РЕДУКТОР С ДВУМЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ЛИНИЯМИ ДЛЯ ТУРБОВИНТОВОГО ДВИГАТЕЛЯ, ТУРБОВИНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ УПОМЯНУТЫЙ РЕДУКТОР Российский патент 2020 года по МПК F16H1/22 F16H1/48 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к общей области летательных аппаратов. В частности, оно касается редуктора с двумя промежуточными линиями для газотурбинного двигателя, такого как турбовинтовой двигатель.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Турбовинтовой двигатель содержит воздухозаборник, компрессоры, камеру сгорания, турбину, воздушный винт, а также редуктор. Редуктор, расположенный между турбиной и осью винта, используют для понижения скорости вращения винта по отношению к скорости вращения вала турбины, при этом упомянутая скорость вращения турбины является слишком высокой для питания упомянутого винта.

Существует несколько типов редукторов, таких как редукторы с эпициклоидными передачами, с цепными передачами, с червячными передачами, с промежуточными трансмиссионными линиями и т.д.

В турбовинтовом двигателе представляет особый интерес использование редуктора с двумя промежуточными линиями, так как такой редуктор обеспечивает большое понижение скорости в ограниченном пространстве и при контролируемой массе. Редуктор 1 с двумя промежуточными линиями схематично показан на фиг. 1. Как показано на фиг. 1, редуктор 1 содержит:

- входную линию 16, содержащую входную шестерню 10, установленную на входном валу а₁,

- первую промежуточную линию 17, содержащую первую промежуточную шестерню 11 и третью промежуточную шестерню 13, установленные на первом промежуточном валу а₂,

- вторую промежуточную линию 18, содержащую вторую промежуточную шестерню 12 и четвертую промежуточную шестерню 14, установленные на втором промежуточном валу а₃,

- выходную линию 19, содержащую выходную шестерню 15, установленную на выходном валу а₄.

Когда редуктор 1 используют в турбовинтовом двигателе, выходной вал а₄ выходной линии 19 является валом винта, а входной вал а₁ входной линии 16 является валом турбины. Таким образом, скорость вращения выходного вала а₄ оказывается пониженной по отношению к скорости вращения входного вала а₁. Для этого половина мощности входного вала а₁ должна проходить через каждый из промежуточных валов а₂ и а₃, чтобы, наконец, поступить на выходной вал а₄. Передача мощности происходит при помощи зацепляющихся между собой шестерен.

Однако такие редукторы являются гиперстатичными системами, то есть без каких-либо особых переделок промежуточная линия может пропускать основную часть мощности привода, тогда как другая промежуточная линия практически не пропускает мощности. Действительно, трудно обеспечить оптимальное зацепление между шестернями и соответственно равное распределение мощности входной шестерни 10 между первой промежуточной шестерней 11 и второй промежуточной шестерней 12 и, следовательно, между третьей промежуточной шестерней 13 и четвертой промежуточной шестерней 14. На фиг. 2 представлен фронтальный вид редуктора 1 с двумя промежуточными линиями, показанного на фиг. 1. Как показано на фиг. 2, даже если входная шестерня 10 входит в контакт с первой промежуточной шестерней 11 и с второй промежуточной шестерней 12 соответственно на уровне точек А и В, все равно трудно гарантировать, что на уровне точек С и D не будет никакого зазора. Следует отметить, что точки С и D соответствуют точкам контакта соответственно третьей промежуточной шестерни 13 с выходной шестерней 15 и четвертой промежуточной шестерни 14 с выходной шестерней 15.

Таким образом, существует потребность в так называемой системе «распределения нагрузок» или «распределения моментов», чтобы через каждую из промежуточных линий 17 и 18 гарантированно проходила половина мощности.

Например, в патентной заявке US №1351321А описана система распределения нагрузок за счет добавления степени вертикальной свободы для входной шестерни через прямоугольную деталь, которая может перемещаться скольжением в вертикальном направлении. Эта степень свободы позволяет упомянутой входной шестерне свободно располагаться вдоль вертикальной оси и обеспечивать таким образом хорошее распределение момента между промежуточными трансмиссионными линиями. Расположенная под прямоугольной деталью пружина сжатия компенсирует вертикальный эффект, связанный с весом шестерни.

