Главный редуктор вертолета

 

Изобретение относится к авиационной технике и решает задачу упрощения конструкции главного редуктора вертолета, повышения надежности и увеличения ресурса его работы. Главный редуктор вертолета содержит два стыковочных узла соединения вала свободной турбины двигателя с входным валом главного редуктора с опорой каждого двигателя на корпус редуктора. Две симметричные кинематические цепи состоят из последовательного соединения муфты свободного хода, конической и цилиндрической ступеней. Ведущие колеса расположены на одной прямой, проходящей через центр суммирующего цилиндрического колеса, зубчатый венец которого выполнен на опорах, а ступица выполнена с возможностью осевых и радиальных перемещений относительно зубчатого венца. Нижняя опора вала нижнего несущего винта и верхняя опора вала верхнего несущего винта выполнены в виде радиально-упорных подшипников. Узлы крепления главного редуктора к фюзеляжу выполнены в одной плоскости на корпусе главного редуктора. Коробка приводов выполнена из двух частей, между которыми размещен узел крепления агрегата управления несущими винтами вертолета. 4 ил.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к трансмиссиям вертолетов соосной схемы.

Известен главный редуктор вертолета соосной схемы Ка-25к, содержащий корпус с узлами крепления редуктора к фюзеляжу, состоящий из верхней, средней части и поддона, два входных вала, связанных каждый с валом свободной турбины двигателя, два соосных, противоположного вращения вала нижнего и верхнего несущих винтов вертолета, установленных на подшипниках, планетарно-замкнутый механизм, включающий два выходных звена, связанных с валами несущих винтов, и входное звено, состоящее из двух центральных колес с наружными зубьями, суммирующее цилиндрическое колесо, состоящее из зубчатого венца и ступицы, связанной с входным звеном планетарно-замкнутого механизма, две симметричные кинематические цепи от входных валов до суммирующего цилиндрического колеса, включающих каждая цилиндрические, конические ступени редуктора и муфту свободного хода, узлы крепления агрегатов для управления несущими винтами и коробку приводов агрегатов для обслуживания вертолета (Механические передачи вертолетов /Под ред. В. Н. Кестельмана. М. 1983, с. 107-109, рис. 3.39 и 3.40).

Недостатком известного главного редуктора является его сложность, заключающаяся в большом числе ступеней, нерациональной компоновке, следствием которой явилась необходимость использования соединительных валов между двигателями и главным редуктором, неоптимальном выборе передаточных отношений, следствием чего явились дополнительная нагруженность выходных ступеней редуктора и увеличение массы редуктора, нерациональном выборе типа подшипников и их размещении в редукторе, результатом чего явились усложнение конструкции опор, нагружение нижней части вала верхнего винта усилиями растяжения, и, как следствие, увеличение массы указанного вала.

Существенным недостатком известного редуктора является также то, что узлы крепления редуктора к фюзеляжу расположены как на верхней части корпуса, так и на нижней, что приводит к тому, что требуется использование стержневых элементов крепления редуктора к фюзеляжу, что также усложняет конструкцию редуктора и повышает его массу.

Кроме этого, из-за того, что часть агрегатов для управления несущими винтами размещается отдельно от главного редуктора, усложняется схема управления несущими винтами (отсутствует "жесткая" связь в цепи управления несущими винтами), что приводит к нерасчетным режимам работы несущих винтов и, как следствие, к возникновению вибраций и динамических нагрузок на главный редуктор, снижающих надежность его работы и ресурс.

Нельзя признать оптимальным и выполнение единой коробки приводов в известном редукторе в связи с тем, что, кроме технологических трудностей ее выполнения, существует опасность выхода из строя всей коробки из-за отказа одной ее детали (подшипника, зубчатого колеса и т.п.).

Все перечисленные недостатки известного главного редуктора приводят к усложнению его конструкции, увеличению массы и снижению надежности работы при эксплуатации вертолета, а также к понижению коэффициента полезного действия механизма главного редуктора и увеличению его стоимости.

Целью изобретения являются упрощение конструкции редуктора, снижение его массы, увеличение его надежности и ресурса.

