РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК В РЕДУКТОРЕ С ДВУМЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ТРАНСМИССИОННЫМИ ЛИНИЯМИ Российский патент 2020 года по МПК F16H1/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

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

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В качестве известных аналогов можно указать документы US-A-3,772,934, EP-A1-0 636 813 и WO-A1-2013/150229.

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

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

В современной технике редуктор этого типа содержит входную линию и выходную линию, приводимую во вращение входной линией через две промежуточные трансмиссионные линии. Мощность, передаваемая входной линией, делится между промежуточными линиями, после чего поступает на выходную линию. Промежуточные трансмиссионные линии являются параллельными и, как правило, содержат, каждая, вал, на котором установлена входная шестерня, зацепляющаяся с входной линией, и выходная шестерня, зацепляющаяся с выходной линией. Выбирая число зубьев различных шестерен, можно получить соответствующее передаточное отношение между входной линией и выходной линией. Эта архитектура обеспечивает значительное понижение скорости в изолированном пространстве и с контролируемой массой.

По определению редуктор этого типа является гиперстатичной системой. Без каких-либо особых переделок промежуточная линия может пропускать основную часть мощности привода, тогда как другая линия практически не пропускает мощности.

Следовательно, существует потребность в распределении нагрузок между промежуточными линиями редуктора вышеупомянутого типа, чтобы через каждую из промежуточных линий редуктора проходила половина передаваемой мощности.

Одно из решений предусматривает поворотные средства муфтового соединения во вращении одного конца входной линии и средства демпфирования радиальных перемещений противоположного конца входной линии.

Входная линия может перемещаться в радиальном направлении (относительно 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. Эти поворотные и демпфирующие средства образуют средства распределения нагрузок, которые работают следующим образом. Если одна из промежуточных линий оказывается нагруженной в большей степени, это значит, что крутящий момент, проходящий через эту линию, больше, чем на другой линии, то есть усилие, создаваемое этим крутящим моментом на шестерне входной линии, больше с одной стороны, чем с другой. Следовательно, на входную шестерню будет действовать сила, вызывающая радиальное перемещение входной линии. Это перемещение позволяет уравновесить зазоры на уровне входной линии. В условиях равновесия усилия, действующие на шестерню и связанные с крутящими моментами на промежуточных линиях, взаимно уничтожаются, то есть крутящие моменты на промежуточных линиях являются равными.

Однако это решение может привести к осевому смещению шестерни. Работа при таком осевом смещении вынуждает применить продольную коррекцию типа «выпуклости» на зубьях шестерни. Эта коррекция приводит к повышению поверхностного давления на зубья. Кроме того, при значительном осевом смещении становится невозможной приемлемая работа редуктора даже с применением вышеупомянутой коррекция.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящим изобретением предложено простое, эффективное и экономичное решение вышеупомянутой проблемы.

Изобретением предложен редуктор с двумя промежуточными трансмиссионными линиями, в частности, для газотурбинного двигателя, содержащий входную линию и выходную линию, приводимую во вращение от входной линии через упомянутые промежуточные линии, причем эти промежуточные линии являются по существу параллельными, отличающийся тем, что содержит средства распределения нагрузок между упомянутыми промежуточными линиями, причем эти средства распределения нагрузок содержат поворотные средства муфтового соединения во вращении первого конца входной линии, первые средства демпфирования радиальных перемещений упомянутого первого конца входной линии и вторые средства демпфирования радиальных перемещений противоположного второго конца входной линии.

Принцип изобретения состоит в установке входной линии на двух отстоящих друг от друга средствах демпфирования. Изобретение позволяет входной линии перемещаться вертикально без осевого смещения.

