Коробка приводов агрегатов для газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель

Коробка приводов агрегатов для приведения в действие агрегатов авиационного газотурбинного двигателя содержит корпус и множество зубчатых колес внутри корпуса. Корпус содержит средства для крепления агрегатов на стенке корпуса и для их приведения в действие зубчатыми колесами через отверстия в стенке корпуса. Колеса установлены в корпусе на подшипниках качения, при этом каждый подшипник содержит первое кольцо, неподвижное относительно корпуса, и подвижное кольцо, жестко соединенное с колесом. Одно из зубчатых колес установлено только на одном подшипнике качения, неподвижное кольцо которого является радиально внутренним и установлено на оси, жестко соединенной со стенкой корпуса. Другое изобретение относится к газотурбинному двигателю, снабженному указанной выше коробкой приводов агрегатов. Группа изобретений позволяет уменьшить размеры коробки приводов агрегатов газотурбинного двигателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных установок, в частности, газотурбинных двигателей, предназначенных для создания тяги летательных аппаратов. Изобретение относится к коробкам привода вспомогательных агрегатов, связанных с этими газотурбинными установками, известным под названием коробки приводов агрегатов или под английским названием ʺaccessory gear boxʺ или под аббревиатурой AGB.

Уровень техники

Часть энергии, генерируемой двигателем, используют для приведения в действие его различных устройств. Необходимую мощность отбирают механически, как правило, на валу высокого давления газотурбинного двигателя, через вал отбора движения, который соединен с втулкой входной шестерни в коробке приводов агрегатов. Коробка установлена на картере двигателя и объединяет определенное количество установленных на ней устройств или агрегатов, которыми являются, например, электрический генератор, генератор переменного тока, гидравлические топливные и масляные насосы, стартер и т.д.

Коробка содержит корпус удлиненной формы, внутри которого установлены зубчатые колеса, образующие зубчатую передачу, приводящую во вращение устройства. Эти колеса содержат втулку, выполненную с возможностью соединения с приводным валом устройства. Одно из колес соединено также в входным валом коробки. Различные вращаемые коробкой устройства установлены непосредственно на корпусе, и соответствующие приводы проходят через стенку корпуса через соответствующие отверстия. Согласно известному решению, зарегистрированному на имя настоящего заявителя, втулки шестерен установлены, с одной стороны, в стенке корпуса, противоположной стенке, содержащей отверстия, через которые приводится во вращение устройство, и, с другой стороны, в стенке, содержащей отверстие, или в соединенной со стенкой крышке. Как правило, втулка шестерен зубчатого колеса установлена, с одной стороны, на наружном кольце роликоподшипника или шарикоподшипника, закрепленного на не вырезанной стенке дна корпуса, и, с другой стороны, на наружном кольце роликоподшипника или шарикоподшипника, закрепленного на крышке, связанной с упомянутым агрегатом. Что касается зубчатого колеса, то оно находится между двумя подшипниками.

Настоящий заявитель уже предложил усовершенствования коробки приводов агрегатов этого типа, описанные, например, в заявках WO2012/175884 или ЕР 1.898.072.

Такая конструкция имеет определенный габарит в направлении осей зубчатых передач. В рамках постоянного усовершенствования своих изделий настоящий заявитель стремится в уменьшению габарита в упомянутом направлении. Следует отметить, что роликоподшипники имеют резерв осевого смещения, который предопределяет минимальное межосевое расстояние, и это межосевое расстояние ограничивает возможность уменьшения толщины коробок. Чтобы не прибегать к увеличению резерва осевого смещения роликов и, следовательно, к уменьшению их допускаемой нагрузки, необходимо найти другое решение монтажа. Эту задачу и поставил перед собой настоящий заявитель.

