Механизм привода пары воздушных винтов противоположного вращения посредством планетарной зубчатой передачи
Механизм содержит пару воздушных винтов противоположного вращения, турбину привода, соединенный с ней вал, неподвижный кожух, служащий опорой турбине посредством вала и двух подшипников, а также трансмиссию и втулку. Трансмиссия содержит планетарную зубчатую передачу, включающую центральное планетарное зубчатое колесо, приводимое в движение турбиной, планетарное водило, оснащенное зубчатыми колесами-сателлитами, входящими в зацепление с планетарным зубчатым колесом, и внешний венец, входящий в зацепление с зубчатыми колесами-сателлитами. Планетарное водило приводит в движение один из воздушных винтов, а внешний венец - другой воздушный винт. Втулка соединена с турбиной и с планетарным зубчатым колесом для его привода и окружена валом, причем между втулкой и валом имеется зазор. Втулка выполнена более гибкой при изгибе, чем вал, так что она изгибается, когда к планетарному зубчатому колесу в радиальном направлении прикладываются неуравновешенные силы. Расстояние между одним из подшипников и планетарным зубчатым колесом меньше, чем расстояние между двумя подшипниками. Изобретение позволяет снизить механические напряжения в зубчатой передаче, а также повысить ее надежность. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предметом изобретения является механизм привода пары воздушных винтов противоположного вращения посредством планетарной зубчатой передачи.
Воздушные винты противоположного вращения уже известны, и можно также предвидеть их применение на некоторых будущих летательных аппаратах для снижения потребления топлива. Силовая трансмиссия для воздушных винтов может включать в себя планетарную зубчатую передачу. Силовая турбина (низкого давления) вращает вал, вращающий планетарное зубчатое колесо (солнечное зубчатое колесо), образующее часть планетарной зубчатой передачи. Планетарное зубчатое колесо само приводит в движение зубчатые колеса-сателлиты и планетарное водило, соединенное с валом одного из воздушных винтов. Планетарная зубчатая передача также содержит внешний венец с зубьями на внутренней поверхности, который входит в зацепление с сателлитами и который соединен с валом другого воздушного винта. Поэтому разумный выбор передаточного отношения зубчатой передачи обеспечивает вращения воздушных винтов в противоположных направлениях с требуемым соотношением скоростей. Такая компоновка описана в документе US-A-4817382, а в документе EP-A-1887199 раскрыта компоновка, в которой планетарное водило в планетарной зубчатой передаче опирается на конец вращающегося вала посредством гибкого сочленения, которое поглощает деформации и снижает механические напряжения в зубчатой передаче.
Преимущество планетарной зубчатой передачи заключается в том, что она компактна, но большие силы, прикладываемые к ней, могут повреждать зубья. Основная задача изобретения состоит в том, чтобы уменьшить эти силы, обеспечивая передачу, по существу, всего крутящего момента привода, необходимого для передачи, с одновременным уменьшением паразитных сил, подобных обуславливаемым несовпадением осей зубчатых колес. Однако этот механизм должен выдерживать большие силы, которые прикладываются при некоторых обстоятельствах.
Это двойное требование удовлетворяется с помощью изобретения, которое - в общем виде - относится к механизму, содержащему пару воздушных винтов противоположного вращения, турбину привода, вал, соединенный с турбиной, трансмиссию, содержащую планетарную зубчатую передачу с центральным планетарным зубчатым колесом, приводимым в движение турбиной, планетарным водилом, приводящим в движение один из воздушных винтов и оснащенным зубчатыми колесами-сателлитами, входящими в зацепление с планетарным зубчатым колесом, и внешним венцом, входящим в зацепление с зубчатыми колесами-сателлитами и приводящим в движение другой воздушный винт, отличающийся тем, что он содержит втулку, соединенную с турбиной и с планетарным зубчатым колесом для его привода, причем эта втулка окружена валом и является более гибкой при изгибе, чем вал.
Гибкая втулка используется для опоры планетарного зубчатого колеса вместо вала турбины, который служит опорой ротору турбины на кожухе, и эта втулка допускает изменения положения ее оси в зависимости от радиальных сил, выдерживаемых планетарным зубчатым колесом. Это уменьшает силы, развиваемые в планетарной зубчатой передаче. Вместе с тем, поскольку зазор между закрепленным валом турбины и гибкой втулкой мал, имеется положение, в котором втулка останавливается в контакте с валом, когда в трансмиссии прикладываются большие силы. Это предотвращает избыточную гибкость, которая могла бы помешать правильной работе механизма или даже вызвать его разрушение, прежде всего, в результате поломки втулки, а большие силы, которые могут внезапно возникнуть, передаются на жесткий и прочный вал турбины.