Эта цель обеспечивается за счет того, что главный редуктор вертолета, содержащий корпус с узлами крепления редуктора к фюзеляжу, состоящий из верхней, средней частей и поддона, два входных вала, связанных каждый с валом свободной турбины двигателя, два соосных, противоположного вращения вала нижнего и верхнего несущих винтов вертолета, установленных на подшипниках, планетарно-замкнутый механизм, включающий два выходных соосных звена, связанных с валами несущих винтов, и входное звено, состоящее из двух центральных колес с наружными зубьями, суммирующее цилиндрическое колесо, состоящее из зубчатого венца и ступицы, связанной с входным звеном планетарно-замкнутого механизма, две симметричные кинематические цепи от входных валов до суммирующего цилиндрического колеса, включающие каждая цилиндрические, конические ступени редуктора и муфту свободного хода, узлы крепления агрегатов для управления несущими винтами и коробку приводов агрегатов для обслуживания вертолета, отличается тем, что главный редуктор снабжен двумя стыковочными узлами соединения вала свободной турбины двигателя с входным валом главного редуктора с опорой каждого двигателя на корпус редуктора, каждая из двух симметричных кинематических цепей состоит из последовательного соединения муфты свободного хода, конической и цилиндрической ступеней, ведущие колеса цилиндрической ступени расположены на одной прямой, проходящей через центр суммирующего цилиндрического колеса, зубчатый венец которого выполнен на опорах, а ступица его выполнена с возможностью осевых и радиальных перемещений относительно указанного зубчатого венца, нижняя опора вала нижнего несущего винта и верхняя опора вала верхнего несущего винта выполнены в виде радиально-упорных подшипников, узлы крепления главного редуктора к фюзеляжу выполнены в одной плоскости на корпусе главного редуктора, а расположенная на верхней части корпуса коробки приводов выполнена из левой и правой частей, между которыми размещен узел крепления агрегата управления несущими винтами вертолета.

На фиг. 1 показан общий вид главного редуктора, на фиг. 2 поперечный разрез А-Ф на фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1, а на фиг. 4 вид В на фиг.3 (вид на коробку приводов и узел крепления агрегата управления несущими винтами).

Главный редуктор содержит корпус 1 с узлами 2 крепления редуктора к фюзеляжу (не показан), состоящему из верхней части 3, средней части 4 и поддона 5, двух входных валов 6, которые с помощью стыковочных узлов 7, состоящих из соединительных муфт 8, связывающих входной вал 6 с валом свободной турбины (не показан), и опор 9 двигателя на корпус редуктора 1 (на фиг. 2 показан пример выполнения такой опоры в виде сферических поверхностей, выполненных на двигателе и редукторе), два соосных, противоположного вращения вала 10 и 11 нижнего и верхнего несущих винтов вертолета, установленных на подшипниках, причем нижняя опора 12 вала 10 нижнего несущего винта и верхняя опора 13 вала 11 верхнего несущего винта выполнены в виде радиально-упорных подшипников, воспринимающих, соответственно, тягу от нижнего и верхнего несущих винтов таким образом, что это восприятие сосредоточено в одной зоне верхней части 3 корпуса 1 редуктора, планетарно-замкнутый механизм 14, включающий два выходных соосных звена 15, 16, связанных валами несущих винтов 10, 11 соответственно, и входное звено 17, состоящее из двух центральных колес 18, 19 с наружными зубьями. Планетарно-замкнутый механизм состоит из планетарного ряда и перебора. Планетарный ряд включает в себя центральное колесо 18 с наружными зубьями, водило 20 с сателлитами и центральное колесо 21 с внутренними зубьями. Перебор включает центральное колесо 19 с наружными зубьями, двухвенцовые сателлиты 22, установленные на осях, размещенных в корпусе 1, и центральное колесо 23 с внутренними зубьями. Колеса 21 и 23 соединены между собой и выходным звеном 15, и валом 10 нижнего несущего винта. Водило 20 соединено с выходным звеном 16 и валом 11 верхнего несущего винта.

Главный редуктор содержит также суммирующее цилиндрическое колесо 24, состоящее из зубчатого венца 25 на опорах 26, ступицы 27. Зубчатый венец 25 соединен с возможностью осевых и радиальных перемещений друг относительно друга со ступицей 27, а последняя с центральными колесами 18, 19. Такое "плавающее" соединение, служащее для самоустановки зубчатых колес в механизме, необходимо для выравнивания нагрузки по сателлитам и по длине зубьев колес.