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

- упомянутые первые и вторые средства демпфирования выполнены с возможностью обеспечения перемещений входной линии в направлении, по существу перпендикулярном к плоскости, проходящей по существу через оси промежуточных линий,

- упомянутые первые и вторые средства демпфирования содержат пружины, предпочтительно возвратные пружины,

- упомянутые пружины являются идентичными,

- упомянутые первые и вторые средства демпфирования содержит подшипники качения,

- каждое из упомянутых первых и вторых средств демпфирования содержит подшипник качения, который установлен на упомянутом первом или втором конце входной линии и который поддерживается пружиной,

- упомянутые первые и вторые средства демпфирования являются идентичными,

- упомянутые первые и вторые средства демпфирования установлены с двух сторон от шестерни входной линии, и

- упомянутые первые и вторые средства демпфирования находятся на равном расстоянии от упомянутой шестерни; подшипники качения можно установить на равном расстоянии от зубьев шестерни, чтобы получать одинаковое перемещение на каждом подшипнике качения и избегать, таким образом, осевого смещения зубьев.

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 некапотированного воздушного винта газотурбинного двигателя.

Предпочтительно газотурбинный двигатель является турбовинтовым двигателем летательного аппарата.

ОПИСАНИЕ ФИГУР

Изобретение и его другие особенности, 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 трансмиссионными линиями.

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

Фиг. 3 и 4 - частичные схематичные виды 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.

Фиг. 6 - схематичный вид входной линии, оснащенной средствами распределения нагрузок в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

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

Как правило, различные части 12, 14, 16 редуктора установлены в не показанном картере редуктора, при этом картер содержит первое отверстие для прохождения входной линии и для ее соединения, например, с первым элементом газотурбинного двигателя и второе отверстие для прохождения выходной линии и для ее соединения с вторым элементом газотурбинного двигателя. Первым элементом является, например, турбинный вал газотурбинного двигателя, а вторым элементом является приводной вал воздушного винта этого газотурбинного двигателя в случае, когда последний является турбовинтовым двигателем.

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

Выходная линия 14 содержит вал 22, на котором установлена шестерня 24 с наружным зубчатым венцом. 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. Таким образом, их оси вращения А, В являются параллельными.

Промежуточные трансмиссионные линии 16 являются по существу 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 20 выходной линии 14. Входные шестерни 26 зацепляются с шестерней 20 входной линии 12. Шестерни 26, 28 являются шестернями с наружными зубьями. Каждый вал 25 и его 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 гиперстатичную систему, и промежуточная линия 16 может пропускать основную часть мощности привода, тогда как другая промежуточная линия практически не пропускает мощности. Как показано на фиг. 2, это плохое распределение мощности или нагрузок связано, в частности, с тем, что, хотя шестерни 26 входят в контакт с шестерней 20 в точках С, и шестерня 28 одной из промежуточных линий входит в контакт в точке D с шестерней 24, очень трудно обеспечить отсутствие зазора в точке Е между шестерней 24 и шестерней 28 другой промежуточной линии.

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

Основной принцип распределения нагрузок представлен на фиг.3-5, а на фиг. 6 представлен вариант выполнения изобретения.

Вал 18 входной линии 12 может перемещаться в радиальном направлении (относительно своей продольной оси). Это становится возможным за счет того, что один из его концов установлен с возможностью поворота (фиг. 5), например, относительно вала турбины. 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.

Противоположный конец вала 18 входной линии 12 может, таким образом, перемещаться в радиальном направлении, причем пружина 34 демпфирует эти перемещения.

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, которым этот момент действует на шестерню 20 входной линии, больше с одной стороны, чем с другой. Следовательно, на шестерню 20 входной линии действует сила F, что приводит к перемещению входной линии. Это перемещение позволяет уравновесить зазоры на уровне входной линии. В условиях равновесия усилия f1, f2 на шестерне 20, связанные с крутящими моментами на промежуточных линиях, взаимно уничтожаются, то есть крутящие моменты на промежуточных линиях являются равными.

Предпочтительно средства демпфирования с пружиной 34 связаны с подшипником 36 качения, направляющим вал 18 входной линии 12.

Как было указано выше и как показано на фиг. 5, может произойти осевое смещение шестерни. Эта работа с осевым смещением заставляет применять продольную коррекцию типа «выпуклости» на зубьях шестерни. Кроме того, если это осевое смещение является значительным, не всегда возможно обеспечить приемлемую работу редуктора даже с применением «выпуклости».

Изобретение позволяет преодолеть эту проблему, благодаря демпфированию всей входной линии.

На фиг. 6 представлен пример выполнения изобретения, в котором описанные выше элементы имеют такие же обозначения.