Выгодно, если вал турбины является достаточно длинным, так что он обеспечивает более устойчивую опору, а вылеты втулки за вал турбины предотвращаются, когда создается тяговый контакт. Поэтому расстояние между двумя опорными подшипниками вала турбины больше, чем расстояние между одним из этих подшипников и планетарным зубчатым колесом.
Компоновка согласно изобретению лучше, чем компоновка, показанная в документе EP-A-1887199, по следующим причинам: во-первых, втулка в соответствии с изобретением, которая длиннее, чем гибкое сочленение в цитируемом документе, обеспечивает увеличенные перемещения и поэтому повышенную гибкость и большее понижение внутренних сил; во-вторых, опора на вал турбины сразу же после устранения зазора обеспечивает точно определенный предел перемещения с одновременной защитой втулки от избыточных деформаций; и, наконец, расположение втулки в вале турбины делает возможным размещение планетарной зубчатой передачи на малом расстоянии от ближайшего опорного подшипника вала, что уменьшает габариты и вылет, тогда как зубчатая передача, описанная в цитируемом документе, располагается перед подшипником на гораздо большем расстоянии, чтобы можно было установить гибкое сочленение.
Втулка делается очень гибкой, когда она образует полукруглое колено на одном конце соединения с турбиной или если она содержит участок с овальными отверстиями, ориентированными под углом 45° от осевого направления втулки, который локально ослабляет втулку, так что она становится более гибкой при изгибе, сохраняя при этом свою прочность на кручение, вследствие чего может передавать требуемый крутящий момент. Участок с выемками может находиться на стыке между коленом и одной из основных поверхностей контакта втулки, когда имеется изгиб.
Силы в планетарной зубчатой передаче можно дополнительно уменьшить, если вал, соединенный с венцом, является более гибким, чем вал, соединенный с планетарным водилом. Узел, соединенный с планетарным водилом, является сравнительно жестким и поэтому находится между узлом планетарного зубчатого колеса и сравнительно гибким узлом венца, которые деформируются автономно в зависимости от сил, прикладываемых к каждому из них.
Теперь будет приведено пояснение изобретения со ссылками на нижеследующие фигуры:
на фиг.1 представлен общий вид механизма в соответствии с изобретением;
на фиг.2 показана компоновка вокруг планетарной зубчатой передачи;
на фиг.3 показан вид спереди планетарной зубчатой передачи;
на фиг.4 показана конкретная часть гибкой втулки.
Обратимся к фиг.1 и 2. Двигатель, часть которого образует изобретение, содержит два воздушных винта 1 и 2, каждый из которых выполнен с возможностью вращения вокруг одной и той же оси X. Расположенный выше по потоку воздушный винт 1 установлен на первом полом валу 3, а расположенный ниже по потоку воздушный винт 2 установлен на втором полом валу 4. Первый полый вал 3 опирается на неподвижный кожух 5 посредством пары подшипников 6 и 7, за который он проходит в коническую втулку 8 с гофрами 9 и заканчивается у венца 10 с зубьями, выполненными на внутренней поверхности. Второй полый вал 4 опирается на первый полый вал 3 посредством двух подшипников 11 и 12, за которые он выходит во вторую коническую втулку 13, которая заключена внутри первой конической втулки 8 и которая соединена с планетарным водилом 14. Планетарное водило 14 имеет зубчатые колеса-сателлиты 15, распределенные по окружности, которые входят в зацепление снаружи с венцом 10, а внутри - с планетарным (или солнечным) зубчатым колесом 16. Узел образует планетарную зубчатую передачу 17 обычного типа, как показано на фиг.3.
