Коробка двигательных агрегатов (кда) турбореактивного двигателя (трд), корпус кда, главная коническая передача (гкп) кда, ведущее колесо гкп кда, ведомое колесо гкп кда, входной вал кда

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Коробка двигательных агрегатов КДА ТРД содержит корпус и крышку, выполненных с уступообразным плоским дном и цилиндрическими стенками переменной кривизны. Корпус КДА седлообразно размещен на промежуточном корпусе двигателя. Корпус КДА выполнен с проемами для монтажа ЦС, НП, ДЦН и узел гибкого вала для передачи крутящего момента к агрегатам ВКА. Крышка КДА выполнена с проемами для монтажа на них MA, HP и НФ. Редуктор ввода крутящего момента в КДА выполнен содержащим главную коническую шестеренную пару ГКП ортогонально ориентированных конических ведущего и ведомого зубчатых колес, которая выполнена с передаточным числом i_в.p.=(0,714÷0,99). В боковой стенке корпуса КДА выполнен проем для ввода крутящего момента через рессору, соединяющую ведущее колесо главной шестеренной конической пары КДА с ведомым коническим колесом ЦКП. Входной вал КДА выполнен совмещающим функцию вала ведомого колеса главной шестеренной пары КДА и функцию выполненного за одно целое с ним вала зубчатого цилиндрического колеса. Редукторы агрегатов сообщены по крутящему моменту с цилиндрическим зубчатым колесом с образованием разветвленной на две группы редукторов приводов с заявленным соотношением диапазонов значений передаточных чисел шестеренных пар. Ведущее колесо главной пары размещено на валу, установленном в шарико- и роликовом подшипниках. Ответное ведомое колесо установлено на входном валу КДА на опорно-упорном шариковом и опорном роликовом подшипнике. Зубья конических венцов ведущего и ведомого колес выполнены переменной высоты, уменьшающейся в сторону осевой вершины условного конуса вершин зубьев. Угол α_о.д.к наклона образующей условного делительного конуса зубчатого венца к оси вала колеса определен в диапазоне α_о.д.к1=(0,59÷0,85) [рад] для ведущего колеса и α_о.д.к2=(0,74÷1,04) [рад] для ведомого колеса. Угол спирали β_ш, выраженный в той же проекции как угол между касательной к линии зуба к средней точке последней и радиусом той же точки, проведенным от оси вала колеса, вариантно определен в диапазоне значений β_ш=(0,21÷0,32) [рад]. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД на 2% и более чем в два раза повышение ресурса двигателя. 6 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к механизмам передачи крутящего момента агрегатам двухвального, двухконтурного авиационного ТРД.

Известны коробки приводов агрегатов для размещения привода агрегатов и передачи к ним крутящего момента от ротора двигателя, в том числе на вал коробки приводов двигательных агрегатов, включающий главную коническую передачу, представляющую собой шестеренную пару ортогонально ориентированных конических ведущего и ведомого зубчатых колес для отбора мощности от вала ротора двигателя. (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1, Москва, Наука, 2011, стр. 813-816).

Известна коробка двигательных агрегатов для размещения привода агрегатов и передачи к ним крутящего момента от ротора двигателя с ортогонально ориентированными коническими зубчатыми колесами шестеренных пар и цилиндрическими зубчатыми колесами шестеренных пар. (В.В. Шелофаст. Основы проектирования машин (2-е издание, Москва, изд. АПМ, 2005, стр. 320-325).

К недостаткам известных решений относятся непроработанность системы выбора совокупности необходимых параметров и узлов механизма передачи крутящего момента агрегатам ТРД, неадаптированность к конкретно к техническим решениям двухвального, двухконтурного авиационного ТРД, сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД и ресурса двигателя с одновременным повышением компактности при снижении материало- и энергоемкости механизма передачи крутящего момента.

Задача, решаемая группой изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в разработке коробки двигательных агрегатов и узлов передачи крутящего момента агрегатам КДА двухвального, двухконтурного турбореактивного двигателя с улучшенными конструктивными и эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими повышение КПД, ресурса и надежности двигателя, удобства монтажа и эксплуатационного обслуживания двигателя.

Поставленная задача решается тем, что коробка двигательных агрегатов (КДА) двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления с силовым промежуточным корпусом, а также газодинамически связанные между собой соосные валы роторов высокого давления (РВД), низкого давления (РНД) и центральную коническую передачу (ЦКП), согласно изобретению, содержит корпус, выполненный в виде трехмерной замкнутой продольно изогнутой оболочки, образующей протяженное пространственное тело с выпуклой спинкой и обращенной к корпусу двигателя вогнутой частью боковой стенки корпуса с кривизной, адаптированной под кривизну корпуса двигателя, причем коробка состоит из двух объемных частей скорлупообразной формы - корпуса и крышки, выполненных с имеющим уступы плоским дном и цилиндрическими стенками переменной кривизны, кроме того, дно корпуса КДА выполнено содержащим проемы для монтажа двигательных агрегатов, включая центробежный суфлер (ЦС), плунжерный насос (НП), двигательный центробежный насос (ДЦН) и узел гибкого вала для передачи крутящего момента к агрегатам выносной коробки самолетных агрегатов (ВКА), а дно крышки КДА выполнено содержащим проемы для монтажа на них двигательных агрегатов, включая маслоагрегат (МА), насос-регулятор (HP) и форсажный насос (НФ), причем, по меньшей мере, проемы в КДА для двигательных агрегатов снабжены по периметру кольцевыми элементами жесткости с функцией фланца и высотой, превышающей толщину оболочки корпуса не менее чем в три раза, а дно корпуса и крышки КДА выполнено содержащим обращенную в корпус совокупность радиальных ребер жесткости и не менее чем одну совокупность пересекающихся с радиальными круговых концентрически разнесенных ребер жесткости с превышением над оболочкой, составляющим не менее полутора толщин оболочки, при этом в КДА выполнен редуктор ввода рабочего крутящего момента, содержащий главную коническую шестеренную пару КДА с передаточным числом i_в.p., согласованным с передаточным числом ЦКП и определенным в диапазоне i_в.p.=(0,71÷0,99), причем входной вал указанного редуктора конструктивно выполнен совмещающим функцию вала ведомого колеса главной шестеренной пары КДА и функцию выполненного за одно целое с ним вала зубчатого цилиндрического колеса, приводного для многоступенчатых редукторов приводов двигательных агрегатов, которые установлены в КДА для передачи крутящего момента последним и сообщены по крутящему моменту с указанным цилиндрическим зубчатым колесом с образованием разветвленной на две группы редукторов приводов, содержащих от двух до пяти шестеренных зубчатых пар.

При этом корпус КДА седлообразно может быть размещен на верхней части промежуточного корпуса двигателя и снабжен по торцам и в вогнутой части внешними элементами крепления к промежуточному корпусу двигателя, а дно корпуса КДА выполнено фронтально ориентированным по направлению полета (по н.п.) и параллельным плоскости разъема фланцев коробки, причем ввод крутящего момента в корпус КДА выполнен в вогнутой части боковой стенки корпуса и включает рессору, соединяющую ведомое коническое колесо ЦКП с ведущим колесом главной конической шестеренной пары, ведомое колесо которой установлено на входном валу редуктора КДА, а в дне корпуса и крышки КДА выполнено не менее чем по три проема под промежуточные шестеренные валы редукторов двигательных агрегатов.

КДА может быть оснащена установленными на корпусе и крышке двигательными агрегатами, вариабельно сообщенными по крутящему моменту через ЦКП с валом РВД посредством многоступенчатых редукторов приводов агрегатов, смонтированных во внутреннем объеме КДА с возможностью переключения агрегатов на работу от стартера как от источника пускового крутящего момента в режиме запуска двигателя, в том числе с изменением конфигурации многоступенчатых редукторов приводов, включая количество и тип ступеней зубчатых передач и значения передаточных чисел.

КДА может быть оснащена установленными на корпусе и крышке коробки двигательными агрегатами, вариабельно сообщенными по крутящему моменту через ЦКП с валом РВД посредством многоступенчатых редукторов приводов агрегатов, смонтированных во внутреннем объеме КДА с образованием в штатном режиме работы двигателя двух групп многоступенчатых редукторов, подключенных к ведущей цилиндрической шестерне на входном валу КДА с образованием разветвления шестеренных ступеней с обеспечением возможности подачи крутящего момента указанным двигательным агрегатам, при этом первая группа редукторов приводов агрегатов включает двухступенчатый редуктор насоса-регулятора, трехступенчатые редукторы суфлера центробежного и плунжерного насоса, пятиступенчатые редукторы двух агрегатов - двигательного центробежного насоса и маслоагрегата, причем последовательность общих передаточных чисел каждого из многоступенчатых редукторов приводов упомянутых двигательных агрегатов первой группы в пределах КДА, считая от цилиндрического колеса на входном валу редуктора приводов КДА, определена в диапазонах соотношений

(i_р.в.=i_цкп):i_гкп.:i_нр:i_цс:i_нп:i_дцн.:i_мa=(1,01÷1,43):(0,71÷0,99):(0,37÷0,53):(0,77÷0,99:(0,26÷÷0,36):(0,45÷0,64):(0,45÷0,64),

где (i_p.в.=i_цкп) - передаточное число на рессоре ввода крутящего момента в КДА, равное передаточному числу ЦКП; i_гкп. - то же, главной конической шестеренной пары КДА; i_нp - то же, редуктора насоса-регулятора; i_цc - то же, редуктора суфлера центробежного; i_нп - то же, редуктора плунжерного насоса; i_дцн. - то же, редуктора двигательного центробежного насоса; i_мa - то же, редуктора маслоагрегата; а другая группа редукторов включает двухступенчатые редукторы форсажного насоса и гибкого вала передачи крутящего момента ВКА, причем последовательность общих передаточных чисел каждого из многоступенчатых редукторов приводов упомянутых двигательных агрегатов второй группы в пределах КДА, считая от цилиндрического колеса на входном валу редуктора приводов КДА, определена в диапазонах соотношений

(i_р.в.=i_цкп):i_нф:i_гв=(1,01÷1,43):(0,71÷0,99):(1,73÷2,44):(0,59÷0,83),

где (i_p.в.=i_цкп) - передаточное число на рессоре ввода крутящего момента в КДА, равное передаточному числу ЦКП; i_нф - то же, редуктора форсажного насоса; i_гв - то же, редуктора гибкого вала.