Сущность изобретения

Согласно изобретению, предложена коробка приводов агрегатов, выполненная с возможностью приведения во вращение агрегатов газотурбинного двигателя, содержащая корпус и множество зубчатых колес в основном с параллельными между собой осями внутри корпуса, при этом корпус содержит средства для крепления агрегатов на стенке корпуса и для их приведения во вращение зубчатыми колесами через отверстия в стенке корпуса, при этом колеса установлены в корпусе на подшипниках качения, при этом каждый подшипник содержит первое кольцо, неподвижное относительно корпуса, и подвижное кольцо, неподвижно соединенное с колесом, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно из упомянутых зубчатых колес установлено только в одном подшипнике качения, неподвижное кольцо которого является радиально внутренним и установлено на оси, неподвижно соединенной со стенкой корпуса. Предпочтительно упомянутый подшипник выполнен с возможностью восприятия моментов, перпендикулярных к оси вращения зубчатого колеса, а также осевых и радиальных нагрузок.

Благодаря использованию подшипника качения, имеющего такую характеристику, обеспечивают хорошую работу коробки и одновременно получают возможность уменьшения ее толщины, так как монтаж колес является более компактным и больше не зависит от минимального межосевого расстояния.

Согласно предпочтительному варианту выполнения, подшипник качения является шарикоподшипником с двойным рядом шариков с наклонным контактом или роликоподшипником с двойным рядом роликов с наклонным контактом. Такой подшипник сам по себе известен и обеспечивает хорошую стойкость вала агрегата по отношению к моментам изгиба и к осевым усилиям при оптимальном габарите. Кроме того, использование подшипника этого типа позволяет уменьшить осевые зазоры и, таким образом, повысить надежность зацепления.

Стенка с осью, на которой установлено неподвижное кольцо, может находиться со стороны, противоположной стенке, содержащей отверстие. Внутреннее кольцо подшипника может быть неподвижным или вращающимся, при этом наружное кольцо является вращающимся, соответственно неподвижным. По меньшей мере в варианте выполнения зубчатое колесо содержит диск, снабженный на своей периферии зубьями зацепления, при этом диск в основном расположен в центральной плоскости подшипника.

Согласно другому отличительному признаку, колесо неподвижно соединено с соединительной осью, выполненной с возможностью приведения во вращение устройства, установленного на корпусе, при этом соединительная ось снабжена системой приведения во вращение, такой как внутренние шлицы или наружные шлицы.

Заявленное решение предпочтительно относится к большинству зубчатых колес, каждое из которых установлено только в одном подшипнике.

Краткое описание фигур

Другие отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительного варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - частичный вид в осевом разрезе известной коробки приводов агрегатов.

Фиг. 2 - вид в осевом разрезе и в перспективе сзади части заявленной коробки приводов агрегатов.

Фиг. 3 - коробка, показанная на фиг. 2, вид в перспективе спереди.

Фиг. 4 - коробка, показанная на фиг. 2, вид сбоку.

Подробное описание варианта выполнения изобретения

На фиг. 1 представлен вид в разрезе конца известной коробки приводов агрегатов газотурбинного двигателя. Она содержит корпус, как правило, выполненный моноблочно посредством литья, затем подвергнутый механической обработке, в котором установлены зубчатые передачи, содержащие шестерни, служащие для приведения во вращение одного из агрегатов, соединенных с коробкой приводов агрегатов. На фигуре показаны две шестерни, первая 10 из которых соединена с входным валом 11 в коробке AGB, а вторая шестерня 20 содержит внутренние шлицы 12, обеспечивающие приведение во вращение агрегата.