С двух сторон от шестерни 20 на концах входной линии 12 установлены два подшипника 36 качения, например, два шарикоподшипника.

Классически каждый подшипник 36 может содержать два кольца, соответственно внутреннее и наружное, между которыми находится ряд шариков, которые могут удерживаться кольцевым сепаратором. Внутреннее кольцо первого подшипника 36 установлено неподвижно на конце вала 18 входной линии 12, противоположном его концу, содержащему поворотные шлицы 30. Внутреннее кольцо второго подшипника 36 установлено неподвижно на конце вала 18, содержащем поворотные шлицы 30.

Демпфирующие пружины 34 поддерживают подшипники 36. Первая пружина 34 поддерживает первый подшипник 36, и вторая пружина 34 поддерживает второй подшипник 36. Предпочтительно пружины 34 являются идентичными. Предпочтительно речь идет о возвратных пружинах. Предпочтительно они расположены на одинаковом расстоянии от шестерни 20.

Конец вала 18, содержащий поворотные шлицы 30, заходит в соответствующие шлицы муфты 32 соединения входной линии редуктора с валом турбины.

Изобретение работает, как было указано выше со ссылками на фиг. 3 и 4. Как показано на фиг. 6, 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, которым этот момент действует на шестерню 20 входной линии, больше с одной стороны, чем с другой. Следовательно, на шестерню 20 входной линии действует сила F, что приводит к перемещению входной линии, но без ее осевого смещения, благодаря настоящему изобретению.

Изобретение относится к редуктору. Газотурбинный двигатель содержит по меньшей мере один редуктор с двумя промежуточными трансмиссионными линиями. Редуктор содержит входную, выходную и промежуточные линии, средства распределения нагрузок между промежуточными линиями. Выходная линия является ведомой входной линией через промежуточные линии. Промежуточные линии являются по существу параллельными. Средства распределения нагрузок содержат поворотные средства соединения во вращении первого конца входной линии, первые средства демпфирования радиальных перемещений первого конца входной линии и вторые средства демпфирования радиальных перемещений противоположного, второго, конца входной линии. Достигается возможность равномерного распределения нагрузок и устранение осевого смещения. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Редуктор (10) с двумя промежуточными трансмиссионными линиями (16), в частности, для газотурбинного двигателя, содержащий входную линию (12) и выходную линию (14), ведомую входной линией через промежуточные линии, причем промежуточные линии являются по существу параллельными, отличающийся тем, что содержит средства распределения нагрузок между промежуточными линиями, причем эти средства распределения нагрузок содержат поворотные средства (30) соединения во вращении первого конца входной линии, первые средства (34) демпфирования радиальных перемещений первого конца входной линии и вторые средства (34) демпфирования радиальных перемещений противоположного, второго, конца входной линии.

2. Редуктор (10) по п. 1, в котором первые и вторые средства (34) демпфирования выполнены с возможностью допускать перемещения входной линии (12) в направлении, по существу перпендикулярном к плоскости, проходящей по существу через оси (С) промежуточных линий.

3. Редуктор (10) по п. 1 или 2, в котором первые и вторые средства (34) демпфирования содержат пружины, предпочтительно возвратные пружины.

4. Редуктор (10) по п. 3, в котором пружины являются идентичными.

5. Редуктор (10) по одному из пп. 1, 2 или 3, в котором первые и вторые средства (34) демпфирования содержат подшипники качения.

6. Редуктор (10) по п. 4, в котором первые и вторые средства (34) демпфирования содержат подшипники качения.

7. Редуктор (10) по п. 6, в котором каждое из первых и вторых средств (34) демпфирования содержит подшипник качения, который установлен на первом или втором конце входной линии и который поддерживается пружиной.

8. Редуктор (10) по одному из предыдущих пунктов, в котором упомянутые первые и вторые средства (34) демпфирования являются идентичными.

9. Редуктор (10) по одному из предыдущих пунктов, в котором первые и вторые средства (34) демпфирования установлены с двух сторон от шестерни (20) входной линии (12).

10. Редуктор (10) по предыдущему пункту, в котором первые и вторые средства (34) демпфирования находятся на равном расстоянии от шестерни.

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