Контактные торцы корпуса и крышки коробки могут быть снабжены фланцами разъемного соединения с отверстиями, не менее чем под три вида элементов - центрирующих, крепежных и демонтажных с превышением количества вторых относительно первых не менее чем в восемь раз.

Образующая цилиндрической поверхности корпуса и крышки КДА может быть расположена параллельно оси вала РВД.

Поставленная задача по второму объекту группы изобретений решается тем, что корпус КДА ТРД двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления с силовым промежуточным корпусом, согласно изобретению, выполнен в виде трехмерной замкнутой продольно изогнутой оболочки, образующей протяженное пространственное тело с выпуклой спинкой и обращенной к корпусу двигателя вогнутой частью боковой стенки корпуса с кривизной, адаптированной под кривизну корпуса двигателя, причем КДА включает две объемные части скорлупообразной формы - собственно корпус и крышку, выполненные с уступообразным плоским дном и цилиндрическими стенками переменной кривизны, при этом контактные торцы корпуса и крышки коробки снабжены фланцами разъемного соединения с отверстиями не менее чем под три вида функциональных монтажных и демонтажных элементов - центрирующих, крепежных и демонтажных с превышением количества крепежных элементов относительно центрирующих или демонтажных в (8÷11) раз, причем корпус КДА седлообразно размещен на верхней части промежуточного корпуса двигателя и снабжен по торцам и в вогнутой части внешними элементами крепления к промежуточному корпусу двигателя, а дно корпуса КДА выполнено фронтально ориентированным по направлению полета (по н.п.) и параллельным плоскости разъема фланцев КДА, при этом в вогнутой части боковой стенки корпуса КДА выполнен проем для ввода крутящего момента через рессору, соединяющую ведущее колесо главной шестеренной конической пары КДА с ведомым коническим колесом ЦКП, кроме того, дно корпуса КДА выполнено содержащим проемы для монтажа агрегатов двигателя, в том числе центробежного суфлера, плунжерного насоса, двигательного центробежного насоса и привода гибкого вала для передачи крутящего момента к агрегатам выносной коробки самолетных агрегатов (ВКА), а дно крышки КДА выполнено содержащим проемы для монтажа на них агрегатов двигателя, включая маслоагрегат, насос-регулятор и форсажный насос, причем, по меньшей мере, проемы в коробке КДА для монтажа двигательных агрегатов снабжены по периметру кольцевыми элементами жесткости высотой, превышающей толщину оболочки корпуса не менее чем в три раза, при этом дно корпуса и крышки и корпуса КДА выполнено содержащим совокупность выступающих в корпус радиальных ребер жесткости с превышением над оболочкой, составляющим не менее полутора толщин последней, кроме того, дно крышки КДА выполнено содержащим обращенную в корпус не менее чем одну совокупность пересекающихся с радиальными круговых концентрически разнесенных ребер жесткости с превышением над оболочкой также составляющем не менее полутора толщин оболочки.

При этом в дне корпуса и крышки КДА может быть выполнено не менее чем по три проема под промежуточные шестеренные валы редукторов двигательных агрегатов.

По меньшей мере, часть пересечений радиальных и круговых ребер могут быть выполнены в крышке КДА с приливами в виде бобышек с отверстиями под крепежные элементы фланцевого соединения насоса-регулятора.

Поставленная задача по третьему объекту группы изобретений решается тем, что главная коническая передача КДА двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и газодинамически связанные между собой соосные валы РВД, РНД и центральную коническую передачу, согласно изобретению, размещена в корпусе КДА с установочными местами под сборочные единицы КДА и включает смонтированную с присоединением в указанных местах главную коническую шестеренную пару КДА ортогонально ориентированных конических ведущего и ведомого зубчатых колес, при этом ведущее зубчатое колесо имеет конический зубчатый венец, выполненный с угловой частотой γ₁ зубьев Z₁, определенной в диапазоне γ₁=(3,34÷4,78) [ед/рад], а ответный зубчатый венец ведомого колеса выполнен с угловой частотой γ₂ зубьев Z₂, которая определена в диапазоне γ₂=(3,98÷5,74) [ед/рад], причем главная шестеренная пара ведущего и ведомого зубчатых колес ГКП КДА выполнена с передаточным числом i_1,гп, определенным в диапазоне i_i,гп=(0,71÷0,99), при этом ведущее зубчатое колесо главной конической шестеренной пары ГКП КДА имеет ступицу, интегрированную в цапфу вала шестерни, а вал установлен в радиально-упорном шариковом и роликовом подшипниках, последний из которых выполнен с телами качения, опертыми непосредственно на концевик вала, а внешнее кольцо роликового подшипника установлено в корпусе последнего, выполненном заедино с пролонгированной до присоединения к корпусу шарикоподшипника обоймой ведущего конического зубчатого колеса, причем ответное ведомое зубчатое коническое колесо выполнено установленным на входном валу КДА на двух подшипниках - опорно-упорном шариковом, установленном на концевике вала со стороны ведомого колеса, и опорном роликовом подшипнике, установленном на противоположном концевике вала, причем ведомое коническое колесо разъемно закреплено на шейке вала в виде промежуточного фланца посредством крепежных элементов, установленных в соосных отверстиях фланца и колеса с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад], кроме того, на участке входного вала КДА между роликовым подшипником и коническим ведомым колесом выполнено заедино с ним цилиндрическое зубчатое колесо, приводное для всех редукторов КДА в режиме работы двигателя ротора КВД, имеющее диск с ободом, зубчатый венец которого выполнен с угловой частотой γ_ц.1 зубьев Z_ц.1, определенной в диапазоне γ_ц.1=(2,87÷4,30) [ед/рад], а также полотно, переходящее в ступицу, интегрированную с шейкой вала в пределах толщины стенки последнего.

При этом ведущее зубчатое коническое колесо ГКП с роликовым и опорно-упорным шариковым подшипниками могут быть установлены в обойме, имеющей малый цилиндрический приконцевой участок с функцией корпуса роликового подшипника, охватывающий по контору и с внешнего торца наружное кольцо роликового подшипника и переходящий в конический участок обоймы, сопряженный в свою очередь с расширенным цилиндрическим участком, при этом в зоне сопряжения конического и цилиндрического участков по высоте обоймы и в угловом диапазоне контакта зубьев зубчатых венцов в оболочке обоймы выполнен проем с угловым створом в проекции на плоскость, нормальную к оси ведущего конического колеса, достаточным для экспонирования не менее шести зубьев ведомого конического колеса ГКП, кроме того, цилиндрический участок обоймы снабжен фланцем, сопряженным посредством разъемных элементов с внешней стороны с фланцем корпуса КДА и с внутренней стороны с фланцем кольцевого держателя корпуса шарикоподшипника.

