РЕДУКТОР ЧИСЛА ОБОРОТОВ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЛИНИЕЙ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2020 года по МПК F16H1/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к редуктору числа оборотов с двумя промежуточными линиями передачи, в частности, к редуктору для турбомашины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Турбомашина может включать в себя один или несколько механических редукторов числа оборотов. Это, в частности, случай турбовинтового двигателя, воздушный винт которого приводится во вращение валом турбины посредством редуктора числа оборотов.

Имеется несколько типов редукторов числа оборотов, например, редукторы с эпициклической зубчатой передачей, редукторы с цепной передачей, редукторы с червячной передачей, редукторы с промежуточными линиями передачи, и т.д.. Настоящее изобретение относится, главным образом, к редуктору с промежуточными линиями передачи (также называемому составному редуктору, или "комбинированному" редуктору).

В данной области техники, редуктор числа оборотов такого типа включает в себя одну входную линию и одну выходную линию, приводимую в движение входной линией посредством двух промежуточных линий передачи. Мощность, передаваемая входной линией, разделяется между промежуточными линиями до ее передачи на выходную линию. Промежуточные линии передачи параллельны друг другу и каждая из них обычно содержит вал, несущий входную шестерню, зацепляющуюся с входной линией и одной выходной шестерней, зацепляющейся с выходной линией. Варьируя число зубцов различных шестерен, оказывается возможным получить определенное передаточное отношение между входной линией и выходной линией. Эта архитектура позволяет получить редукцию числа оборотов в ограниченном пространстве и при контролируемой массе.

По существу, редуктор этого типа представляет собой гиперстатическую систему. Без какого-либо специального приспособления, можно сделать так, чтобы промежуточная линия передавала большую часть мощности двигателя, тогда как другая промежуточная линия практически не передавала бы мощности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает, в частности, ввести в редуктор этого типа средство распределения нагрузок для приближения к равномерному распределению мощности между двумя промежуточными линиями.

В частности, изобретение реализуется посредством редуктора числа оборотов с двумя промежуточными линиями передачи, в частности, для турбомашины, включающими в себя входную линию и выходную линию, приводимую в движение входной линией посредством упомянутых промежуточных линий, эти промежуточные линии по существу параллельны оси вращения входной линии, вышеупомянутый редуктор включает в себя дополнительное средство распределения нагрузок между промежуточными линиями, отличающегося тем, что вышеупомянутые средство распределения включает в себя шестерню, жестко связанную с валом входной линии, входной линии, поступательно перемещающейся вдоль вышеупомянутой оси и содержащей два венца с внешними спиральными зубцами, причем спирали ориентированы в противоположных направлениях, каждая из которых соответственно взаимодействует с шестерней промежуточной линии.

Известно, что передача вращающего момента зубчатым механизмом со спиральными зубцами порождает осевые усилия, которые по существу пропорциональны передаваемым вращающим моментам. Зубчатые спирали двух венцов ориентированы в противоположных направлениях, и осевые усилия, приложенные к входной линии посредством промежуточных линий, направлены в противоположных направлениях, соответственно. Результирующее усилие для этих осевых усилий перемещает входную линию к шестерне вторичной линии, которой передается наиболее слабый вращающий момент. Это перемещение, осуществляющееся в направлении, противоположном направлению наименьшего усилия, выравнивает люфты для данной промежуточной линии и выравнивает передаваемые вращающие моменты. Таким образом, осевое перемещение шестерни, в то же самое время, что и перемещение входной линии, автоматически выравнивает вращающие моменты, передаваемые на промежуточные линии.

В соответствии с различными вариантами изобретения, которые могут рассматриваться вместе или раздельно, имеем следующее:

- вышеупомянутые шестерни, связанные с промежуточными линиями закреплены с возможностью поступательного перемещения параллельно оси;

- оба венца с внешними спиральными зубцами имеют углы наклона спирали по существу равные по абсолютному значению;

- оба венца с внешними спиральными зубцами имеют одинаковый диаметр;

- оба венца с внешними спиральными зубцами, примыкают друг к другу, образуя шевроны;

- оба венца с внешними спиральными зубцами имеют по существу одинаковое расширение вдоль оси вращения; осевое расширение шестерни позволяет перемещаться только единственному элементу, так, чтобы обеспечить простое, эффективное и надежное разъединение

- спирали каждого венца с внешними спиральными зубцами ориентированы так, чтобы, при передаче вращающих моментов, осевое усилие воздействовало на этот последний посредством шестерни, связанной с соответствующей промежуточной линией, в направлении другого венца с внешними спиральными зубцами.