После установки зубчатых колес в корпусе 1 отверстия, через которые проходят оси приводов агрегатов, закрывают крышками, чтобы обеспечить герметичность узла и закрепить один из подшипников вала зубчатого колеса. В случае первого зубчатого колеса 10, крышка 13 закрывает отверстие, находящееся со стороны входного вала 11. В случае шестерни 20 крышка 14 закрывает отверстие, через которое проходит первый приводной вал 12. Зубчатые колеса установлены на подшипниках: шарикоподшипник удерживается на месте крышкой, закрывающей отверстие для прохождения соответствующего приводного вала, и роликоподшипник закреплен на соответствующей стенке дна корпуса 1, то есть на стенке, противоположной стенке, в которой выполнено отверстие для прохождения соответствующего вала. Наружное кольцо 15 шарикоподшипника первого зубчатого колеса 10 закреплено на крышке входного вала 13 при помощи средств типа шпилек-гаек, тогда как наружное кольцо 16 роликоподшипника этого же первого зубчатого колеса закреплено непосредственно на дне корпуса 1 тоже при помощи средств типа шпилек-гаек. Это же относится и к второму зубчатому колесу, в котором наружное кольцо 25 его шарикоподшипника закреплено на первой крышке 14 приводов агрегатов, тогда как наружное кольцо 26 его роликоподшипника закреплено на соответствующем дне корпуса 1.

Согласно этому известному решению, зубчатые колеса расположены между двумя поддерживающими вал подшипниками. Это расположение позволяет распределить нагрузку между подшипниками, но требует наличия минимального промежутка между двумя подшипниками и является чувствительным к смещению между диаметрами центровки подшипников картера и крышки. В других случаях применения в линиях можно использовать сборку роликоподшипник/роликоподшипник.

Вместе с тем, отмечается, что эта конструкция вынуждает предусмотреть минимальный промежуток между стенками корпуса, чтобы иметь возможность расположить колесо и два подшипника качения с двух сторон от колеса.

На фиг. 2-4 под тремя разными углами и в осевом разрезе показано установленное в соответствии изобретением колесо зубчатой передачи.

Корпус 101 заявленной коробки 100 приводов агрегатов, часть которого видна на уровне зубчатого колеса 110, содержит две параллельные стенки 101а и 101b, отстоящие друг от друга на достаточное расстояние для размещения колеса 110. Стенка 101а имеет отверстие, через которое можно получить доступ к колесу. Трубчатый кронштейн 105 неподвижно соединен со стенкой 101b дна, противоположной отверстию другой стенки 101а и находящейся напротив этой стенки. Зубчатое колесо 110 установлено с возможностью вращения на этом кронштейне 105. Колесо содержит диск 110а с зубьями зацепления по периферии.

Колесо установлено на трубчатом кронштейне при помощи двухрядного шарикоподшипника с наклонным контактом. Этот подшипник 120 содержит двойной ряд шариков 121 с наклонным контактом между наружным кольцом 122 и внутренним кольцом 123. Например, наружное кольцо является моноблочным, а внутреннее кольцо состоит из двух внутренних полуколец, расположенных рядом друг с другом и предварительно нагруженных в осевом направлении друг к другу во время работы. Согласно этому варианту выполнения, наружное кольцо 122 содержит центральную часть и две боковые части, образующие две внутренние дорожки качения. Эти дорожки выполнены в виде кольцевых канавок качения вокруг оси подшипника и обращены по существу друг к другу задними сторонами. Канавки имеют радиальное сечение в виде дуги окружности, и их вогнутость направлена радиально к оси подшипника, и каждая из них направлена аксиально в боковом направлении наружу подшипника со стороны соответствующей боковой части. Наружное кольцо 122 неподвижно соединено со ступицей 111 колеса 110.

Каждое из внутренних полуколец содержит наружную дорожку качения. Полукольца являются симметричными относительно центральной поперечной плоскости. Оба полукольца предварительно нагружены в осевом направлении друг к другу при монтаже подшипника в конфигурации использования. Наружные дорожки качения тоже имеют форму кольцевых канавок качения вокруг оси подшипника, имеют радиальное сечение в виде дуги окружности, и вогнутость каждой из них обращена радиально наружу подшипника и аксиально к наружной дорожке качения другого внутреннего полукольца. Таким образом, наружные дорожки качения внутреннего кольца 123 по существу расположены друг против друга.