Поставленная задача по четвертому объекту группы изобретений решается тем, что ведущее коническое зубчатое колесо главной конической передачи КДА двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и газодинамически связанные между собой соосные валы РВД, РНД и ЦКП, согласно изобретению, входит в главную коническую шестеренную пару ГКП КДА, включает полый вал, выполненный зацело с ним диск колеса, имеющий конические обод с зубчатым венцом, полотно, содержащее условную среднюю коническую поверхность и развитую в осевом направлении полую цилиндрическую ступицу, интегрированную в средний осевой участок вала, одновременно наделенный функцией опорной цапфы, и оснащенную с внутренней стороны вала шлицами с образованием посадочного места для шлицевого концевика рессоры привода, передающего крутящий момент через ведомое колесо главной шестеренной пары агрегатам КДА двигателя, при этом концевики вала ведущего колеса, верхний и нижний, обращенный к оси вала РВД, наделены расположенными по обе стороны диска колеса внешними посадочными местами соответственно под шарико- и роликовый подшипники, а ведущее колесо имеет конический зубчатый венец, угловая частота γ₁ зубьев Z₁ которого определена в диапазоне γ₁=(3,34÷4,78) [ед/рад], причем зубья венца выполнены переменной высоты, уменьшающейся в сторону осевой вершины условного конуса вершин зубьев с градиентом G₁, определенным в диапазоне

G₁=(Н_з1,max-Н_з1,min)/B_з1=(0,14÷0,20) [м/м],

где H_{з1, mах} - наибольшая высота эвольвентной части боковой поверхности у внешнего периферийного торца зуба в проекции на условную осевую плоскость, проходящую через среднюю точку вершины зуба; Н_{з1, min} - то же, наименьшая высота эвольвентной части боковой поверхности зуба у внутреннего торца последнего; B_з1 - ширина зуба в той же проекции; при этом угол α_о.д.к1 наклона образующей условного делительного конуса зубчатого венца к оси вала ведущего колеса определен в диапазоне α_о.д.к=(0,59÷0,85) [рад], причем зубчатый венец ведущего колеса выполнен с зубьями круговой конфигурации с радиусом R_кp.1 кривизны вершины зуба в проекции на плоскость, нормальную к оси вала ведущего колеса, скалярно превышающим среднюю высоту зуба Н_з.1, _ср. в N₁ раз, где N₁ определен в диапазоне

N₁=(R_кp1/H_з1,cp.)=(8,1÷12,1),

а угол спирали β_ш1, выраженный в той же проекции как угол между касательной к линии зуба в средней точке последней и радиусом той же точки, проведенным от оси вала ведущего колеса, вариантно определен в диапазоне значений β_ш2=(0,21÷0,32) [рад].

При этом верхний концевик вала колеса может быть выполнен с возможностью непосредственного опирания на его боковую поверхность тел качения роликового подшипника, огражденных с внешней стороны наружным кольцом последнего.

Угол α_{о.к.вер.} наклона образующей начального конуса вершин зубьев относительно оси ведущего колеса может быть определен в диапазоне значений α_{о.к.вер.}=(0,65÷0,92) [рад] и выполнен превышающем аналогичный угол α_о.к.вп. наклона образующей условного конуса впадин, который с соблюдением указанного условия определен в диапазоне значений α_о.к.вп.=(0,50÷0,76) [рад].

Поставленная задача по пятому объекту группы изобретений решается тем, что ведомое коническое зубчатое колесо главной конической передачи КДА двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и газодинамически связанные между собой соосные валы РВД, РНД и ЦКП, согласно изобретению, входит в главную коническую шестеренную пару ГКП КДА, содержит диск, имеющий обод с коническим зубчатым венцом, полотно минимальной радиальной высоты, переменной по высоте толщины и с внешней боковой поверхностью, которая выполнена конической, и ступицу, при этом в полотне выполнены выемки по числу отверстий для крепежных элементов разъемного соединения с фланцем входного вала КДА, установленных в соосных отверстиях фланца и колеса с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад], с образованием между выемками конических ребер жесткости типа контрфорсов, соединяющих обод диска со ступицей, причем конический зубчатый венец ведомого колеса выполнен с угловой частотой γ₂ зубьев Z₂, которая определена в диапазоне γ₂=(3,98÷5,74) [ед/рад], кроме того, ведомое колесо наделено внутренним цилиндрическим посадочным и торцевым упорным местами для опорно-упорного размещения колеса на входном валу КДА, при этом цилиндрическое посадочное место ступицы диска ведомого конического колеса выполнено соосным указанному валу, причем зубья конического венца ведомого колеса выполнены переменной высоты, уменьшающейся в сторону осевой вершины условного конуса вершин зубьев с градиентом G₂, определенным в диапазоне

G₂=(Н_{з2, mах} - Н_{з2, min})/B_з2=(0,17÷0,24) [м/м],

где Н_{з2, mах} - наибольшая высота у внешнего периферийного торца зуба колеса в проекции на условную осевую плоскость, проходящую через среднюю точку вершины зуба; Н_{2, min} - то же, наименьшая высота зуба у внутреннего торца последнего; В_з2 - ширина зуба в той же проекции; при этом угол α_o.д.к2 наклона образующей условного делительного конуса зубчатого венца к оси вала ведомого колеса определен в диапазоне α_о.д.к2=(0,74÷1,04) [рад], кроме того, зубчатый венец ведомого колеса выполнен с круговыми зубьями радиусом R_кp.2 круговой конфигурации вершины зуба в проекции на плоскость, нормальную к оси вала ведомого колеса, скалярно превышающим среднюю высоту зуба Н_з2,ср. в N₂ раз, где N₂ определен в диапазоне

N₂=(R_кp2/H_з2,cp.)=(8,24÷12,3),

а угол спирали β_ш2, выраженный в той же проекции как угол между касательной к линии зуба к средней точке и радиусом той же точки, проведенным от оси вала ведомого колеса, вариантно определен в диапазоне значений β_ш2=(0,21÷0,32) [рад].

Поставленная задача по шестому объекту группы изобретений решается тем, что входной вал КДА двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и газодинамически связанные между собой соосные валы РВД, РНД и ЦКП, согласно изобретению, выполнен полым, снабжен посадочными местами под опорный роликовый подшипник на одном конце и под опорно-упорный шариковый подшипник на противоположном конце, кроме того, входной вал КДА наделен посадочным местом под размещение ведомого конического колеса главной шестеренной пары ГКП КДА и имеет примыкающий к нему, выполненный заедино с валом кольцевой фланец, который снабжен отверстиями для крепежных элементов разъемного соединения с ведомым колесом, разнесенными по периметру фланца с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад], кроме того, на участке входного вала КДА между роликовым подшипником и фланцем конического ведомого колеса выполнено заедино с валом цилиндрическое зубчатое колесо, приводное для всех редукторов КДА, имеющее диск с ободом, зубчатый венец которого выполнен с угловой частотой у_ц.1 зубьев Z_ц.1, определенной в диапазоне γ_ц.1=(2,87÷4,30) [ед/рад], а также имеющее полотно, переходящее в ступицу, интегрированную с шейкой вала в пределах толщины стенки последнего, и получающее крутящий момент от вала ротора КВД в режиме работы двигателя.

Технический результат, достигаемый группой изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в разработке КДА ТРД и его узлов, обеспечивающего в процессе эксплуатации двигателя совокупное повышение КПД на 2% и более чем в два раза повышение ресурса механизма передачи крутящего момента и двигателя в целом за счет найденных в изобретении геометрических параметров КДА с обеспечением сбалансированных соотношений диапазонов значений передаточных чисел шестеренных пар многоступенчатых редукторов приводов агрегатов с улучшенной кинематикой редукторов приводов, передающих агрегатам крутящий момент с меньшими потерями энергии при уменьшении материалоемкости, количества сборочных единиц и повышенном совмещении участков редукторов, сблокированных в оптимизированном корпусе КДА, достигая тем самым совокупное повышение КПД на 2% и более чем в два раза повышение ресурса двигателя в процессе его эксплуатации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображена коробка двигательных агрегатов, вид сбоку;

на фиг. 2 - КДА, кинематическая схема передачи крутящего момента агрегатам;

на фиг. 3 - главная коническая передача КДА, продольный разрез;

на фиг. 4 - ведущее коническое зубчатое колесо ГКП КДА, продольный разрез;

на фиг. 5 - входной вал КДА с ведомым коническим зубчатым колесом ГКП КДА, продольный разрез.

Турбореактивный двигатель выполнен двухвальным, двухконтурным. ТРД содержит двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления с силовым промежуточным корпусом и газодинамически связанные между собой соосные вал ротора высокого давления - РВД и вал ротора низкого давления - РНД (на чертежах не показано). Механизм передачи крутящего момента агрегатам КДА ТРД включает соединенные с РВД с возможностью передачи агрегатам крутящего момента от турбины высокого давления центральную коническую передачу 1 и кинематически соединенные с ней редукторы приводов двигательных агрегатов, установленные в коробке двигательных агрегатов КДА-2, и редукторы приводов самолетных агрегатов, установленные соответственно в коробке самолетных агрегатов (КСА) (на чертежах не показано).

КДА-2 (фиг. 1) содержит корпус 3, который выполнен в виде трехмерной замкнутой продольно изогнутой оболочки, образующей протяженное пространственное тело с выпуклой спинкой 4 и обращенной к корпусу двигателя вогнутой частью 5 боковой стенки корпуса с кривизной, адаптированной под кривизну корпуса двигателя. КДА-2 состоит из двух объемных частей скорлупообразной формы - корпуса 3 и крышки 6, выполненных с имеющим уступы плоским дном и цилиндрическими стенками переменной кривизны. Образующая цилиндрической поверхности корпуса 3 и крышки 6 КДА-2 расположена параллельно оси вала РВД.

Дно корпуса 3 КДА-2 выполнено содержащим проемы для монтажа двигательных агрегатов - центробежный суфлер ЦС-7, плунжерный насос НП-8, двигательный центробежный насос ДЦН-9 и узел гибкого вала 10 для передачи крутящего момента к агрегатам выносной коробки самолетных агрегатов (ВКА). Крышка 6 КДА-2 выполнена с проемами для монтажа на них двигательных агрегатов - маслоагрегат МА-11, насос-регулятор HP-12 и форсажный насос НФ-13. По меньшей мере, проемы в КДА-2 для двигательных агрегатов снабжены по периметру кольцевыми элементами 14 жесткости с функцией фланца высотой, превышающей толщину оболочки корпуса 3 не менее чем в три раза. Дно корпуса 3 и крышки 6 КДА-2 выполнены содержащим обращенную в корпус 3 совокупность радиальных ребер жесткости и не менее чем одну совокупность пересекающихся с радиальными круговых концентрически разнесенных ребер жесткости с превышением над оболочкой, составляющим не менее полутора толщин оболочки (на чертежах не показано).

