрезе входной линии, оснащенной средствами распределения нагрузок согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 7 - вид в разрезе по линии II-II фиг. 6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На фиг. 1 очень схематично показан редуктор 10 с двумя промежуточными линиями трансмиссии, при этом редуктор 10 в основном содержит четыре части: входную линию 12, выходную линию 14 и две промежуточные линии 16 трансмиссии, которые приводятся во вращение входной линией 12 и, в свою очередь, вращают выходную линию 14.

Как правило, различные линии 12, 14, 16 редуктора установлены в не показанном на фигуре картере редуктора, причем этот картер содержит первое отверстие для прохождения входной линии и ее соединения, например, с первым элементом газотурбинного двигателя и второе отверстие для прохождения выходной линии и ее соединения с вторым элементом газотурбинного двигателя. Первым элементом является, например, вал турбины газотурбинного двигателя, и вторым элементом является вал привода воздушного винта этого газотурбинного двигателя в случае, когда этот двигатель является турбовинтовым.

Входная линия 12 содержит вал 18, на котором установлена шестерня 20 с наружными зубьями. Шестерня 20 и вал 18 являются коаксиальными и вращаются вокруг одной оси, обозначенной В.

Выходная линия 14 содержит вал 22, на которой установлена шестерня 24 с наружными зубьями. Шестерня 24 и вал 22 являются коаксиальными и вращаются вокруг одной оси, обозначенной А. В данном случае они вращаются в том же направлении вращения, что и шестерня 20 и вал 18 входной линии.

Входная и выходная линии 12, 14 являются параллельными. Следовательно, их оси вращения А, В являются параллельными.

Промежуточные линии 16 трансмиссии являются параллельными и идентичными. Каждая линия 16 содержит вал 25, на котором установлена входная шестерня 26 на первом конце и выходная шестерня 28 на втором конце. Выходные шестерни 28 зацепляются с шестерней 24 выходной линии 14. Входные шестерни 26 зацепляются с шестерней 20 входной линии 12. Шестерни 26, 28 имеют наружные зубья. Каждый вал 25 и шестерни 26, 28 являются коаксиальными и вращаются вокруг одной оси С, параллельной осям А и В.

Как было указано выше, редуктор 10 этого типа представляет собой гиперстатическую систему, и через одну промежуточную линию 16 может проходить большая часть мощности, тогда как другая промежуточная линия практически не передает мощности. Как показано на фиг. 2, это ненадлежащее распределение мощности или нагрузок связано, в частности, с тем, что, хотя шестерни 26 входят в контакт в точках С с шестерней 20, и шестерня 28 одной из промежуточных линий входит в контакт в точке D с шестерней 24, все равно очень трудно обеспечить отсутствие зазора в точке Е между шестерней 24 и шестерней 28 другой промежуточной линии.

Изобретением предложено решение этой проблемы за счет оснащения редуктора 10 средствами распределения нагрузок между промежуточными линиями 16.

Главный принцип изобретения представлен на фиг. 3-5, а на фиг. 6 и 7 представлен вариант выполнения изобретения.

Согласно изобретению, вал 18 входной линии 12 выполнен с возможностью радиального перемещения (напротив своей продольной оси). Это стало возможным за счет того, что один из его концов установлен с возможностью поворота (фиг. 5), например, относительно вала турбины. Например, конец вала 18 содержит, например, поворотные шлицы 30, заходящие в соответствующие шлицы муфты 32 соединения входной линии редуктора с валом турбины. В данном случае под радиальными перемещениями следует понимать повороты входной линии 12 вокруг точки, находящейся на уровне ее поворотного конца.

Таким образом, противоположный конец вала 18 входной линии 12 может перемещаться в радиальном направлении, причем эти перемещения демпфируются маслом 34.