Изобретение относится также к турбомашине, содержащей, по меньшей мере, такой редуктор числа оборотов.

Изобретение относится также к способу передачи моментов вращения, в частности, в турбомашине, посредством редуктора числа оборотов, содержащего входную линию, две промежуточные линии передачи, и выходную линию, приводимую в движение входной линией посредством упомянутых промежуточных линий, промежуточных линий, по существу параллельных оси вращения входной линии, способу, заключающемуся в регулировке осевого положения входной линии, вдоль вышеупомянутой оси, так, чтобы выровнять нагрузки между двумя промежуточными линиями. Предпочтительно, регулировка осевого положения входной линии выполняется автоматическим образом посредством редуктора, и является результатом выравнивания вращающих моментов, передаваемых входной линией на промежуточные линии, соответственно.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет лучше понято и другие детали, характеристики и преимущества изобретения яснее будут видны из чтения нижеследующего описания, приводимого в качестве не ограничительного примера и в связи с сопровождающими чертежами, на которых:

Фиг.1 изображает очень схематичный вид сбоку редуктора числа оборотов с двумя промежуточными линиями передачи,

Фиг.2 - очень схематичный вид спереди редуктора числа оборотов с двумя промежуточными линиями передачи,

Фиг.3 и 4 - схематичные частичные виды сверху редуктора вышеупомянутого типа в соответствии с изобретением, при этом Фиг.3 отображает неоднородное распределение нагрузок между промежуточными линиями и Фиг.4 отображает однородное распределение нагрузок между промежуточными линиями, и

Фиг.5 - очень схематичный вид осевого сечения входной линии, снабженной средством распределения нагрузок в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На Фиг.1 очень схематично показан редуктор 1 числа оборотов с двумя промежуточными линиями передачи, редуктор 1, содержащий по существу четыре детали: входную линию 2, выходную линию 3 и две промежуточные линии 4, 5 передачи, которые приводятся в движение входной линией 2 и, в свою очередь, приводят в движение выходную линию 3.

Различные детали 2, 3, 4, 5 редуктора 1 монтируются обычно в корпусе редуктора, который здесь не показан, и этот корпус содержит первое отверстие для пропускания входной линии 2 и ее соединения с первым элементом турбомашины, например, и второе отверстие для пропускания выходной линии 3 и ее соединения со вторым элементом турбомашины. Первый элемент - это, например, вал турбины турбомашины, и второй элемент - это приводной вал винта этой турбомашины, в случае если эта последняя представляет собой турбовинтовой двигатель.

Входная линия 2 включает в себя вал 6, несущий шестерню 7 с рядом внешних зубцов. Шестерня 7 и вал 8 располагаются коаксиально и вращаются вокруг одной и той же оси, обозначенной как B. В представленном примере, они приводятся в движение вдоль оси Ω вращения, противоположно часовой стрелке, валом турбомашины.

Выходная линия 3 включает в себя вал 8, несущий шестерню 9 с рядом внешних зубцов. Шестерня 9 и вал 8 располагаются коаксиально и вращаются вокруг одной и той же оси, обозначенной как A. Они вращаются здесь в том же самом направлении вращения U, что и шестерня 7 и вал 6 входной линии 2, но с другой скоростью.

Входная и выходная линии 2, 3 параллельны между собой. Их оси вращения B, и А, также параллельны.