В КДА-2 выполнен редуктор ввода рабочего крутящего момента, содержащей главную коническую шестеренную пару 15 КДА, включающую ведущее и ведомое конические зубчатые колеса 16 и 17 соответственно, с передаточным числом i_в.p., согласованным с передаточным числом ЦКП и определенным в диапазоне i_в.p.=(0,71÷0,99). Входной вал 18 редуктора ввода крутящего момента конструктивно выполнен совмещающим функцию вала ведомого колеса 17 главной шестеренной пары 15 и функцию выполненного за одно целое с ним вала зубчатого цилиндрического колеса 19, который выполнен приводным для многоступенчатых редукторов приводов двигательных агрегатов, которые установлены в КДА для передачи крутящего момента последним. Редукторы агрегатов сообщены по крутящему моменту с цилиндрическим зубчатым колесом 19 с образованием разветвленной на две группы редукторов приводов, содержащих от двух до пяти шестеренных зубчатых пар.

Корпус 3 КДА-2 седлообразно размещен на верхней части промежуточного корпуса двигателя и снабжен по торцам и в вогнутой части внешними элементами 20 крепления к промежуточному корпусу двигателя. Дно корпуса 3 КДА выполнено фронтально ориентированным по направлению полета (по н.п.) и параллельным плоскости разъема фланцев коробки. Ввод крутящего момента в корпус 3 КДА выполнен в вогнутой части 5 боковой стенки корпуса и включает рессору 21. Рессора 21 выполнена соединяющей ведомое коническое колесо 22 ЦКП-1 с ведущим колесом 16 главной шестеренной пары 15, ведомое колесо 17 которой установлено на входном валу 18 редуктора КДА. В дне корпуса 3 и крышки 6 корпуса КДА выполнено не менее чем по три проема под промежуточные шестеренные валы 23, 24, 25 редукторов двигательных агрегатов.

Контактные торцы корпуса 3 и крышки 6 коробки снабжены фланцами разъемного соединения с отверстиями не менее чем под три вида элементов - центрирующих 26, крепежных 27 и демонтажных 28 с превышением количества крепежных элементов 27 относительно центрирующих элементов 26 или демонтажных элементов 28 в (8÷11) раз.

По меньшей мере, часть пересечений радиальных и круговых ребер выполнены в крышке 6 КДА с приливами 29 в виде бобышек с отверстиями под крепежные элементы фланцевого соединения насоса-регулятора HP-12.

КДА-2 оснащена установленными на корпусе 3 и крышке 6 двигательными агрегатами, вариабельно сообщенными по крутящему моменту через ЦКП-1 с валом РВД посредством многоступенчатых редукторов приводов агрегатов, смонтированных во внутреннем объеме КДА с возможностью переключения агрегатов на работу от стартера (на чертежах не показано) как от источника пускового крутящего момента в режиме запуска двигателя, в том числе с изменением конфигурации многоступенчатых редукторов приводов, включая количество и тип ступеней зубчатых передач и значения передаточных чисел.

КДА-2 оснащена установленными на корпусе 3 и крышке 6 двигательными агрегатами (фиг. 2), вариабельно сообщенными по крутящему моменту через ЦКП-1 с валом РВД посредством многоступенчатых редукторов приводов агрегатов, смонтированных во внутреннем объеме КДА с образованием в штатном режиме работы двигателя двух групп многоступенчатых редукторов, подключенных к ведущему цилиндрическому колесу 19 на входном валу 18 КДА с образованием разветвления шестеренных ступеней с обеспечением возможности подачи крутящего момента к двигательным агрегатам.

Первая группа редукторов приводов агрегатов включает двухступенчатый редуктор HP-12, трехступенчатые редукторы ЦС-7 и НП-8, пятиступенчатые редукторы ДЦН-9 и МА-11. Последовательность общих передаточных чисел каждого из многоступенчатых редукторов приводов упомянутых двигательных агрегатов первой группы в пределах КДА, считая от цилиндрического колеса 19 на входном валу 18 редуктора приводов КДА, определена в диапазонах соотношений

(i_р.в.=i_цкп):W_гкп.:i_нр:i_цс:i_нп:i_дцн.:i_мa=(1,01÷1,43):(0,71÷0,99):(0,37÷0,53):(0,77÷0,99:(0,26÷0,36):(0,45÷0,64):(0,45÷0,64),

где (i_p.в.=i_цкп) - передаточное число на рессоре 21 ввода крутящего момента в КДА, равное передаточному числу ЦКП-1; i_гкп. - то же, главной конической шестеренной пары 15 КДА; i_нp - то же, редуктора HP-12; i_цc - то же, редуктора ЦС-7; i_нп - то же, редуктора НП-8; i_дцн. - то же, редуктора ДЦН-9; i_мa - то же, редуктора MA-11.

Вторая группа редукторов приводов агрегатов включает двухступенчатые редукторы НФ-13 и гибкого вала 10 передачи крутящего момента ВКА. Последовательность общих передаточных чисел каждого из многоступенчатых редукторов приводов упомянутых двигательных агрегатов второй группы в пределах КДА, считая от цилиндрического колеса 19 на входном валу 18 редуктора приводов КДА, определена в диапазонах соотношений

(i_р.в.=i_цкп):i_нф:i_гв=(1,01÷1,43):(0,71÷0,99):(1,73÷2,44):(0,59÷0,83),

где (i_p.в.=i_цкп) - передаточное число на рессоре 21 ввода крутящего момента в КДА, равное передаточному числу ЦКП-1; i_нф - то же, редуктора НФ-13; i_гв - то же, редуктора гибкого вала 10 передачи крутящего момента ВКА.

Главная коническая передача (фиг. 3) размещена в корпусе 3 КДА-2 с установочными местами под сборочные единицы КДА и включает смонтированную с присоединением в указанных местах главную коническую шестеренную пару 15 КДА ортогонально ориентированных конических ведущего и ведомого зубчатых колес 16 и 17 соответственно.

Ведущее зубчатое колесо 16 имеет конический зубчатый венец, выполненный с угловой частотой γ₁ зубьев 30, определенной в диапазоне

γ₁=N_Z1/2π=(3,34÷4,78) [ед/рад],

где N_Z1 - число зубьев Z₁ ведущего колеса ГКП.

Ответное ведомое зубчатое колесо 17 имеет зубчатый венец, угловая частота γ₂ зубьев 31 которого определена в диапазоне

γ₂=N_Z2/2π=(3,98÷5,74) [ед/рад],

где N_Z2 - число зубьев Z₂ ведомого колеса ГКП.

Главная шестеренная пара 16 ведущего и ведомого зубчатых колес 16 и 17 ГКП КДА выполнена с передаточным числом i_1,гп, определенным в диапазоне i_1,гп=(0,71÷0,99).

Ведущее зубчатое колесо 16 главной конической шестеренной пары 15 ГКП КДА имеет ступицу 32, интегрированную в цапфу 33 вала 34 ведущего колеса 16. Вал 34 установлен в радиально-упорном шарикоподшипнике 35 и роликовом подшипнике 36. Роликовый подшипник 36 выполнен с телами качения, опертыми непосредственно на концевик вала 34. Наружное кольцо 37 роликового подшипника 36 установлено в корпусе 38 последнего, выполненном заедино с пролонгированной до присоединения к корпусу 39 шарикоподшипника 35 обоймой 40 ведущего конического зубчатого колеса 16.

Ответное ведомое зубчатое коническое колесо 17 выполнено установленным на входном валу 18 КДА-2 на двух подшипниках - опорно-упорном шариковом 41 на концевике вала 18 со стороны ведомого колеса 17 и опорном роликовом подшипнике 42. Роликовый подшипник 42 установлен на противоположном концевике вала 18. Ведомое коническое колесо 17 разъемно закреплено на шейке вала 18 в виде промежуточного фланца 43 посредством крепежных элементов 44. Крепежные элементы 44 установлены в соосных отверстиях фланца 43 и ведомого колеса 17 с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад].

На участке входного вала 18 КДА между роликовым подшипником 42 и ведомым колесом 17 выполнено заедино с ним цилиндрическое зубчатое колесо 19, приводное для всех редукторов КДА в режиме работы двигателя ротора KBД. Цилиндрическое зубчатое колесо 19 включает диск 45 с ободом 46, а также полотно 47, переходящее в ступицу, интегрированную с шейкой вала 18 в пределах толщины стенки последнего.

Обод 46 диска выполнен с угловой частотой γ_ц.1 зубьев 48 зубчатого венца, определенной в диапазоне

γ_ц.1=N_ц.1/2π=(2,87÷4,30) [ед/рад],

где N_ц.1 - число зубьев Z_ц.1 цилиндрического колеса 19.