Однако проблемой такой системы «распределения нагрузок» является то, что использование прямоугольной детали, установленной на пружине сжатия, является сложным в реализации и может снизить надежность редуктора. Кроме того, известная система не обеспечивает оптимального перемещения входной шестерни.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является упрощение и усовершенствование системы распределения нагрузок между двумя промежуточными линиями редуктора.

В качестве первого объекта изобретением предложен редуктор с двумя промежуточными линиями для турбовинтового двигателя, при этом упомянутый редуктор содержит:

- входную линию, содержащую входной вал с установленной на нем входной шестерней,

- первую промежуточную линию, содержащую первый промежуточный вал с установленной на нем первой промежуточной шестерней,

- вторую промежуточную линию, содержащую второй промежуточный вал с установленной на нем второй промежуточной шестерней,

- пружину, закрепленную на опоре,

при этом пружина окружает продольный участок входного вала для обеспечения перемещения входной шестерни в положение равновесия, соответствующее равному распределению передачи мощности, поступающей от входного вала, на первый промежуточный вал первой промежуточной линии и на второй промежуточный вал второй промежуточной линии.

Редуктор, являющийся первым объектом изобретения, позволяет решить вышеупомянутые проблемы.

Действительно, заявленный редуктор является более простым в изготовлении, чем известный редуктор, так как прямоугольная деталь, установленная на пружине сжатия, заменена единой пружиной. Использование пружины позволяет, таким образом, уменьшить число деталей при выполнении такой же функции.

Присутствие пружины, окружающей продольный участок входного вала, позволяет входной шестерне, установленной на входному валу, свободно перемещаться как в вертикальном, так и в боковом направлении. Действительно, момент между промежуточными линиями распределяется более эффективно, если входной вал с установленной на нем входной шестерней, имеет степень боковой свободы. Таким образом, если входная шестерня может свободно перемещаться в радиальном направлении, упомянутая входная шестерня располагается естественным образом в положении, в котором усилия зацепления первой промежуточной линии и усилия зацепления второй промежуточной линии взаимно уничтожаются. В этом положении равновесия моменты, передаваемые на первую и вторую промежуточную линии, являются равными.

Кроме признаков, упомянутых в предыдущем параграфе, заявленный редуктор может иметь один или несколько следующих дополнительных отличительных признаков, рассматриваемых отдельно или во всех технически возможных комбинациях.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, пружина, окружающая продольный участок входного вала, обеспечивает перемещение входного вала вдоль оси, по существу перпендикулярной к оси вращения входного вала.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, удержание пружины на опоре осуществляют за счет крепления первого участка упомянутой пружины на опоре.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, удержание пружины на опоре осуществляют за счет посадки упомянутой пружины в паз опоры.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, между входным валом и пружиной установлен подшипник качения, содержащий внутреннее кольцо и наружное кольцо.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, второй участок пружины закреплен на наружном кольце подшипника качения.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, внутреннее кольцо подшипника качения закреплено на входном валу.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, внутреннее кольцо подшипника качения закреплено на входном валу посредством запрессовки.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, пружина является спиральной.

Согласно не ограничительному варианту выполнения, опора является картером редуктора.

Вторым объектом изобретения является турбовинтовой двигатель, содержащий редуктор, являющийся первым объектом изобретения.

Изобретение и его различные варианты будут более понятны из нижеследующего описания и из прилагаемых к нему фигур.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Фигуры представлены в качестве иллюстраций не ограничительного примера изобретения.

На этих фигурах:

Фиг. 1 (уже описана) изображает схему редуктора с двумя промежуточными линиями, вид в изометрии.

Фиг. 2 (уже описана) - схему редуктора, показанного на фиг.1, вид спереди.

Фиг. 3 - схематичный вид в разрезе входной линии редуктора согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 4 - вид в разрезе по оси АА входной линии, показанной на фиг. 3.

Фиг. 5 - схематичный вид пружины согласно варианту выполнения изобретения, когда упомянутая пружина подвергается деформации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Если только не указано иное, один и тот же элемент на разных фигурах имеет одинаковое обозначение.

Изобретение относится к редуктору 1 с двумя промежуточными линиями, обеспечивающему оптимальное распределение нагрузок между упомянутыми промежуточными линиями.