Промежуточные линии 4, 5 передачи по существу параллельны. Каждая линия 4, 5 содержит вал 10, 11, который несет на себе входную шестерню 12, 13 на первом конце и выходную шестерню 14, 15 на втором конце. Выходные шестерни 14, 15 зацепляются с шестерней 9 выходной линии 3. Входные шестерни 12, 13 зацепляются с шестерней 7 входной линии 2. Шестерни 12, 13, 14, 15, имеют ряды внешних зубцов. Каждый вал 10, 11 и его шестерни 12, 13, 14, 15 располагаются коаксиально и вращаются вокруг одной и той же оси, обозначенной как C, D, параллельной осям A и B. Они вращаются в направлении, противоположном направлению Ω вращения вала 6 входной линии 2. Здесь, их скорости вращения по существу одинаковы, и шестерни 13, 14 имеют, соответственно, одинаковые отношения диаметра с соответствующими венцами 7a, 7b с внешними спиральными зубцами на шестерне 7.

Как объяснялось выше, этот тип редуктора 1 представляет собой гиперстатическую систему и возможно, что промежуточная линия, например, 10, пропускает большую часть мощности двигателя, тогда как другая промежуточная линия 11 практически совсем не пропускает мощности. Это плохое распределение мощности или нагрузок может быть вызвано люфтами между зубчатыми колесами. Например, как можно видеть на Фиг.2, хотя шестерни 14, 15 находятся в контакте в точках G, H с шестерней 9, и хотя шестерня 12 одной из промежуточных линий 4 находится в контакте в точке E с шестерней 7, оказывается затруднительным обеспечить отсутствие люфта в точке F, между шестерней 7 и шестерней 13 другой промежуточной линии 5.

Изобретение предлагает решение этой проблемы, снабжая редуктор 1 средством распределения нагрузок между промежуточными линиями 4, 5.

Общий принцип изобретения отображен на Фиг.3 и 4. В соответствии с изобретением, шестерня 7 содержит первый и второй венцы 7a, 7b с внешними спиральными зубцами, от оси вращения к оси B, каждый зацепляет, соответственно, шестерни 12, 13 промежуточных линий 10, 11, и эти последние показаны на чертежах слева и справа, соответственно. Кроме того, направления скручивания зубчатых спиралей обоих венцов 7a, 7b, противоположны друг другу.

Здесь, оба венца 7a, 7b со спиральными зубцами являются цилиндрическими, то есть, ряды зубцов сформированы на цилиндре. Кроме того, оба венца 7a, 7b с рядом зубцов имеют одинаковый диаметр. Таким образом, не является необходимым обеспечивать осевое перемещение шестерен промежуточных линий или перемещение промежуточных линий для получения возможности контакта с рядами зубцов шестерен промежуточных линий.

Шестерни 12, 13 промежуточных линий 4, 5 также имеют внешние спиральные ряды зубцов с шагом и направлением закручивания спирали, приспособленными для взаимодействия с соответствующим венцом 7a, 7b с рядом спиральных зубцов.

Как известно, функционирование зубчатого зацепления с рядами спиральных зубцов создает осевое усилие, изменяющееся по существу пропорционально передаваемому вращающему моменту. В представленном примере, в связи с Фиг.3, для направления Ω вращения вала 6, соответствующего тому, что указан на Фиг.1, передача вращающего момента на левую промежуточную линию 4 передачи создает осевое усилие f1, которое направлено наверх и прикладывается на уровне контакта E первого венца 7a с шестерней 12, тогда как передача вращающего момента на правую промежуточную линию 5 передачи создает осевое усилие f2, которое, направлено вниз и прикладывается на уровне контакта F второго венца 7b с шестерней 13.

В соответствии со вторым объектом изобретения, показанном на Фиг.4, шестерня 7 здесь является подвижной вдоль оси В входной линии 2, относительно корпуса редуктора 1, не показанного. Что касается шестерней 12, 13 промежуточных линий 4, 5, то они закреплены относительно упомянутого корпуса. В представленном примере, шестерня 7 жестко связана с валом 6, опорные подшипники 16, 17, размещенные на оси с одной и с другой стороны шестерни 7, поддерживают ось 6 с центром на оси В входной линии, при этом позволяя ей перемещаться вдоль оси.

Например, в связи с Фиг.5, внутренняя втулка 18a, 18b каждого опорного подшипника 16, 17 жестко связана с валом 6, тогда как внешняя втулка 19a, 19b закреплена относительно корпуса, не показанного. В качестве примера, внешняя втулка 19a, 19b гладкая, и вращающиеся элементы, предпочтительно ролики 20a, 20b, позволяют осевые движения внутренней втулки 18a, 18b с осевым скольжением во внешней втулке 19a, 19b.