Если одна из промежуточных линий 16 нагружена в большей степени (фиг. 3), это значит, что крутящий момент, проходящий через эту линию, больше, чем на другой линии, то есть усилие f1, создаваемое этим крутящим моментом на шестерне 20 входной линии, больше с одной стороны, чем с другой. Таким образом, на шестерню 20 входной линии будет действовать сила F, что приведет к перемещению входной линии. Это перемещение позволяет уравновесить зазоры на уровне входной линии. При равновесии усилия f1, f2 на шестерне 20, связанные с крутящими моментами на промежуточных линиях, взаимно уничтожаются, то есть крутящие моменты на промежуточных линиях уравниваются.

Предпочтительно масляные демпфирующие средства 34 связаны с опорным подшипником 36 качения, направляющим вал 18 входной линии 12.

На фиг. 6 и 7 представлен более конкретный вариант выполнения изобретения, в котором описанные выше элементы имеют те же цифровые обозначения.

В данном случае опорный подшипник 36 качения является шарикоподшипником и содержит два кольца, соответственно внутреннее 38 и наружное 40, между которыми находится ряд шариков 42, удерживаемых кольцевой обоймой 44. Внутреннее кольцо установлено неподвижно на конце вала 18 входной линии 12, противоположном его концу, содержащему поворотные шлицы 30.

Наружное кольцо 40 имеет специальную форму в соответствии с изобретением. Оно имеет внутреннюю периферию кольцевой формы и образует поверхность качения для шариков 42, и наружную периферию общей квадратной или прямоугольной формы. Наружное кольцо 40 содержит на своей наружной периферии кольцевой паз 46, который выходит радиально наружу относительно оси В входной линии.

Кроме того, наружное кольцо 40 содержит кольцевую канавку на своей передней стороне для установки первой кольцевой уплотнительной прокладки 48, и кольцевую канавку на своей задней стороне для установки второй кольцевой уплотнительной прокладки 48. Прокладки 48 являются подобными и коаксиальными.

Наружное кольцо 40 установлено с возможностью перемещения скольжением в радиальном направлении относительно оси В в полости направляющей 50, которая установлена на элементе 52 опоры вала 18 входной линии. Этот опорный элемент 52 может быть закреплен непосредственно на картере редуктора, который в данном случае не показан.

Направляющая 50 имеет общую форму параллелепипеда и содержит переднюю стенку 50а, заднюю стенку 50b, две боковые стенки 50с, верхнюю стенку 50d и нижнюю стенку 50е, причем эти стенки 50а-50е образуют между собой вышеупомянутую полость, в которой установлено наружное кольцо 40 опорного подшипника 36.

Как показано на чертежах, боковые края наружного кольца 40 взаимодействуют скольжением с боковыми стенками 50с направляющей. Передняя и задняя стороны наружного кольца 40 тоже взаимодействуют скольжением с передней 50а и задней 50b стенками направляющей, при этом прокладки 48 обеспечивают герметичность, в частности, в радиальном направлении между кольцом 40 и его стенками 50а, 50b.

В положении равновесия, показанном на чертежах, наружное кольцо 40 находится по существу посередине полости в вертикальном направлении, которое является направлением, по существу перпендикулярным к плоскости (как правило, горизонтальной), проходящей по существу через оси С промежуточных линий 16. В этом положении наружное кольцо 40 ограничивает с верхней стенкой 50d заполненный маслом верхний карман 54 и с нижней стенкой 50е заполненный маслом нижний карман 54. Эти карманы 54 сообщаются между собой через периферический кольцевой паз 46 кольца 40.

Карманы 54 и периферический кольцевой паз 46 образуют масляную камеру демпфирования радиальных и, в частности, вертикальных перемещений вала 18 входной линии 12. Масло поступает в эту камеру через масляный канал 56, который в данном случае выполнен в опорном элементе 52 и направляющей 50. Этот канал 56 имеет конец 56а, который выходит в камеру, и противоположный конец, который соединен с соответствующими средствами питания маслом.

Камера может получать питание маслом с заранее определенным давлением для обеспечения демпфирования вышеупомянутых перемещений. В варианте в камеру масло может не поступать (через канал 56), и она может просто содержать масло с заранее определенным давлением. Давление масла составляет, например, около 1 бар.