В турбовинтовом двигателе редуктор 1, установленный между турбиной и винтом, используют для понижения скорости вращения вала винта по отношению к скорости вращения вала турбины.

На фиг. 1 схематично представлен принцип редуктора 1 с двумя промежуточными линиями, при этом такой редуктор 1 содержит:

- входную линию 16,

- первую промежуточную линию 17,

- вторую промежуточную линию 18,

- выходную линию 19.

Входная линия 16 содержит входной вал а₁, на котором установлена входная шестерня 10, при этом входной вал а₁ соответствует валу турбины турбовинтового двигателя (не показан). Входная шестерня 10 зацепляется с первой промежуточной шестерней 11 и с второй промежуточной шестерней 12, установленными соответственно на первом промежуточном валу а₂ и на втором промежуточном валу а₃. Первая промежуточная шестерня 11, установленная на первом промежуточному валу а₂, и вторая промежуточная шестерня 12, установленная на втором промежуточном валу а₃, образуют соответственно первую промежуточную линию 17 и вторую промежуточную линию 18. Первая промежуточная линия 17 содержит третью промежуточную шестерню 13, установленную на первом промежуточному валу а₂, и вторая промежуточная линия 18 содержит четвертую промежуточную шестерню 14, установленную на втором промежуточном валу а₃. Выходная линия 19 содержит выходную шестерню 15, установленную на выходном валу а₄, при этом упомянутый выходной вал а₄ соответствует валу винта турбовинтового двигателя (не показан). Выходная шестерня 15 зацепляется с третьей промежуточной шестерней 13 и с четвертой промежуточной шестерней 14.

Следует отметить, что входная линия 16, первая промежуточная линия 17, вторая промежуточная линия 18, а также выходная линия 19 обычно установлены в картере 25 редуктора 1.

Когда входная шестерня 10 приводится во вращение вокруг первой оси х₁ при помощи входного вала а₁, упомянутая входная шестерня 10, зацепляющаяся с первой промежуточной шестерней 11 и с второй промежуточной шестерней 12, приводит во вращение упомянутые промежуточные шестерни 11 и 12 соответственно вокруг второй оси х₂ и вокруг третьей оси х₃. Действительно, входная линия 16 передает свою мощность на первую промежуточную линию 17 и на вторую промежуточную линию 18. Следует отметить, что первая промежуточная шестерня 11 и вторая промежуточная шестерня 12 имеют диаметр d2 и число зубьев, соответственно меньшие диаметра d1 и числа зубьев входной шестерни 10. Вращение первого промежуточного вала а₂, вращаемого первой промежуточной шестерней 11, приводит к вращению третьей промежуточной шестерни 13. Точно так же, вращение второго промежуточного вала а₃, вращаемого второй промежуточной шестерней 12, приводит к вращению четвертой промежуточной шестерни 14. Следует отметить, что согласно варианту выполнения, представленному на фиг. 2, третья промежуточная шестерня 13 и четвертая промежуточная шестерня 14 имеют диаметр d3 и число зубьев, соответственно меньшие диаметра d2 и числа зубьев первой промежуточной шестерни 11 и второй промежуточной шестерни 12. Зацепление третьей промежуточной шестерни 13 и четвертой промежуточной шестерни 14 с выходной шестерней 15 обеспечивает вращение упомянутой выходной шестерни 15, а также вращение выходного вала а₄ вокруг четвертой оси х₄ вращения.

Диаметр d4 выходной шестерни 15 больше диаметра d3 третьей и четвертой промежуточных шестерен 13 и 14. Использование зубчатых шестерен с разными диаметрами позволяет изменять скорость вращения выходного вала а₄ по отношению к скорости вращения входного вала а₁, чтобы понижать скорость выходного вала а₄ (вал винта) по отношению к входному валу а₁ (вал турбины).

На фиг. 3 представлен вид в осевом разрезе входной линии 16 упомянутого редуктора 1 согласно варианту выполнения изобретения. Действительно, система распределения нагрузок расположена на уровне входной линии 16 редуктора 1.

