Узел соединения валов Советский патент 1992 года по МПК F16D41/04 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к авиационным газотурбинным двигателям (ГТД).

Известен угол соединения валов, например ротора воздушно-турбинного стартера с ротором авиационного ГТД, содержащий обгонную кулачковую муфту в виде соосно установленных в корпусе на соединяемых валах ведущей и ведомой полумуфт с торцевыми кулачками. Ведущая полумуфта выполнена составной из втулки и охватывающей ее обоймы Обойма связана с валом посредством шлицев с возможностью ограниченного относительного окружного перемещения. Втулка связана с валом посредством шлицев, а с обоймой - посредством винтового соединения и подпружинена относительно вала тарельчатыми пружинами

Узел содержит также тормозное устройство ведущей полумуфты, выполненное в виде тормозного барабана, жестко установленного на обойме и подпоужиненных тор- мозных элементов в виде сухарей

рэдиально расположенных снаружи барабана в отверстиях неподвижного сепзрз о- ра, с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью тормозного барабана.

Ведущая полумуфта постоянно подторможена тормозным устройством. Поэтому она не может перемещаться в продольном направлении при неработающем стартере, что исключает контакт кулачков полумуфт на работающем двигателе.

При запуске ГТД, после включения стартера и поворота его ротора, подторможенная ведущая полумуфта, отставая от вала стартера, перемещается винтовым соединением в продольном направлении и сцепляется с ведомой полумуфтой, после чего начинает вращать ротор двигателя.

После выключения стартера кулачки обгоняющей ведомой полумуфты скошенной тыльной стороной давят, на скошенную тыльную сторону кулачков ведущей полумуфты и выталкивают их из зацепления. При этом ударные нагрузки снижаются за счет возможности осевого смещения ведущей полумуфты при сжатии тарельчатых пружин. Поскольку ведущая полумуфта всегда подторможена, то она, отставая от выбегающего ротора стартера, перемещается винтовым соединением в сторону вращающейся с большей частотой полумуфты. В результате происходит удар кулачков полумуфт и ведущая полумуфта снова выталкивается ведомой полумуфтой. Такие соударения кулачков полумуфты происходят до полной остановки ротора стартера. Это вызывает износ кулачков полумуфт и соответствующее уменьшение долговечности муфты.

Другой недостаток такой муфты - ударное сцепление кулачков полумуфт при стар- терном запуске двигателя с вращающимся ротором авторотмрующего двигателя (встречный запуск двигателя).

Целью изобретения является повышение долговечности путем снижения износа кулачков на малой частоте вращения.

Еще одна цель изобретения - уменьшение ударных нагрузок на кулачки при вращающейся ведомой полумуфте.

Это достигается тем, что обгонная кулачковая муфта в виде соосно установленных в корпусе на соединяемых валах ведущей и ведомой полумуфт с торцевыми кулачками, причем ведущая полумуфта выполнена составной из втулки и охватывающей ее обоймы, обойма связана с валом посредством шлицев с возможностью ограниченного относительного окружного перемещения, втулка связана с валом

посредством шлицев я с. обоймой - посредством винтового соединения и подпружинена относительно вала, а также тормозное устройство ведущей полумуфгы, выполненное в виде тормозного барабана и подпружиненных тормозных элементов, установленных с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью тормозного барабана, снабжена сепаратором, жестко

0 закрепленным на обойме, тормозной барабан закреплен на корпусе, а тормозные элементы выполнены в виде центробежных грузиков и закреплены в сепараторе с возможностью поворота.

5Узел соединения валов может быть

снабжен дополнительным тормозным барабаном, закрепленным на ведомой полумуфте концентрично первому барабану, с возможностью взаимодействия центробе,+ 0 ных грузиков с его внутренней поверхно

СТЬЮ.

На фиг. 1 изображен продольный угла соединения валов авиационного ГГД, на фиг.2 - частичный поперечный разрез

5 А-А на фиг.1; на фиг.З - продольный разрез с дополнительным тормозным барабаном на фиг,4 - частичный поперечным разрез по шлицевому соединению обоймы ведущей полумуфты с ведущим валом.

0Узел соединения валов содержит обгонную кулачковую муфту в виде соосно установленных в корпусе 1 на соединяемых валах ведущей 2 и ведомой 3 полумуфт с торцевыми,кулачками 4 одинакового профи5 ля. Ведущая полумуфта 2 выполнена составной из втулки 5 и охватывающей ее обоймы 6. Обойма б связана с ведущим валом 7 посредством шлицев 8 с возможностью ограниченного относительного окружного пе0 ремещения, например, с помощью срезанных через одну шлиц 8 (см фиг.4). Втулка 5 связана с валом 7 посредством шлицев 9, выполненных в хвостовике 10, жестко закрепленном внутри вала 7 С обэй5 мой 6 втулка 5 связана посредством винтового соединения 11 и подпружинена относительно вала 7, например тарельчатыми пружинами 12. Винтовое соединение 11 продольного перемещения ведущей полу0 муфты.2 содержит три винтовые канавки прямоугольного поперечного сечения и входящие в них три ответных винтовых выстурз втулки 5.