От входных валов 6 до суммирующего цилиндрического колеса 24 размещены две симметричные кинематические цепи, включающие каждая муфту свободного хода 28, коническую ступень 29, состоящую из ведущего колеса 30 и ведомого 31, цилиндрической ступени 32, состоящей из ведущего колеса 33 и одного суммирующего цилиндрического колеса 24. Ведущие колеса 33 расположены на одной прямой, проходящей через центр суммирующего колеса 24.

Главный редуктор имеет коробку приводов агрегатов, обслуживающих вертолет (генераторы, гидронасосы, вентиляторы, тормоз несущих винтов и т.п.). Она состоит из левой 34 и правой 35 коробок и размещена на верхней части 3 корпуса 1, не только из-за условий удобства ее обслуживания, но и, главном образом, для того, чтобы на каждой из ее частей (левой и правой) иметь независимый друг относительно друга приводной вал для вращения дублируемых агрегатов (генераторов, гидронасосов и т.п.), а также для того, чтобы использовать быстроходный входной вал 6 для привода скоростных агрегатов (генераторов, вентиляторов и пр.) с минимальным количеством ступеней.

Между двумя частями коробки приводов 34, 35 размещен узел 36 крепления агрегата управления несущими винтами (рулевая система, включающая бустера и элементы автоматики управления). Жесткое крепление этого агрегата к корпусу редуктора позволяет "ужесточить" цепь управления несущими винтами и тем самым снизить динамические нагрузки на элементы редуктора и узлы его крепления к фюзеляжу.

Выполнение узлов 2 крепления главного редуктора к фюзеляжу в одной плоскости на корпусе главного редуктора позволяет расположить указанные узлы по наибольшему радиусу (в средней части размещена цилиндрическая ступень редуктора с суммирующим колесом, имеющим наибольший диаметр в редукторе).

Работает главный редуктор следующим образом.

При запуске одного из двигателей вертолета начинает вращаться входной вал 6 одной из симметричных кинематических цепей редуктора (через соединительную муфту 8 стыковочного узла 7), муфта свободного хода 28 этой цепи замыкается, передавая вращение на коническую цепь 29 (колеса 30, 31), цилиндрическую ступень 32 (колеса 33 и суммирующее колесо 24) и далее на планетарно-замкнутый механизм 14, в котором поток мощности от двигателя разделяется на поток мощности через перебор (колеса 19, сателлиты 22, колесо 23) и планетарный ряд (колеса 18, водило 20 с сателлитами, колесо 21) и передается на валы 10, 11 несущих винтов. При этом второй входной вал 6 остается неподвижным (соответствующая муфта свободного хода 28 проскальзывает), а остальные элементы второй симметричной цепи вращаются вхолостую, не передавая мощности. При запуске второго двигателя процесс, описанный для первой цепи, повторяется и для второй кинематической цепи. (На суммирующем цилиндрическом колесе 24 происходит суммирование мощности от двух двигателей).

От входных валов 6 приводятся во вращение валы приводов левой и правой коробок приводов 34, 35.