На другой стороне неподвижного кожуха 5 находится турбина 18 низкого давления. Она содержит третий полый вал, который является валом 19 турбины, который служит опорой турбине на неподвижном кожухе 5 посредством подшипников 20 и 21. Вал 19 турбины проходит недалеко от планетарного зубчатого колеса 16, однако отделен от него; зазор между планетарным зубчатым колесом 16 и ближайшим подшипником 21 меньше, чем расстояние между подшипниками 20 и 21. Гибкая втулка 22 приводит в движение планетарное зубчатое колесо 16 за счет соединения его с ротором турбины 18. Гибкая втулка 22 соединена с турбиной 18 посредством полукруглого колена 23 недалеко от соединения с валом 19 турбины. Существенная часть гибкой втулки 22 представляет собой, по существу, цилиндрическую поверхность 24 контакта, окруженную валом 19 турбины, выступающую за его пределы через третий конец 25 и действующую как опора для планетарного зубчатого колеса 16. В гибкой втулке 22 на стыке между коленами 23 и поверхностью 24 контакта выполнены овальные отверстия 26, которые яснее всего показаны на фиг.4, причем направление их прохождения располагается под углом 45° относительно направления оси Х механизма, которое соответствует оси вращения всех вращающихся деталей (за исключением зубчатых колес-сателлитов 15). Втулка 22 является гибкой, поскольку она достаточно тонкая, но изгибается она, в частности, на участке, где она прорезана.
Работу механизма можно описать следующим образом: турбина 18 приводит в движение планетарное зубчатое колесо 16 посредством гибкой втулки 22, что вызывает вращения планетарного водила 14 и венца 10, а затем и воздушных винтов 2 и 1, с определенными скоростями. Гибкая втулка 22 может изгибаться, когда к планетарному зубчатому колесу в радиальном направлении прикладываются неуравновешенные силы. Аналогичным образом, первая коническая втулка 8 выполнена с возможностью изгиба в месте гофров 9, когда к венцу 10 в радиальном направлении прикладываются неуравновешенные силы. Однако подсоединение планетарного водила 14 к воздушному винту 2 посредством второго полого вала 4 и второй конической втулки 13 жестче, что предотвращает излишнюю гибкость планетарной зубчатой передачи 17. Зазор 27 между конической втулкой 22 и валом 19 турбины в месте нахождения подшипника 21, ближнего к планетарному зубчатому колесу 16, мал, что ограничивает деформации, которым может подвергаться гибкая втулка 22, достаточными значениями и, в частности, предотвращает ее поломку и излишнее ослабление планетарной зубчатой передачи 17. Поскольку гибкая втулка 22 вращается с той же скоростью, что и вал 19 турбины, не стоит опасаться никаких последствий этого состояния тяги, которое не создает никакого трения.
1. Механизм, содержащий пару воздушных винтов (1, 2) противоположного вращения, турбину (18) привода, вал (19), соединенный с турбиной (18), неподвижный кожух (5), служащий опорой турбине (18) посредством вала (19) и двух подшипников (20, 21), трансмиссию, содержащую планетарную зубчатую передачу (17) с центральным планетарным зубчатым колесом (16), приводимым в движение турбиной, планетарным водилом (14), приводящим в движение один из воздушных винтов (2) и оснащенным зубчатыми колесами-сателлитами (15), входящими в зацепление с планетарным зубчатым колесом (16), и внешним венцом, входящим в зацепление с зубчатыми колесами-сателлитами (15) и приводящим в движение другой воздушный винт (1),
отличающийся тем, что он содержит втулку (22), соединенную с турбиной (18) и с планетарным зубчатым колесом (16) для его привода, причем эта втулка (22) окружена валом (19), будучи отделенной от него зазором (27) и более гибкой при изгибе, чем вал, так что она изгибается, когда к планетарному зубчатому колесу (16) в радиальном направлении прикладываются неуравновешенные силы, и тем, что расстояние между одним из подшипников (20, 21) и планетарным зубчатым колесом меньше, чем расстояние между двумя подшипниками (20, 21).
2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что втулка (22) образует полукруглое колено (23) на одном конце соединения с турбиной.
3. Механизм по п.2, отличающийся тем, что он содержит участок с овальными отверстиями (26), ориентированными под углом 45° от осевого направления Х втулки (22).
4. Механизм по п.3, отличающийся тем, что упомянутый участок находится на стыке с коленом (23) на расстоянии от соединения с турбиной, на основной, по существу, цилиндрической поверхности (24) контакта втулки.
5. Механизм по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вал (3, 8, 9), соединяющий венец с упомянутым другим воздушным винтом (1), является более гибким, чем вал (4, 13), соединяющий планетарное водило (14) с упомянутым одним из воздушных винтов (2).
6. Механизм по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что зазор (27) между гибкой втулкой (22) и валом (19) турбины у подшипника (21) мал, чтобы ограничивать деформации, которым подвергается гибкая втулка (22).