Ведущее зубчатое коническое колесо 16 ГКП с роликовым и опорно-упорным шариковым подшипниками 36 и 35 установлены в обойме 40. Обойма 40 включает малый цилиндрический приконцевой участок с функцией корпуса 38 подшипника 36, охватывающий по контору и с внешнего торца наружное кольцо 37 роликового подшипника 36 и переходящий в конический участок 49 обоймы 40 сопряженную в свою очередь с расширенным цилиндрическим участком 50 обоймы 40. В зоне сопряжения конического и расширенного цилиндрического участков 49 и 50 по высоте обоймы 40 и в угловом диапазоне контакта зубьев 30 и 31 зубчатых венцов в оболочке обоймы выполнен проем 51 с угловым створом в проекции на плоскость, нормальную к оси ведущего конического колеса 16, достаточным для экспонирования не менее шести зубьев 31 ведомого конического колеса 17 ГКП. Расширенный цилиндрический участок 50 обоймы 40 снабжен фланцем 52, сопряженным посредством разъемных элементов 53 с внешней стороны с фланцем 54 корпуса 3 КДА и с внутренней стороны с фланцем 55 кольцевого держателя корпуса 39 шарикоподшипника 35.

Ведущее коническое зубчатое колесо 16 (фиг. 4), входящее в главную коническую шестеренную пару 15 ГКП КДА, включает полый вал 34 и выполненный зацело с ним диск 56 колеса. Диск 56 включает конические обод 57 с зубчатым венцом и полотно 58. Полотно 58 содержит условную среднюю коническую поверхность и развитую в осевом направлении полую цилиндрическую ступицу 32, интегрированную в средний осевой участок вала, одновременно наделенный функцией опорной цапфы 33, и оснащенную с внутренней стороны вала 34 шлицами 59 с образованием посадочного места для шлицевого концевика рессоры 21 привода, передающего крутящий момент через ведомое колесо 17 шестеренной пары 15 агрегатам КДА двигателя.

Концевики вала 34 ведущего колеса 16, верхний и нижний, обращенный к оси вала РВД, наделены расположенными по обе стороны диска 56 колеса внешними посадочными местами соответственно под шарикоподшипник 35 и роликовый подшипник 36.

Ведущее зубчатое колесо 16 имеет конический зубчатый венец, выполненный с угловой частотой γ₁ зубьев 30, определенной в диапазоне

γ₁=N_Z1/2π=(3,34÷4,78) [ед/рад],

где N_Z1 - число зубьев Z₁ ведущего колеса ГКП;

Зубья 30 венца выполнены переменной высоты, уменьшающейся в сторону осевой вершины условного конуса вершин зубьев с градиентом G₁ определенным в диапазоне

G₁=(Н_{з1, mах} - Н_{з1, min})/B_з1=(0,14÷0,20) [м/м],

где Н_{з1, mах} - наибольшая высота эвольвентной части боковой поверхности у внешнего периферийного торца зуба в проекции на условную осевую плоскость, проходящую через среднюю точку вершины зуба; H_{з1, min} - то же, наименьшая высота эвольвентной части боковой поверхности зуба у внутреннего торца последнего; B_з1 - ширина зуба в той же проекции.

Угол α_о.д.к1 наклона образующей условного делительного конуса зубчатого венца к оси вала 34 ведущего колеса определен в диапазоне α_о.д.к1=(0,59÷0,85) [рад].

Зубчатый венец ведущего колеса 16 выполнен с зубьями 30 круговой конфигурации с радиусом R_кp.1 кривизны вершины зуба в проекции на плоскость, нормальную к оси вала 34 ведущего колеса, скалярно превышающим среднюю высоту зуба Н_з.1, _ср. в N₁ раз, где N₁ определен в диапазоне

N₁=(R_кp1/H_з1,cp.)=(8,1÷12,1).

Угол спирали β_ш1, выраженный в той же проекции как угол между касательной к линии зуба в средней точке последней и радиусом той же точки, проведенным от оси вала ведущего колеса, вариантно определен в диапазоне значений β_ш1=(0,21÷0,32) [рад].

Верхний концевик вала 34 ведущего колеса 16 выполнен с возможностью непосредственного опирания на его боковую поверхность тел качения роликового подшипника 36, огражденных с внешней стороны наружным кольцом 37 последнего.

Угол α_{о.к.вер.} наклона образующей начального конуса вершин зубьев 30 относительно оси ведущего колеса 16 определен в диапазоне значений α_{о.к.вер.}=(0,65÷0,92) [рад] и выполнен превышающем аналогичный угол α_о.к.вп. наклона образующей условного конуса впадин, который с соблюдением указанного условия определен в диапазоне значений α_о.к.вп.=(0,50÷0,76) [рад].

Ведомое коническое зубчатое колесо 17 (фиг. 5), входящее в главную коническую шестеренную пару 15 ГКП КДА, содержит диск 60, имеющий обод 61 с коническим зубчатым венцом, полотно 62 минимальной радиальной высоты, переменной по высоте толщины и с внешней боковой поверхностью, которая выполнена конической, и ступицу 63.

В полотне 62 ведомого колеса 17 выполнены выемки по числу отверстий для крепежных элементов 44 разъемного соединения с фланцем 43 входного вала 18 КДА, с образованием между выемками конических ребер жесткости типа контрфорсов, соединяющих обод 61 диска со ступицей 63. Крепежные элементы 44 установлены в соосных отверстиях фланца 43 и ведомого колеса 17 с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад].

Ведомое колесо 17 имеет зубчатый венец, угловая частота γ₂ зубьев 31 которого определена в диапазоне

γ₂=N_Z2/2π=(3,98÷5,74) [ед/рад],

где N_Z2 - число зубьев Z₂ ведомого колеса ГКП.

Ведомое колесо 17 наделено внутренним цилиндрическим посадочным и торцевым упорным местами 64 и 65 для опорно-упорного размещения колеса на входном валу 18 КДА. Цилиндрическое посадочное место 64 ступицы 63 диска ведомого колеса 17 выполнено соосным входному валу 18 КДА.

Зубья 31 конического венца ведомого колеса 17 выполнены переменной высоты, уменьшающейся в сторону осевой вершины условного конуса вершин зубьев с градиентом G₂, определенным в диапазоне

G₂=(Н_з2,mах - Н_{з2, min})/B_з2=(0,17÷0,24) [м/м],

где Н_{з2 mах} - наибольшая высота у внешнего периферийного торца зуба колеса в проекции на условную осевую плоскость, проходящую через среднюю точку вершины зуба; Н_{2, min} - то же, наименьшая высота зуба у внутреннего торца последнего; В_з2 - ширина зуба в той же проекции.

Угол α_о.д.к2 наклона образующей условного делительного конуса зубчатого венца к оси вала ведомого колеса 17 определен в диапазоне α_o.д.к2=(0,74÷1,04) [рад].

Зубчатый венец ведущего колеса выполнен с круговыми зубьями радиусом R_кр.2 круговой конфигурации вершины зуба в проекции на плоскость, нормальную к оси вала ведущего колеса, скалярно превышающем среднюю высоту зуба Н_{з2, ср.} в N₂ раз, где N₂ определен в диапазоне

N₂=(R_кр2/H_{з2, ср.})=(8,15÷12,23).

Угол спирали β_ш2, выраженный в той же проекции как угол между касательной к линии зуба к средней точке и радиусом той же точки, проведенным от оси вала ведущего колеса, вариантно определен в диапазоне значений β_ш2=(0,21÷0,32) [рад].

Входной вал КДА выполнен полым (фиг. 5), снабжен посадочными местами 66 и 67 соответственно под опорный роликовый подшипник 36 на одном конце и под опорно-упорный шариковый подшипник 41 на противоположном конце. В осевом интервале от посадочного места 67 под опорно-упорный шариковый подшипник 41 входной вал 18 наделен посадочным местом 68 под размещение ведомого конического колеса 17 главной шестеренной пары 15 ГКП КДА и имеет примыкающий к нему, выполненный заедино с валом 18 кольцевой фланец 43. Фланец 43 снабжен отверстиями для крепежных элементов 44 разъемного соединения с коническим ведомым колесом 17. Крепежные элементы 44 установлены в соосных отверстиях фланца 43 и ведомого колеса 17, разнесенных по периметру фланца с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад].

На участке входного вала 18 КДА между роликовым подшипником 36 и фланцем 43 конического ведомого колеса 17 выполнено заедино с валом цилиндрическое зубчатое колесо 19, приводное для всех редукторов КДА. Цилиндрическое зубчатое колесо 19 включает диск 45 с ободом 46, а также полотно 47, переходящее в ступицу, интегрированную с шейкой вала 18 в пределах толщины стенки последнего и получающее крутящий момент от вала ротора КВД в режиме работы двигателя.

Обод 46 диска выполнен с угловой частотой γ_ц.1 зубьев 48 зубчатого венца, определенной в диапазоне

γ_ц.1=N_ц.1/2π=(2,87÷4,30) [ед/рад],

где N_ц.1 - число зубьев Z_ц.1 цилиндрического колеса 19.

Пример реализации

Механизм передачи крутящего момента агрегатам двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя выполняют следующим образом. Изготавливают детали, узлы и сборочные единицы, включая конические и цилиндрические зубчатые колеса и валы ЦКП-1, а также редукторов приводов двигательных и самолетных агрегатов КДА-2 и КСА. Выполняют методом литья корпуса и крышки ЦКП и КДА, в которых механической обработкой, включая шлифовку, подготавливают контактные поверхности фланцев и посадочные места путем хромирования и нанесения покрытий на поверхность под подшипники в корпусе ЦКП.