Для передачи вращающего момента на входную линию 2 редуктора, конец вала 6 включает в себя, например, выемки 21, зацепляемые в дополнительных выемках 22 муфты 23 соединения входной линии 2 редуктора 1 к валу турбины, не показанной. Выемки позволяют также шестерне 7 перемещаться относительно вала турбины. Эта осевая свобода может также обеспечиваться дополнительным гибким элементом.

В связи с Фиг.3, если одна из промежуточных линий, например, левая 4, более нагружена, то это означает, что передаваемый этой промежуточный линией 4 вращающий момент больше, чем на другой промежуточной линии 5, то есть, усилие f1, порождаемое левой промежуточной линией 4 на шестерне 7 входной линии 2 больше, чем усилие f2, порождаемое правой промежуточной линией 5. Это создает осевое результирующее усилие, ориентированное наверх и прикладываемое к шестерне 7 входной линии 2, что вызывает осевое перемещение входной линии 2 наверх, по направлению к правой шестерне 13, которая подвергается действию более слабого вращающего момента.

Этот перемещение позволяет выровнять люфты на уровне входной линии. В представленном примере, если усилие f2, воздействующее посредством шестерни 13 правой промежуточной линии 5, меньше, чем таковое для левой промежуточной линии 4, шестерня 7 входной линии 2 будет перемещаться наверх и, таким образом, прижимать зубцы второго спирального венца 7a к таковым для правой шестерни 13, позволяя шестерне 7 передавать больший вращающий момент на правую промежуточную линию 5. Относительно Фиг.4, при выравнивании, усилия f1, f2 на шестерне 7, вызванные вращающими моментами на промежуточных линиях 4, 5, аннулируются, то есть, вращающие моменты, передаваемые на промежуточные линии 4, 5 оказываются равными.

В настоящем примере, венцы 7a, 7b шестерней 7 входной линии отдалены вдоль оси и их зубцы имеют по существу одинаковое осевое расширение. Вместе с тем, этот пример не является ограничительным. В частности, оба венца с рядами спиральных зубцов могут примыкать друг к другу и образовывать, таким образом, единственный ряд зубцов на шевронах на входной шестерне 7. Шестерни 12, 13 промежуточные линий 4, 5 также могут быть несколько смещены по отношению к венцам 7a, 7b с рядами зубцов и/или могут быть более суженными вдоль оси, так, чтобы перемещение входной линии 2 не приводило бы их в контакт с венцами 7a, 7b с рядами зубцов, зацепляясь с шестерней другой промежуточной линии.

В соответствии с другим преимуществом изобретения, как можно видеть из Фиг.4, точки E, F приложения осевых усилий f1, f2, отдалены вдоль оси. Они создают вращающий момент в соответствии с осью, перпендикулярной оси В входной линии 2. Усилия, порождаемые этим вращающим моментом, компенсируются на уровне опорных подшипников 17, 18, что позволяет нагрузить подшипники качения. Таким образом, удается избежать проблем скольжения вращающихся элементов 20a, 20b в опорных подшипниках 17, 18.

Пример представленного варианта реализации не является ограничительным, в частности, ни в том, что касается геометрических параметров шестерен 7, 12, 13, действующих в процессе распределения нагрузок, ни относительно передаваемых вращающих моментов на каждую промежуточную линию 4, 5 посредством входной линии 2. Этот пример иллюстрирует способ передачи вращающих моментов вращения, посредством редуктора (1) числа оборотов "составного" типа, заключающийся в регулировке осевого положения входной линии (2) так, чтобы выровнять нагрузки между двумя промежуточными линиями (4, 5). В таком способе, осевое перемещение входной линии 2 является результатом выравнивания вращающих моментов, передаваемых входной линией (2) на промежуточные линии (4, 5), соответственно. Это оказывается возможным, в частности, благодаря существованию осевого усилия (f1, f2), действующего на входную линию (2) каждой промежуточной линией (4, 5), возрастающего в зависимости от передаваемого вращающего момента и ориентированного различным образом для каждой промежуточной линии, соответственно, тогда как вышеупомянутый передаваемый вращающий момент является возрастающей функцией осевого перемещения d, входной линии (2) в направлении, противоположном упомянутому осевому усилию (f1, f2).