Изобретение позволяет использовать масло для смазки направляющей 50, что позволяет снизить риск заклинивания скользящего соединения между наружным кольцом 40 и направляющей.

Изобретение работает, как было описано выше со ссылками на фиг. 3 и 4.

Использование масляной камеры в качестве демпфирующего средства имеет следующие преимущества: выигрыш в надежности (снижается риск заклинивания направляющей, риск динамического возбуждения и т.д.), лучшая конструкция, выигрыш в массе (идеальное уравновешивание, возможность отказаться от превышения параметров шестерен промежуточных линий для учета разбалансировки нагрузки, и т.д.), выигрыш в стоимости и т.д.

Изобретение относится к машиностроению. Редуктор с двумя промежуточными линиями трансмиссии, в частности, для газотурбинного двигателя, содержит входную линию (12) и выходную линию, вращаемую входной линией через упомянутые промежуточные линии, причем промежуточные линии являются параллельными. Редуктор также содержит средства распределения нагрузок между упомянутыми промежуточными линиями, причем эти средства распределения нагрузок содержат поворотные средства (30) для соединения во вращении конца входной линии и масляные средства (40, 50) демпфирования радиальных перемещений противоположного конца входной линии. Обеспечивается повышение надежности редуктора, улучшение конструкции и снижение массы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы. 7 ил.

1. Редуктор (10) с двумя промежуточными линиями (16) трансмиссии, в частности, для газотурбинного двигателя, содержащий входную линию (12) и выходную линию (14), вращаемую входной линией через упомянутые промежуточные линии, причем эти промежуточные линии являются параллельными, отличающийся тем, что содержит средства распределения нагрузок между упомянутыми промежуточными линиями, причем эти средства распределения нагрузок содержат поворотные средства (30) для соединения во вращении конца входной линии и масляные средства (40, 50) демпфирования радиальных перемещений противоположного конца входной линии.

2. Редуктор (10) по п. 1, в котором демпфирующие средства (40, 50) выполнены с возможностью обеспечения перемещений входной линии (12) в направлении, по существу перпендикулярном к плоскости, по существу проходящей через оси (С) промежуточных линий.

3. Редуктор (10) по п. 1 или 2, в котором входная линия (12) направляется во вращении опорным подшипником (36) качения, причем этот опорный подшипник содержит наружное кольцо (40), установленное с возможностью радиального перемещения скольжением в направляющей (50) и образующее масляную демпфирующую камеру вместе со стенками (50а-50е) упомянутой направляющей.

4. Редуктор (10) по п. 3, в котором упомянутое кольцо (40) имеет внутреннюю периферию кольцевой формы, образующую поверхность качения, и наружную периферию общей квадратной или прямоугольной формы, параллельные и противоположные боковые края которой взаимодействуют скольжением с боковыми стенками (50с) направляющей.

5. Редуктор (10) по п. 4, в котором упомянутая масляная камера содержит верхний масляный карман (54), образованный между наружным кольцом (40) и верхней стенкой (50d) направляющей (50), и нижний масляный карман (54), образованный между наружным кольцом и нижней стенкой (50е) направляющей.

6. Редуктор (10) по п. 5, в котором наружное кольцо (40) содержит наружный периферический кольцевой паз (46), который обеспечивает гидравлическое сообщение между упомянутыми верхним и нижним карманами (54).

7. Редуктор (10) по одному из пп. 1 или 2, в котором на наружном кольце (40) установлены передняя кольцевая уплотнительная прокладка (48) и задняя кольцевая уплотнительная прокладка (48), которые взаимодействуют соответственно с передней (50а) и задней (50b) стенками упомянутой направляющей (50).

8. Редуктор (10) по п. 3, в котором направляющая (50) закреплена на картере редуктора.

9. Редуктор (10) по одному из пп. 1 или 2, в котором поворотные средства (30) и демпфирующие средства (40, 50) установлены с двух сторон от шестерни (20) входной линии (12).

10. Газотурбинный двигатель, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один редуктор (10) по одному из предыдущих пунктов.