В корпусе 3 КДА-2 собирают главную коническую шестеренную пару 15 ГКП КДА. Ведущее зубчатое коническое колесо 16 ГКП с роликовым и опорно-упорным шариковым подшипниками 36 и 35 устанавливают в обойму 40. Обойма 40 выполняют охватывающей по контору и с внешнего торца наружное кольцо 37 роликового подшипника 36. В обойме 40 выполняют проем 51 достаточным для экспонирования зубьев 31 ведомого конического колеса 17 ГКП. Цилиндрический участок 50 обоймы 40 снабжают фланцем 52 для крепления посредством разъемных элементов 53 с фланцем 54 корпуса 3 КДА с внешней стороны и с внутренней стороны с фланцем 55 кольцевого держателя корпуса 39 шарикоподшипника 35. Ответное ведомое зубчатое коническое колесо 17 шестеренной пары 15 устанавливают на входном валу 18 КДА-2 на двух подшипниках - опорно-упорном шариковом 41 и опорном роликовом подшипнике 42. Ведомое коническое колесо 17 закрепляют на фланец 43 вала 18 посредством шести крепежных элементов 44.

Изготовленное ведущее колесо 16 выполняют с коническим зубчатым венцом в общим числом зубьев в венце N_Z1=26 зубьев. Ведомое колесо 17 выполняют с коническим зубчатым венцом в общим числом зубьев в венце N_Z2=33 зубьев. Таким образом, главную шестеренную пару 15 ведущего и ведомого зубчатых колес 16 и 17 ГКП КДА выполняют с передаточным числом, составляющим i_1,гп=0,79.

Из сборочных единиц - цилиндрических зубчатых колес и валов собирают редукторы приводов КДА и монтируют в крышке 6 и корпусе 3 КДА зубчатые передачи крутящего момента агрегатам. Контактные торцы корпуса 3 и крышки 6 КДА центрируют и соединяют крепежными элементами 27. Собранный корпус 3 КДА-2 закрепляют на верхней части промежуточного корпуса двигателя посредством внешних элементов 20 крепления. Ввод крутящего момента в корпус 3 КДА выполняют посредством рессоры 21, которая соединяет ведомое коническое колесо 22 ЦКП-1 с ведущим колесом 16 главной шестеренной пары 15 ГКП.

На корпусе 3 КДА-2 монтируют двигательные агрегаты - центробежный суфлер ЦС-7, плунжерный насос НП-8, двигательный центробежный насос ДЦН-9 и узел гибкого вала 10 для передачи крутящего момента к агрегатам ВКА. На крышке 6 КДА-2 монтируют маслоагрегат МА-11, насос-регулятор HP-12 и форсажный насос НФ-13.

Двигательные агрегаты КДА-2 сообщают по крутящему моменту через ЦКП-1 с валом РВД посредством многоступенчатых редукторов приводов агрегатов с возможностью переключения агрегатов на работу от стартера как от источника пускового крутящего момента в режиме запуска двигателя.

Двигательные агрегаты КДА-2 сообщают по крутящему моменту через ЦКП-1 с валом РВД посредством многоступенчатых редукторов приводов агрегатов с образованием в штатном режиме работы двигателя двух групп многоступенчатых редукторов, подключенных к ведущему цилиндрическому колесу 19 на входном валу 18 КДА. Первая группа редукторов приводов агрегатов включает двухступенчатый редуктор HP-12, трехступенчатые редукторы ЦС-7 и НП-8, пятиступенчатые редукторы ДЦН-9 и МА-11. Вторая группа редукторов приводов агрегатов включает двухступенчатые редукторы НФ-13 и гибкого вала 10 передачи крутящего момента ВКА.

Работает механизм передачи крутящего момента агрегатам КДА следующим образом.

В штатном режиме работы двигателя крутящий момент, передаваемый двигательным агрегатам КДА, отбирают от турбины высокого давления и передают на ЦКП-1 и далее через рессору 21 на ведущее колесо 16 главной шестеренной пары 15 ГКП. Через ведомое колесо 17 главной шестеренной пары 15 ГКП крутящий момент подают непосредственно на цилиндрическое колесо 19 входного вала 18 КДА. От цилиндрического колеса 19 посредством разветвленной совокупности шестеренных пар редукторов агрегатов разделяют и раздают крутящие моменты указанным агрегатам и изменяют скорость вращения входного вала каждого агрегата пропорционально общим передаточным числам редукторов. При этом редукторы приводов самолетных агрегатов, смонтированные в ВКА, сообщают по крутящему моменту с ЦКП-1 последовательно через многоступенчатый редуктор КДА и соединительный гибкий вал 10.

Таким образом, за счет разработанных в изобретении кинематических композиций конических и цилиндрических зубчатых колес, шестеренных пар, оригинальной композиции многоступенчатых редукторов с разветвленной системой раздачи крутящего момента последним и совокупностями передаточных чисел, а также найденных в изобретении конструктивных систем механизма передачи крутящего момента от вала РВД двигателя двигательным агрегатам в коробке КДА, повышающих плавность и бесшумность работы механизма при одновременном снижении материалоемкости и габаритов узлов механизма в целом. Повышение ресурса достигают за счет высокой ремонтопригодности КДА, которое обеспечивают взаимозаменяемостью деталей и пар конических и цилиндрических колес и возможностью восстановления размеров посадочных мест под подшипники в процессе эксплуатации ТРД.

Технический результат группы изобретений достигают также за счет найденных в изобретении геометрических параметров корпуса КДА и структуры многоступенчатых редукторов приводов агрегатов, установленных в корпусе КДА с сбалансированным соотношений диапазонов значений передаточных чисел шестеренных пар редукторов передачи крутящего момента агрегатам КДА в пределах указанных в группе изобретений диапазонов значений передаточных чисел. Выход за последние в большую или меньшую сторону как повышающих, так и понижающих передаточных чисел чреват трудновосполнимой компенсацией разбалансировки работы и перегрузки редуктора или невозможностью устранения возникающего при этом дисбаланса редуктора, ухудшением параметров габаритов и массы корпуса КДА, неоправданным увеличением материалоемкости зубчатых колес шестеренных пар и занимаемого ими объема в корпусе КДА, трудоемкости монтажа/демонтажа узлов и монтажных единиц, снижением ресурса, надежности, КПД и увеличением энергоемкости работы механизма передачи крутящего момента в КДА либо возникновением опасной вероятности вхождения в резонанс. Выбранные диапазоны допустимых значений общих передаточных чисел агрегатов КДА ограничены, кроме того, реальной вариабельностью конструктивного исполнения и установочной мощностью последних. Эффективность группы изобретений достигают обеспечением повышенной ремонтопригодности разработанных в изобретениях узлов механизма передачи крутящего момента, что сокращает трудозатраты и время выполнения техобслуживания и всех типов ремонта двигателя в процессе его эксплуатации.

1. Коробка двигательных агрегатов (КДА) двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления с силовым промежуточным корпусом, а также газодинамически связанные между собой соосные валы роторов высокого давления (РВД), низкого давления (РНД) и центральную коническую передачу (ЦКП), характеризующаяся тем, что содержит корпус, выполненный в виде трехмерной замкнутой продольно изогнутой оболочки, образующей протяженное пространственное тело с выпуклой спинкой и обращенной к корпусу двигателя вогнутой частью боковой стенки корпуса с кривизной, адаптированной под кривизну корпуса двигателя, причем коробка состоит из двух объемных частей скорлупообразной формы - корпуса и крышки, выполненных с имеющим уступы плоским дном и цилиндрическими стенками переменной кривизны, кроме того, дно корпуса КДА выполнено содержащим проемы для монтажа двигательных агрегатов, включая центробежный суфлер (ЦС), плунжерный насос (НП), двигательный центробежный насос (ДЦН) и узел гибкого вала для передачи крутящего момента к агрегатам выносной коробки самолетных агрегатов (ВКА), а дно крышки КДА выполнено содержащим проемы для монтажа на них двигательных агрегатов, включая маслоагрегат (МА), насос-регулятор (HP) и форсажный насос (НФ), причем, по меньшей мере, проемы в КДА для двигательных агрегатов снабжены по периметру кольцевыми элементами жесткости с функцией фланца и высотой, превышающей толщину оболочки корпуса не менее чем в три раза, а дно корпуса и крышки КДА выполнено содержащим обращенную в корпус совокупность радиальных ребер жесткости и не менее чем одну совокупность пересекающихся с радиальными круговых концентрически разнесенных ребер жесткости с превышением над оболочкой, составляющим не менее полутора толщин оболочки, при этом в КДА выполнен редуктор ввода рабочего крутящего момента, содержащий главную коническую шестеренную пару КДА с передаточным числом i_в.р., согласованным с передаточным числом ЦКП и

определенным в диапазоне i_в.р.=(0,71÷0,99), причем входной вал указанного редуктора конструктивно выполнен совмещающим функцию вала ведомого колеса главной шестеренной пары КДА и функцию выполненного за одно целое с ним вала зубчатого цилиндрического колеса, приводного для многоступенчатых редукторов приводов двигательных агрегатов, которые установлены в КДА для передачи крутящего момента последним и сообщены по крутящему моменту с указанным цилиндрическим зубчатым колесом с образованием разветвленной на две группы редукторов приводов, содержащих от двух до пяти шестеренных зубчатых пар.