Тормозное устройство ведущей полу5 муфты 2 выполнено в виде тормозного барабана 13 и подпружиненных пружинами 14 тормозных элементов в виде центробежных грузиков 15, закрепленных в сепараторе 16 с возможностью поворота на осях 17 и взаимодействия с наружной поверхностью тормозного барабана 13. Сепаратор 16 жестко закреплен на обойме 6, а тормозной барабан 13 закреплен на корпусе 1.

Узел соединения валов может быть снабжен дополнительным тормозным барабаном 18, закрепленным на ведомой полумуфте 3 концентрично барабану 13, с возможностью взаимодействия центробежных грузиков 15с внутренней поверхностью барабана 18.

Узел соединения валов работает следующим образом.

Для запуска ГТД подается сжатый воздух на воздушную турбину стартера, ротор которой начинает поворачиваться. Вращение от ротора турбины передается на вал 7, хвостовик 10 и втулку 5. Выступы соединения 11 на втулке 5, перемещаясь по винтовым канавкам обоймы 6, перемещают ее в сторону неподвижной ведомой полумуфты 3, так как ведущая полумуфта 2 в начальный момент не поворачивается ввиду того, что она подторможена через тормозной барабан 13, к которому прижаты подпружиненные грузики 15. Кроме того, ее удерживает от поворота в начальный момент собственный момент инерции.

При продольном перемещении ведущей полумуфты 2 ее кулачки 4 входят в зацепление с кулачками неподвижной ведомой полумуфты 3. Такое выдвижение полумуфты 2 продолжается до упора рабочих сторон силовых шлиц 8 вала 7 и ведущей полумуфты 2. После этого крутящий момент передается от вала 7 на ведущую полумуфту

2,затем через торцовые кулачки 4 на ведомую полумуфту 3, кинематически соединенную с ротором ГТД, который начинает вращаться.

При достижении заданной частоты вращения ведущей полумуфты (например, 300 об/мин) центробежная сила грузиков 15 сжимает пружины 14 и грузики отрываются от тормозного барабана 13,поворачиваясь на осях 17. Расторможенная ведущая полумуфта 2 остается в сцеплении с ведомой полумуфтой 3 за счет трения в шлицах 8 и кулачках 4 полумуфт.

При разгоне стартера момент инерции полумуфты 2 также продолжает отжимать ее в сторону ведомой полумуфты 3.

После запуска двигателя выключается подача сжатого воздуха на турбину стартера и его ротор замедляет вращение, вращаясь по инерции. Ведущая полумуфта 2 начинает отставать от ведомой полумуфты

3.При этом кулачки 4 ведомой полумуфты 3 скошенной тыльной стороной давят на скошенную сторону соответствующих кулачков ведущей полумуфты 2 и выталкивают последнюю в продольном направлении из зацепления с ведомой полумуфтой 3.

Так как грузики 15 отжаты от тормозного барабана 13 центробежной силой, то ведущая полумуфта 2, стремясь поддействием момента инерции обогнать останавливающийся ротор стартера, винтовыми канавками обойма 6 поворачивается на выступах втулки 5. При этом она смещается от ведо0 мой полумуфты 3. Такое смещение продолжается до момента упора нерабочих сторон шлиц 8 полумуфты и вала 7. После этого ведущая полумуфта 2 выбегает вместе с ротором стартера. Кулачки 4 полумуфт не

5 контактируют между собой.

В конце выбега ротора стартера пружины 14, преодолевая уменьшающуюся центробежную силу грузиков 15, прижимают последние к поверхности тормозного ба0 рабана 13. Подторможенная ведущая полумуфта 2 перемещается в сторону ведомой полумуфты 2 до контакта кулачков 4 полумуфт. Но такие соударения неопасны, так как сила ударов на малой скорости вра5 щения незначительна. Кроме того, сила ударов кулачков ограничена силой затяжки тарельчатых пружин 12, позволяющих ведущей полумуфте 2 смещаться по шлицам 9 хвостовика 10, амортизируя тем самым силу

0 ударов кулачков полумуфт.

При неподвижной ведущей полумуфте 2 сила трения подпружиненных грузиков 15 о поверхность тормозного барабана 13 удерживает ее от продольного смещения, пред5 отвращая тем самым контакт ее кулачков с кулачками постоянно вращающейся при работе двигателя ведомой полумуфты 3.

При стартерном запуске авторотирую- щего ротора ГТД, после включения стартера

0 ведущая полумуфта 2. как описано выше, выдвигается винтовым соединением 11 в сторону ведомой полумуфты 3. Поскольку скорость ведомой полумуфты 3 больше скорости ведущей полумуфты 2, то ведомая по5 лумуфта 3 скошенной тыльной стороной кулачков 4 выталкивает ведущую полумуфту 2. не давая ей войти в зацепление. При этом ведущая полумуфта 2 под действием распрямляющихся тарельчатых пружин 12 и за

0 счет работы винтового соединения 11. при подтормаживании ведущей полумуфты (а после срабатывания грузиков 15 и за счет момента инерции), вновь стремится в сторону ведомой полумуфты 3.