Преимущества предлагаемого главного редуктора по сравнению с известным, принятым за прототип, следующие: 1) меньшее количество ступеней в симметричных кинематических цепях (две вместо трех) при равном общем передаточном отношении; 2) рациональная очередность расположения ступеней редуктора и муфты свободного хода, дающая возможность более рационально выбрать передаточные отношения по ступеням. В планетарно-замкнутом механизме и цилиндрической ступени реализуются максимально возможные передаточные отношения, а в конической передаче используется оптимальное передаточное отношение, обеспечивающее высокий коэффициент полезного действия и минимальные габариты и массу. Муфта свободного хода имеет минимальную массу, т.к. передает минимально возможный крутящий момент (момент двигателя); 3) расположение ведущих цилиндрических колес 33 на одной прямой, проходящей через центр суммирующего цилиндрического колеса 24, обеспечивает минимальные усилия на опоры суммирующего колеса 24 (усилия от зубчатого зацепления при работе двух двигателей с одинаковой мощностью взаимно уничтожаются за счет симметрии расположения колес); 4) выполнение суммирующего колеса 24 с зубчатым венцом 25 на опорах 26 и соединение его со ступицей 27 соединением, обеспечивающим осевые и радиальные перемещения друг относительно друга (т.н. "плавающее" соединение), позволяют выполнить ступицу с минимальной массой и размерами ввиду того, что она передает только крутящий момент (изгибающий момент воспринимается опорами 26). Кроме того, выполнение соединения ступицы с центральными колесами 18, 19 с наружными зубьями с "плавающим" соединением обеспечивает за счет двойного "плавающего" соединения более благоприятные условия работы зубчатым колесам планетарно-замкнутого механизма за счет самоустановки и выравнивания нагрузки по сателлитам и по длине зубьев; 5) выполнение нижней опоры вала нижнего несущего винта и верхней опоры верхнего несущего винта в виде упорно-радиальных подшипников упрощает опоры (вместо двух подшипников один) и уменьшает массу вала верхнего несущего винта ниже указанной опоры из-за того, что эта часть вала не подвергается растягивающему усилию от тяги винта. Кроме того, выполнение указанных опор позволяет сосредоточить усилия от тяги в одном месте, освободив от осевых усилий среднюю часть корпуса (у прототипа подшипник, несущий осевое усилие, расположен в нижней части корпуса); 6) расположение узлов крепления редуктора в одной плоскости на корпусе главного редуктора позволяет выполнить силовой пояс по всему периметру той части корпуса, в которой расположено суммирующее колесо цилиндрической ступени. Таким образом, указанные узлы располагаются на больших радиусах и, следовательно, воспринимают изгибающие нагрузки при минимальных размерах узлов, что позволяет снизить массу редуктора (указанные узлы выполняются из материала корпуса, т.е. магниевого сплава, одновременно исключая приливы на корпусе редуктора для узлов крепления стержней, стальных шпилек и элементов крепления); 7) наличие двух коробок приводов увеличивает надежность работы за счет независимости приводов агрегатов, снижает массу редуктора за счет использования привода агрегатов от входных (быстроходных) валов редуктора; 8) размещение на верхней части корпуса узла крепления агрегата управления несущими винтами (рулевой системы) позволяет повысить надежность и ресурс работы редуктора за счет увеличения "жесткости" управления и снижения динамических нагрузок.

Таким образом, все перечисленные преимущества предложенного главного редуктора обеспечивают упрощение конструкции, снижение массы редуктора, повышение коэффициента полезного действия и ресурса и снижение стоимости. Кроме того, предложенная конструкция главного редуктора позволяет расширить компоновочные возможности редуктора и его модификаций (за счет простоты изменения расстояния между двигателями и их расположения относительно главного редуктора, использования сменных модулей коробок приводов).

Формула изобретения

Главный редуктор вертолета, содержащий корпус с узлами крепления редуктора к фюзеляжу, состоящий из верхней, средней частей и поддона, два входных вала, связанных каждый с валом свободной турбины двигателя, два соосных, противоположного вращении вала нижнего и верхнего несущих винтов вертолета, установленных на подшипниках, планетарно-замкнутый механизм, включающий два выходных соосных звена, связанных с валами несущих винтов, и входное звено, состоящее из двух центральных колес с наружными зубьями, суммирующее цилиндрическое колесо, состоящее из зубчатого венца и ступицы, связанной с входным звеном планетарно-замкнутого механизма, две симметричные кинематические цепи от входных валов до суммирующего цилиндрического колеса, включающие каждая цилиндрические, конические ступени редуктора и муфту свободного хода, узлы крепления агрегатов для управления несущими винтами и коробку приводов агрегатов для обслуживания вертолета, отличающийся тем, что главный редуктор снабжен двумя стыковочными узлами соединения вала свободной турбины двигателя с входным валом главного редуктора с опорой каждого двигателя на корпус редуктора, каждая из двух симметричных кинематических цепей состоит из последовательного соединения муфты свободного хода, конической и цилиндрической ступеней, при этом ведущие колеса цилиндрической ступени расположены на одной прямой, проходящей через центр суммирующего цилиндрического колеса, зубчатый венец которого выполнен на опорах, а ступица его выполнена с возможностью осевых и радиальных перемещений относительно указанного зубчатого венца, нижняя опора вала нижнего несущего винта и верхняя опора вала верхнего несущего винта выполнены в виде радиально-опорных подшипников, узлы крепления главного редуктора к фюзеляжу выполнены в одной плоскости на корпусе главного редуктора, а расположенная на верхней части корпуса коробка приводов выполнена из левой и правой частей, между которыми размещен узел крепления агрегата управления несущими винтами вертолета.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4