2. Коробка двигательных агрегатов по п. 1, отличающаяся тем, что корпус КДА седлообразно размещен на верхней части промежуточного корпуса двигателя и снабжен по торцам и в вогнутой части внешними элементами крепления к промежуточному корпусу двигателя, а дно корпуса КДА выполнено фронтально ориентированным по направлению полета (по н.п.) и параллельным плоскости разъема фланцев коробки, причем ввод крутящего момента в корпус КДА выполнен в вогнутой части боковой стенки корпуса и включает рессору, соединяющую ведомое коническое колесо ЦКП с ведущим колесом главной конической шестеренной пары, ведомое колесо которой установлено на входном валу редуктора КДА, а в дне корпуса и крышки КДА выполнено не менее чем по три проема под промежуточные шестеренные валы редукторов двигательных агрегатов.

3. Коробка двигательных агрегатов по п. 1, отличающаяся тем, что КДА оснащена установленными на корпусе и крышке двигательными агрегатами, вариабельно сообщенными по крутящему моменту через ЦКП с валом РВД посредством многоступенчатых редукторов приводов агрегатов, смонтированных во внутреннем объеме КДА с возможностью переключения агрегатов на работу от стартера как от источника пускового крутящего момента в режиме запуска двигателя, в том числе с изменением конфигурации многоступенчатых редукторов приводов, включая количество и тип ступеней зубчатых передач и значения передаточных чисел.

4. Коробка двигательных агрегатов по п. 1, отличающаяся тем, что КДА оснащена установленными на корпусе и крышке коробки двигательными агрегатами, вариабельно сообщенными по крутящему моменту через ЦКП с валом РВД посредством многоступенчатых редукторов приводов агрегатов, смонтированных во внутреннем объеме КДА с образованием в штатном режиме работы двигателя двух групп многоступенчатых редукторов, подключенных к ведущей цилиндрической шестерне на входном валу КДА с образованием разветвления шестеренных ступеней с обеспечением возможности подачи крутящего момента указанным двигательным агрегатам, при этом первая группа редукторов приводов агрегатов включает двухступенчатый редуктор насоса-регулятора, трехступенчатые редукторы суфлера центробежного и плунжерного насоса, пятиступенчатые редукторы двух агрегатов - двигательного центробежного насоса и маслоагрегата, причем последовательность общих передаточных чисел каждого из многоступенчатых редукторов приводов упомянутых двигательных агрегатов первой группы в пределах КДА, считая от цилиндрического колеса на входном валу редуктора приводов КДА, определена в диапазонах соотношений

(i_р.в.=i_цкп):i_гкп.:i_нр:i_цс:i_нп:i_дцн.:i_ма=(1,01÷1,43):(0,71÷0,99):(0,37÷0,53):(0,77÷0,99):(0,26÷0,36):(0,45÷0,64):(0,45÷0,64),

где (i_р.в.=i_цкп) ^_ передаточное число на рессоре ввода крутящего момента в КДА, равное передаточному числу ЦКП; i_гкп. - то же, главной конической шестеренной пары КДА; i_нр - то же, редуктора насоса-регулятора; i_цс - то же, редуктора суфлера центробежного; i_нп - то же, редуктора плунжерного насоса; i_дцн.. - то же, редуктора двигательного центробежного насоса; i_ма - то же, редуктора маслоагрегата; а другая группа редукторов включает двухступенчатые редукторы форсажного насоса и гибкого вала передачи крутящего момента ВКА, причем последовательность общих передаточных чисел каждого из многоступенчатых редукторов приводов упомянутых двигательных агрегатов второй группы в пределах КДА, считая от цилиндрического колеса на входном валу редуктора приводов КДА, определена в диапазонах соотношений

(i_р.в.=i_цкп):i_нф:i_гв=(1,01÷1,43):(0,71÷0,99):(1,73÷2,44):(0,59÷0,83),

где (i_р.в.=i_цкп) - передаточное число на рессоре ввода крутящего момента в КДА, равное передаточному числу ЦКП; i_нф - то же, редуктора форсажного насоса; i_гв - то же, редуктора гибкого вала.

5. Коробка двигательных агрегатов по п. 1, отличающаяся тем, что контактные торцы корпуса и крышки коробки снабжены фланцами разъемного соединения с отверстиями, не менее чем под три вида элементов - центрирующих, крепежных и демонтажных с превышением количества вторых относительно первых не менее чем в восемь раз.

6. Коробка двигательных агрегатов по п. 1, отличающаяся тем, что образующая цилиндрической поверхности корпуса и крышки КДА расположена параллельно оси вала РВД.

7. Корпус КДА ТРД двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления с силовым промежуточным корпусом, характеризующийся тем, что выполнен в виде трехмерной замкнутой продольно изогнутой оболочки, образующей протяженное пространственное тело с выпуклой спинкой и обращенной к корпусу двигателя вогнутой частью боковой стенки корпуса с кривизной, адаптированной под кривизну корпуса двигателя, причем КДА включает две объемные части скорлупообразной формы - собственно корпус и крышку, выполненные с уступообразным плоским дном и цилиндрическими стенками переменной кривизны, при этом контактные торцы корпуса и крышки коробки снабжены фланцами разъемного соединения с отверстиями не менее чем под три вида функциональных монтажных и демонтажных элементов - центрирующих, крепежных и демонтажных с превышением количества крепежных элементов относительно центрирующих или демонтажных в (8÷11) раз, причем корпус КДА седлообразно размещен на верхней части промежуточного корпуса двигателя и снабжен по торцам и в вогнутой части внешними элементами крепления к промежуточному корпусу двигателя, а дно корпуса КДА выполнено фронтально ориентированным по направлению полета (по н.п.) и параллельным плоскости разъема фланцев КДА, при этом в вогнутой части боковой стенки корпуса КДА выполнен проем для ввода крутящего момента через рессору, соединяющую ведущее колесо главной шестеренной конической пары КДА с ведомым коническим колесом ЦКП, кроме того, дно корпуса КДА выполнено содержащим проемы для монтажа агрегатов двигателя, в том числе центробежного суфлера, плунжерного насоса, двигательного центробежного насоса и привода гибкого вала для передачи крутящего момента к агрегатам выносной коробки самолетных агрегатов (ВКА), а дно крышки КДА выполнено содержащим проемы для монтажа на них агрегатов двигателя, включая маслоагрегат, насос-регулятор и форсажный насос, причем, по меньшей мере, проемы в коробке КДА для монтажа двигательных агрегатов снабжены по периметру кольцевыми элементами жесткости высотой, превышающей толщину оболочки корпуса не менее чем в три раза, при этом дно корпуса и крышки и корпуса КДА выполнено содержащим совокупность выступающих в корпус радиальных ребер жесткости с превышением над оболочкой, составляющим не менее полутора толщин последней, кроме того, дно крышки КДА выполнено содержащим обращенную в корпус не менее чем одну совокупность пересекающихся с радиальными круговых концентрически разнесенных ребер жесткости с превышением над оболочкой также составляющим не менее полутора толщин оболочки.

8. Корпус КДА по п. 7, отличающийся тем, что в дне корпуса и крышки КДА выполнено не менее чем по три проема под промежуточные шестеренные валы редукторов двигательных агрегатов.

9. Корпус КДА по п. 7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть пересечений радиальных и круговых ребер выполнены в крышке КДА с приливами в виде бобышек с отверстиями под крепежные элементы фланцевого соединения насоса-регулятора.

10. Главная коническая передача КДА двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и газодинамически связанные между собой соосные валы РВД, РНД и центральную коническую передачу, характеризующаяся тем, что размещена в корпусе КДА с установочными местами под сборочные единицы КДА и включает смонтированную с присоединением в указанных местах главную коническую шестеренную пару КДА ортогонально ориентированных конических ведущего и ведомого зубчатых колес, при этом ведущее зубчатое колесо имеет конический зубчатый венец, выполненный с угловой частотой γ₁ зубьев Z₁, определенной в диапазоне γ₁=(3,34÷4,78) [ед/рад], а ответный зубчатый венец ведомого колеса выполнен с угловой частотой γ₂ зубьев Z₂, которая определена в диапазоне γ₂=(3,98÷5,74) [ед/рад], причем главная шестеренная пара ведущего и ведомого зубчатых колес ГКП КДА выполнена с передаточным числом i_1,гп, определенным в диапазоне i_1,гп=(0,71÷0,99), при этом ведущее зубчатое колесо главной конической шестеренной пары ГКП КДА имеет ступицу, интегрированную в цапфу вала шестерни, а вал установлен в радиально-упорном шариковом и роликовом подшипниках, последний из которых выполнен с телами качения, опертыми непосредственно на концевик вала, а внешнее кольцо роликового подшипника установлено в корпусе последнего, выполненном заедино с пролонгированной до присоединения к корпусу шарикоподшипника обоймой ведущего конического зубчатого колеса, причем ответное ведомое зубчатое коническое колесо выполнено установленным на входном валу КДА на двух подшипниках - опорно-упорном шариковом, установленном на концевике вала со стороны ведомого колеса, и опорном роликовом подшипнике, установленном на противоположном концевике вала, причем ведомое коническое колесо разъемно закреплено на шейке вала в виде промежуточного фланца посредством крепежных элементов, установленных в соосных отверстиях фланца и колеса с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад], кроме того, на участке входного вала КДА между роликовым подшипником и коническим ведомым колесом выполнено заедино с ним цилиндрическое зубчатое колесо, приводное для всех редукторов КДА в режиме работы двигателя ротора КВД, имеющее диск с ободом, зубчатый венец которого выполнен с угловой частотой γ_ц.1 зубьев Z_ц.1, определенной в диапазоне γ_ц.1=(2,87÷4,30) [ед/рад], а также полотно, переходящее в ступицу, интегрированную с шейкой вала в пределах толщины стенки последнего.