5Такие перемещения ведущей полумуфты 2 с соударениями кулачков 4 полумуфт продолжаются до тех пор, пока скорость ведущей полумуфты 2 в момент очередного контакта кулачков 4 не сравняется со скоростью ведомой полумуфты 3 или не превысит

ее. Мгновенное выравнивание скоростей при сцеплении полумуфт 2 и 3 может вызвать значительный ударный момент, воспринимаемый трансмиссией.

При наличии второго, наружного тормозного барабана 18 соударения кулачков 4 будут продолжаться только до скорости, при которой грузики 15 под действием центробежной силы отойдут от барабана 13 и прижмутся к барабану 18, вращающемуся вместе с ведомой полумуфтой 3. При скорости вращения ведомой полумуфты 3, превышающей скорость вала 4, ведущая полумуфта 2, увлекаемая барабаном 18, стремится обогнать вал 7 и смещается при этом с помощью винтового соединения 11 в сторону от ведомой полумуфты 3 до упора нерабочих сторон шлиц 8, после чего вращается со скоростью вала 7, проскальзывая по барабану 18 грузиками 15. Кулачки 4 полумуфт 2 и 3 уже не соударяются друге другом.

В момент начала обгона валом 7 ведомой полумуфты 3 и связанной с ней, посредством барабана 18 и грузиков 15, ведущей полумуфты 2, последняя с помощью винтового соединения 11 перемещается в сторону ведомой полумуфты 3 и входит с ней в зацепление. Поскольку при этом скорости полумуфт отличаются незначительно, зацепление происходит практически безударно

Формула изобретения

1. Узел соединения валов, содержащий обгонную кулачковую муфту в виде соосно

А 0 -

/J /

установленных в корпусе на соединяемых валах ведущей и ведомой полумуфт с торцевыми кулачками, ведущая полумуфта выполнена составной из втулки и охватывающей

ее обоймы, обойма связана с валом посредством шлицев с возможностью ограниченного относительного окружного перемещения, втулка связана с валом посредством шлицев, а с обоймой - посредст0 вом винтового соединения и подпружинена относительно вала, а также тормозное устройство ведущей полумуфты, выполненное в виде тормозного барабана и подпружиненных тормозных элементов, установлен5 ных с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью тормозного барабана, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности за счет снижения износа кулачков на малой частоте враще0 ния, она снабжена сепаратором, жестко закрепленным на обойме, тормозной барабан закреплен на корпусе, а тормозные элементы выполнены в виде центробежных грузиков и закреплены в сепараторе с воз5 можностью поворота.

2. Узел по п. 1,отличающийся тем, что, с целью уменьшения ударных нагрузок на кулачки при вращающейся ведомой полумуфте, он снабжен дополнительным тор0 мозным барабаном, закрепленным на ведомой полумуфте конценгрично первому, с возможностью взаимодействия центробежных грузиков с его внутренней поверхностью.

16 17

Фиг 1

16

.

хх Wt-nWow-- ™f IKN. x V x C I

йЖй ТпжД v

3

,-xЈ-utjЈ,.

J

ЧЛ

.

x

x

J

Использование в авиадвигателестрое- нии, в стартерах для запуска газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: муфта состоит из ведущей 1 и ведомой 2 пог.умуфт с торцево1ми кулачками 3 одинакового профиля. Тормозное устройство состоит из жестко закрепленного на корпусе тормозного барабана 13 и тормозных элементов, выполненных Р виде центробежных грузиков 15 подпружиненных к барабану 13. Грузики 15 установлены на осях 16 в гнездах сепаратора 17, установленного на ведущей полумуфте 1, Второй тормозной барабан 19 жестко закреплен на ведомой полумуфте 2 с возможностью взаимодействия с центробежными грузиками 15 При включении пслу- муфгы 1 грузики 15 поджаты к тормозному барабану 13, что при перемещении ведущей полумуфты 1 в сторону ведомой полумуфты 2 обеспечивает зацепление кулачков 3 обеих полумуфт и препятствует из разьединению до набора заданной частоты вращения ВРДОМОЙ попумуфт1/ 2. После нзборэ заданной частоты вращения грузики 15 за счет центообежной силы отходят от тормозного барабана что позволяет ведущей полумуфте 2 беспрепятственно выходить из зацепления с полумуфтсй 2 При включении ведущей попумуфты 1 пои вращающейся по- пумуфте 2 сиепление купачковЗ не произойдет до тех пор пока их скорости вращения не вь озвняются. Пои этом грузики 15 поджимаются к наружному тормозному барабану 19. Происходит выравнивание угловых скоростей ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт и происходит безударное сцепление кулачкос 3 обеих полумуфг. 1 з п ф- ЛУ, 4 ил и рвпча V| О W о

Составитель В Блинов Редактор Н.Сильнягина Техред М Моргентал

.5

7

Ј

Јu

Корректор С иисина