Как показано на фиг. 3, продольный участок 29 входного вала а₁ установлен в картере 25 редуктора 1 через отверстие 31 упомянутого картера 25. Согласно варианту выполнения, представленному на фиг. 3 и 4, картер 25 имеет паз 30 для установки упомянутого продольного участка 29, а также подшипника 20 качения и пружины 24. Кроме того, согласно варианту выполнения, один конец (на фигурах не показан) входного вала а₁ удерживается системой, обеспечивающей свободное вращение входного вала а₁. Согласно варианту выполнения, упомянутая система, обеспечивающая свободное вращение входного вала а₁, образована поворотными шлицами.

Как было указано выше, продольный участок 29 входного вала а₁ заходит в паз 30 картера 25, при этом упомянутый участок 29 окружен подшипником 20 качения, который, в свою очередь, окружен пружиной 24. Паз 30 закрывают крышкой 32, закрепляемой на стенках паза 30 при помощи средств 28 крепления.

Подшипник 20 качения состоит из наружного кольца 23 и внутреннего кольца 22, между которыми расположены шарики 21. Внутреннее кольцо 22 закреплено вокруг продольного участка 29 входного вала а₁. Согласно варианту выполнения, подшипник 20 качения закреплен на входному валу а₁ посредством запрессовки.

Пружина 24 окружает наружное кольцо 23 подшипника 20 качения. Согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 5, первый конец 27 (показан на фиг. 5) пружины 24 закреплен на наружном кольце 23 подшипника 20 качения. Кроме того, согласно варианту выполнения, второй конец 28 (показан на фиг. 5) закреплен на картере 25 редуктора 1. Согласно другому варианту выполнения, первая часть закреплена на картере 25, а вторая часть - на наружном кольце 23. Под «частью» пружины 24 следует понимать участок пружины 24 за исключением первого конца 27 и второго конца 28 упомянутой пружины 24.

Кроме того, согласно варианту выполнения, пружина 24 имеет жесткость кручения, позволяющую блокировать вращение наружного кольца 23 подшипника 20 качения. Согласно варианту выполнения, жесткость кручения пружины 24 больше радиальной жесткости упомянутой пружины 24, чтобы обеспечивать радиальное перемещение входной шестерни 10. Меньшая радиальная жесткость пружины 24 позволяет входной шестерне 10 располагаться свободно и, таким образом, обеспечивать хорошее распределение момента между промежуточными линиями 17 и 18. Следует отметить, что жесткость кручения и радиальная жесткость пружины 24 могут меняться в зависимости от применения.

Таким образом, если входная шестерня 10 располагается неправильно, что приводит к плохой передаче мощности от входной линии 16 между первой промежуточной линией 17 и второй промежуточной линией 18, упомянутая входная шестерня 10 перемещается естественным образом, восстанавливая положение равновесия, обеспечивающее равное распределение мощности между промежуточными линиями 17 и 18. Следует отметить, что плохая передача мощности от входной линии 16 на промежуточные линии 17 и 18 приводит к тому, что одна промежуточная линия оказывается под большей нагрузкой, чем другая. Момент, проходящий через наиболее нагруженную промежуточную линию, в этом случае больше, чем на другой промежуточной линии, следовательно, усилие, создаваемое упомянутым моментом на входной шестерне 10, оказывается более значительным с одной стороны, чем с другой.

Присутствие пружины 24, окружающей продольный участок 29 входного вала а₁, позволяет входной шестерне 10 свободно перемещаться как в вертикальном, так и в боковом направлении. Когда входная шестерня 10 перемещается, чтобы занять положение равновесия, пружина 24, закрепленная на картере 25 и на наружном кольце 23 подшипника 20 качения, деформируется. Следует отметить, что момент между промежуточными линиями 17 и 18 распределяется более эффективно, когда, кроме степени вертикальной свободы, входной вал а₁, на котором установлена входная шестерня 10, имеет также степень боковой свободы. Действительно, если входная шестерня может свободно перемещаться в радиальном направлении, упомянутая входная шестерня 10 располагается естественным образом в положение, в котором усилия зацепления первой промежуточной линии 17 и усилия зацепления второй промежуточной линии 18 взаимно уничтожаются. В этом положении равновесия моменты, передаваемые на первую и вторую промежуточные линии 17 и 18, являются равными.