Группа изобретений относится к редукторам для турбомашин. Редуктор числа оборотов, в частности для турбомашины, содержит две промежуточные линии (4, 5) передачи, содержащие входную линию (2) и выходную линию (3), управляемую входной линией посредством упомянутых промежуточных линий, по существу параллельных оси (B) вращения входной линии (2), средство распределения нагрузок между промежуточными линиями (4, 5). Средство распределения содержит шестерню (7), жестко прикрепленную к валу (6) входной линии, имеющей возможность поступательного перемещения вдоль вышеупомянутой оси (B) и содержащей два венца (7a, 7b) с внешними спиральными зубцами, спирали которых ориентированы в противоположных направлениях, каждый из которых зацепляется соответственно с шестерней (12, 13) промежуточной линии (4, 5). Также заявлена турбомашина, содержащая редуктор числа оборотов, и способ распределения нагрузок в таком редукторе. Обеспечивается равномерное распределение мощности между двумя промежуточными линиями. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Редуктор (1) числа оборотов с двумя промежуточными линиями (4, 5) передачи, в частности для турбомашины, включающими в себя входную линию (2) и выходную линию (3), приводимую в движение входной линией посредством упомянутых промежуточных линий, при этом промежуточные линии по существу параллельны оси (B) вращения входной линии (2), причем редуктор дополнительно содержит средства распределения нагрузок между промежуточными линиями (4, 5), отличающийся тем, что средства распределения содержат шестерню (7), жестко связанную с валом (6) входной линии, при этом входная линия выполнена с возможностью поступательного перемещения вдоль вышеупомянутой оси (B) и содержит два венца (7a, 7b) с внешними спиральными зубцами, причем спирали ориентированы в противоположных направлениях, каждая из которых взаимодействует, соответственно, с шестерней (12, 13) промежуточной линии (4, 5).

2. Редуктор (1) числа оборотов по п. 1, в котором шестерни (12, 13), связанные с промежуточными линиями (4, 5), закреплены без возможности поступательного перемещения параллельно оси (B).

3. Редуктор (1) числа оборотов по п. 1 или 2, в котором оба венца (7a, 7b) с внешними спиральными зубцами имеют углы наклона спирали по существу равные по абсолютному значению.

4. Редуктор (1) числа оборотов по п. 1, в котором оба венца (7a, 7b) с внешними спиральными зубцами имеют одинаковый диаметр.

5. Редуктор (1) числа оборотов по п. 4, в котором оба венца (7a, 7b) с внешними спиральными зубцами примыкают друг к другу, образуя шевронное колесо.

6. Редуктор числа оборотов по п. 1, в котором оба венца (7a, 7b) с внешними спиральными зубцами имеют по существу одинаковую протяженность вдоль оси (B) вращения.

7. Редуктор числа оборотов по п. 1, в котором спираль каждого венца (7a, 7b) с внешними спиральными зубцами выполнена так, чтобы при передаче вращающего момента осевое усилие (f1, f2) воздействовало на этот венец посредством шестерни (12, 13), связанной с соответствующей промежуточной линией, по направлению к другому венцу (7b, 7a) с внешними спиральными зубцами.

8. Турбомашина, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один редуктор (1) числа оборотов по одному из предыдущих пунктов.

9. Способ передачи момента вращения, в частности в турбомашине, посредством редуктора (1) числа оборотов, содержащего входную линию (2), две промежуточные линии (4, 5) передачи и выходную линию (3), приводимую в движение входной линией посредством упомянутых промежуточных линий, причем промежуточные линии (4, 5) по существу параллельны оси (B) вращения входной линии (2), при этом способ содержит этап регулировки осевого положения входной линии (2) вдоль оси (B) так, чтобы выровнять нагрузки между двумя промежуточными линиями (4, 5).

10. Способ передачи вращающих моментов вращения по п. 9, в котором регулировка осевого положения входной линии (2) выполняется автоматически посредством редуктора (1) и является результатом выравнивания вращающих моментов, передаваемых входной линией (2) на промежуточные линии (4, 5) соответственно.