Шарики 121 одного ряда установлены с возможностью контакта качения между наружной канавкой качения первого внутреннего полукольца и находящейся напротив внутренней канавкой качения на наружном кольце 122, тогда как шарики 121 другого ряда установлены с возможностью контакта качения между наружной канавкой качения второго внутреннего полукольца и находящейся напротив внутренней канавкой качения на наружном кольце 122.

Таким образом, шарики 121 установлены с наклонным контактом относительно центральной плоскости подшипника, соответствующей плоскости осевого контакта внутренних полуколец, когда подшипник предварительно нагружен в осевом направлении при монтаже в конфигурации использования. В случае необходимости, между двумя кольцами предусмотрены обоймы для удержания шариков между дорожками качения.

В этом примере центральная плоскость симметрии двухрядного шарикоподшипника является также плоскостью диска колеса. Преимуществом этого расположения является возможность уменьшения моментов изгиба, действующих на подшипник.

Подшипник установлен на трубчатом кронштейне через внутреннее кольцо 123, при этом, например, гайка 125 удерживает подшипник на месте, при этом внутреннее кольцо является предварительно нагруженным.

Согласно этому варианту выполнения, зубчатое колесо содержит также соединительный выступ, образованный в данном случае трубчатым элементом 113, который может быть шлицевым. Соединительный трубчатый элемент соединен с зубчатым колесом 110 через ажурную поперечную пластину 115 с центральным отверстием, обеспечивающим доступ к зажимной гайке 125 подшипника. В примере, представленном на фигурах, отверстие закрыто крышкой, которая больше не поддерживает подшипник.

Представленная конструкция позволяет значительно уменьшить ширину корпуса силовой передачи за счет использования набора шестерен, установленных на единых подшипниках. Эти подшипники позволяют поглощать одновременно осевые и радиальные усилия и моменты поворота вокруг осей, перпендикулярных к оси вращения колеса.

Показанный на фигурах подшипник качения является двухрядным шарикоподшипником с наклонным контактом. Согласно другому, не показанному варианту выполнения, подшипник качения является двухрядным роликоподшипником с наклонным контактом.

1. Коробка приводов агрегатов, выполненная с возможностью приведения в действие агрегатов газотурбинного двигателя, такого как авиационный двигатель, содержащая корпус и множество зубчатых колес внутри корпуса, при этом корпус содержит средства для крепления агрегатов на стенке корпуса и для их приведения в действие зубчатыми колесами через отверстия в стенке корпуса, при этом колеса установлены в корпусе на подшипниках качения, при этом каждый подшипник содержит первое кольцо, неподвижное относительно корпуса, и подвижное кольцо, жестко соединенное с колесом, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно (110) из зубчатых колес установлено только на одном подшипнике (120) качения, неподвижное кольцо (123) которого является радиально внутренним и установлено на оси (105), жестко соединенной со стенкой (101b) корпуса.

2. Коробка приводов агрегатов по п. 1, в которой подшипник (120) качения является шарикоподшипником с двойным рядом шариков (121) с наклонным контактом.

3. Коробка приводов агрегатов по п. 1, в которой подшипник качения является роликоподшипником с двойным рядом роликов с наклонным контактом.

4. Коробка приводов агрегатов по п. 1, в которой стенка с установленной в ней осью (105) находится со стороны, противоположной стенке, содержащей отверстие.

5. Коробка приводов агрегатов по п. 1, в которой зубчатое колесо (110) содержит диск, снабженный на своей периферии зубьями зацепления, при этом диск в основном расположен в средней плоскости подшипника.

6. Коробка приводов агрегатов по п. 1, в которой колесо жестко соединено с соединительной осью (113), выполненной с возможностью приведения в действие агрегата, установленного на корпусе.

7. Коробка приводов агрегатов по п. 1, в которой соединительная ось (113) имеет внутренние или наружные шлицы.

8. Коробка приводов агрегатов по п. 1, в которой большинство зубчатых колес установлены только на одном подшипнике.

9. Газотурбинный двигатель, снабженный коробкой приводов агрегатов по одному из предыдущих пунктов.