На фиг. 5 представлен пример деформации пружины 24, когда входной вал а₁ и, следовательно, входная шестерня 10 располагаются ненадлежащим образом. Как показано на фиг. 5, пружина 24 деформируется вертикально (вдоль оси у, показанной на фиг. 4): сжимается на одной части пружины 24 и вытягивается на уровне другой части пружины 24, то есть входной вал а₁ (не показан) и, следовательно, входная шестерня 10 перемещаются вертикально (вдоль оси у). Следует отметить, что деформацию пружины 24 можно также получать в других направлениях, отличных от вертикального, при этом пружина 24 обеспечивает перемещение входного вала а₁ вдоль любой оси, по существу перпендикулярной к оси вращения х₁ входного вала а₁.

В состоянии равновесия усилия на входной шестерне 10, связанные с моментами на промежуточных линиях 17 и 18, взаимно уничтожаются, то есть моменты на упомянутых промежуточных линиях 17 и 18 являются равными.

Группа изобретений относится к авиастроению. Редуктор с двумя промежуточными линиями для турбовинтового двигателя содержит входную линию, содержащую входной вал с установленной на нем входной шестерней, первую промежуточную линию, содержащую первый промежуточный вал с установленной на нем первой промежуточной шестерней, вторую промежуточную линию, содержащую второй промежуточный вал с установленной на нем второй промежуточной шестерней, пружину, закрепленную на опоре. Пружина окружает продольный участок входного вала для обеспечения перемещения входной шестерни в положение равновесия, соответствующее равному распределению передачи мощности, поступающей от входного вала, на первый промежуточный вал первой промежуточной линии и на второй промежуточный вал второй промежуточной линии. Также заявлен турбовинтовой двигатель, содержащий указанный редуктор. Обеспечивается улучшенное распределение нагрузок двух промежуточных линий редуктора. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Редуктор (1) с двумя промежуточными линиями (17, 18) для турбовинтового двигателя, при этом упомянутый редуктор (1) содержит:

- входную линию (16), содержащую входной вал (а₁) с установленной на нем входной шестерней (10),

- первую промежуточную линию (17), содержащую первый промежуточный вал (а₂) с установленной на нем первой промежуточной шестерней (11),

- вторую промежуточную линию (18), содержащую второй промежуточный вал (а₃) с установленной на нем второй промежуточной шестерней (12),

- пружину (24), закрепленную на опоре (25),

отличающийся тем, что пружина (24) окружает продольный участок (29) входного вала (а₁) для обеспечения перемещения входной шестерни (10) в положение равновесия, соответствующее равному распределению передачи мощности, поступающей от входного вала (а₁), на первый промежуточный вал (а₂) первой промежуточной линии (17) и на второй промежуточный вал (а₃) второй промежуточной линии (18).

2. Редуктор (1) по п. 1, отличающийся тем, что пружина (24), окружающая продольный участок (29) входного вала (а₁), обеспечивает перемещение входного вала (а₁) вдоль оси, по существу перпендикулярной к оси (х₁) вращения входного вала (а₁).

3. Редуктор (1) по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что между входным валом (а₁) и пружиной (24) установлен подшипник (20) качения, содержащий внутреннее кольцо (22) и наружное кольцо (23).

4. Редуктор (1) по п. 3, отличающийся тем, что первый конец (27) пружины (24) закреплен на наружном кольце (23) подшипника (20) качения.

5. Редуктор (1) по любому из пп. 3, 4, отличающийся тем, что внутреннее кольцо (22) подшипника (20) качения закреплено на входном валу (а₁).

6. Редуктор (1) по п. 5, отличающийся тем, что внутреннее кольцо (22) подшипника (20) качения закреплено на входном валу (а₁) посредством запрессовки.

7. Редуктор (1) по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что пружина (24) является спиральной.

8. Редуктор (1) по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что удержание пружины (24) на опоре (25) осуществляют за счет крепления второго конца (28) упомянутой пружины (24) на опоре (25).

9. Редуктор (1) по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что удержание пружины (24) на опоре (25) осуществляют за счет посадки упомянутой пружины (24) в паз (30) опоры (25).

10. Редуктор (1) по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что опора (25) является картером (25) редуктора (1).

11. Турбовинтовой двигатель, отличающийся тем, что содержит редуктор (1) с промежуточными линиями по любому из пп. 1-10.