11. Главная коническая передача по п. 10, отличающаяся тем, что ведущее зубчатое коническое колесо ГКП с роликовым и опорно-упорным шариковым подшипниками установлены в обойме, имеющей малый цилиндрический приконцевой участок с функцией корпуса роликового подшипника, охватывающий по контору и с внешнего торца наружное кольцо роликового подшипника и переходящий в конический участок обоймы, сопряженный, в свою очередь, с расширенным цилиндрическим участком, при этом в зоне сопряжения конического и цилиндрического участков по высоте обоймы и в угловом диапазоне контакта зубьев зубчатых венцов в оболочке обоймы выполнен проем с угловым створом в проекции на плоскость, нормальную к оси ведущего конического колеса, достаточным для экспонирования не менее шести зубьев ведомого конического колеса ГКП, кроме того, цилиндрический участок обоймы снабжен фланцем, сопряженным посредством разъемных элементов с внешней стороны с фланцем корпуса КДА и с внутренней стороны с фланцем кольцевого держателя корпуса шарикоподшипника.

12. Ведущее коническое зубчатое колесо главной конической передачи КДА двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и газодинамически связанные между собой соосные валы РВД, РНД и ЦКП, характеризующееся тем, что входит в главную коническую шестеренную пару ГКП КДА, включает полый вал, выполненный зацело с ним диск колеса, имеющий конические обод с зубчатым венцом, полотно, содержащее условную среднюю коническую поверхность и развитую в осевом направлении полую цилиндрическую ступицу, интегрированную в средний осевой участок вала, одновременно наделенный функцией опорной цапфы, и оснащенную с внутренней стороны вала шлицами с образованием посадочного места для шлицевого концевика рессоры привода, передающего крутящий момент через ведомое колесо главной шестеренной пары агрегатам КДА двигателя, при этом концевики вала ведущего колеса, верхний и нижний, обращенный к оси вала РВД, наделены расположенными по обе стороны диска колеса внешними посадочными местами соответственно под шарико- и роликовый подшипники, а ведущее колесо имеет конический зубчатый венец, угловая частота γ₁ зубьев Z₁ которого определена в диапазоне γ₁=(3,34÷4,78) [ед/рад], причем зубья венца выполнены переменной высоты, уменьшающейся в сторону осевой вершины условного конуса вершин зубьев с градиентом G₁, определенным в диапазоне

G₁=(Н_{з1, max}-Н_{з1, min})/B_з1=(0,14÷0,20) [м/м],

где Н_{з1, max} - наибольшая высота эвольвентной части боковой поверхности у внешнего периферийного торца зуба в проекции на условную осевую плоскость, проходящую через среднюю точку вершины зуба; Н_{з1, min} - то же, наименьшая высота эвольвентной части боковой поверхности зуба у внутреннего торца последнего; В_з1 - ширина зуба в той же проекции; при этом угол α_о.д.к1 наклона образующей условного делительного конуса зубчатого венца к оси вала ведущего колеса определен в диапазоне α_о.д.к=(0,59÷0,85) [рад], причем зубчатый венец ведущего колеса выполнен с зубьями круговой конфигурации с радиусом R_кр.1 кривизны вершины зуба в проекции на плоскость, нормальную к оси вала ведущего колеса, скалярно превышающим среднюю высоту зуба Н_{з.1, ср.} в N₁ раз, где N₁ определен в диапазоне

N₁=(R_кр1/H_{з1, cp.})=(8,1÷12,1),

а угол спирали β_ш1, выраженный в той же проекции как угол между касательной к линии зуба в средней точке последней и радиусом той же точки, проведенным от оси вала ведущего колеса, вариантно определен в диапазоне значений β_ш2=(0,21÷0,32) [рад].

13. Ведущее зубчатое коническое колесо по п. 12, отличающееся тем, что верхний концевик вала колеса выполнен с возможностью непосредственного опирания на его боковую поверхность тел качения роликового подшипника, огражденных с внешней стороны наружным кольцом последнего.

14. Ведущее зубчатое коническое колесо по п. 12, отличающееся тем, что угол α_{о.к.вер.} наклона образующей начального конуса вершин зубьев относительно оси ведущего колеса определен в диапазоне значений α_{о.к.вер.}=(0,65÷0,92) [рад] и выполнен превышающим аналогичный угол α_о.к.вп. наклона образующей условного конуса впадин, который с соблюдением указанного условия определен в диапазоне значений α_о.к.вп.=(0,50÷0,76) [рад].

15. Ведомое коническое зубчатое колесо главной конической передачи КДА двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и газодинамически связанные между собой соосные валы РВД, РНД и ЦКП, характеризующееся тем, что входит в главную коническую шестеренную пару ГКП КДА, содержит диск, имеющий обод с коническим зубчатым венцом, полотно минимальной радиальной высоты, переменной по высоте толщины и с внешней боковой поверхностью, которая выполнена конической, и ступицу, при этом в полотне выполнены выемки по числу отверстий для крепежных элементов разъемного соединения с фланцем входного вала КДА, установленных в соосных отверстиях фланца, и колеса с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад], с образованием между выемками конических ребер жесткости типа контрфорсов, соединяющих обод диска со ступицей, причем конический зубчатый венец ведомого колеса выполнен с угловой частотой γ₂ зубьев Z₂, которая определена в диапазоне γ₂=(3,98÷5,74) [ед/рад], кроме того, ведомое колесо наделено внутренним цилиндрическим посадочным и торцевым упорным местами для опорно-упорного размещения колеса на входном валу КДА, при этом цилиндрическое посадочное место ступицы диска ведомого конического колеса выполнено соосным указанному валу, причем зубья конического венца ведомого колеса выполнены переменной высоты, уменьшающейся в сторону осевой вершины условного конуса вершин зубьев с градиентом G₂, определенным в диапазоне

G₂=(Н_{з2, max}-Н_{з2, min})/B_з2=(0,17÷0,24) [м/м],

где Н_{з2, max} - наибольшая высота у внешнего периферийного торца зуба колеса в проекции на условную осевую плоскость, проходящую через среднюю точку вершины зуба; Н_{2, min} - то же, наименьшая высота зуба у внутреннего торца последнего; В_з2 - ширина зуба в той же проекции; при этом угол α_о.д.к2 наклона образующей условного делительного конуса зубчатого венца к оси вала

ведомого колеса определен в диапазоне α_о.д.к2=(0,74÷1,04) [рад], кроме того зубчатый венец ведомого колеса выполнен с круговыми зубьями радиусом R_кр.2 круговой конфигурации вершины зуба в проекции на плоскость, нормальную к оси вала ведомого колеса, скалярно превышающим среднюю высоту зуба Н_{з2, ср.} в N₂ раз, где N₂ определен в диапазоне

N₂=(R_кр2/H_{з2, cp.})=(8,2÷12,3),

а угол спирали β_ш2, выраженный в той же проекции как угол между касательной к линии зуба к средней точке и радиусом той же точки, проведенным от оси вала ведомого колеса, вариантно определен в диапазоне значений β_ш2=(0,21÷0,32) [рад].

16. Входной вал КДА двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего корпус и газодинамически связанные между собой соосные валы РВД, РНД и ЦКП, характеризующийся тем, что выполнен полым, снабжен посадочными местами под опорный роликовый подшипник на одном конце и под опорно-упорный шариковый подшипник на противоположном конце, кроме того, входной вал КДА наделен посадочным местом под размещение ведомого конического колеса главной шестеренной пары ГКП КДА и имеет примыкающий к нему, выполненный заедино с валом кольцевой фланец, который снабжен отверстиями для крепежных элементов разъемного соединения с ведомым колесом, разнесенными по периметру фланца с угловой частотой γ_отв>0,79 [ед/рад], кроме того, на участке входного вала КДА между роликовым подшипником и фланцем конического ведомого колеса выполнено заедино с валом цилиндрическое зубчатое колесо, приводное для всех редукторов КДА, имеющее диск с ободом, зубчатый венец которого выполнен с угловой частотой γ_ц.1 зубьев Z_ц.1, определенной в диапазоне γ_ц.1=(2,87÷4,30) [ед/рад], а также имеющее полотно, переходящее в ступицу, интегрированную с шейкой вала в пределах толщины стенки последнего, и получающее крутящий момент от вала ротора КВД в режиме работы двигателя.