УСТРОЙСТВО ШАРОВОГО ШАРНИРА ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
BALL JOINT DEVICE FOR GAS TURBINE ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству шарового шарнира для подвески газотурбинного двигателя к пилону или для подвески агрегата к корпусу газотурбинного двигателя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Среди известных решений можно указать, в частности, документы FR-A1-2 887 853, EP-A1-0 357 504 и JP H02 49797.
Как правило, газотурбинный двигатель подвешивают к пилону через «серьгу», которая закреплена на корпусе газотурбинного двигателя на уровне его промежуточного картера. Эта серьга содержит вилки, с которыми шарнирно соединены концы тяги, другие концы которой соединены со средствами подвески газотурбинного двигателя к пилону. Как правило, каждая тяга шарнирно соединена с вилкой при помощи устройства шарового шарнира.
В настоящее время каждая тяга имеет конец, на котором установлена шаровая головка и который вставлен между двумя держателями вилки, при этом шаровая головка содержит проем для прохождения оси, концы которой проходят через отверстия держателей вилки.
Однако используемые в настоящее время устройства этого типа не являются вполне удовлетворительными с точки зрения безопасности. Важный критерий безопасности состоит в том, чтобы соединение тяги с вилкой сохранялось, в частности, в случае разрыва оси, проходящей через шаровую головку, установленную на тяге.
Например, согласно каждой из заявок FR-A1-2 879 695 и FR-А1-2 923 460, в случае разрыва оси сломанные части оси могут выйти из отверстий держателей, что может привести к разрыву соединения тяги с вилкой.
Настоящее изобретение призвано предложить простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретением предложено устройство шарового шарнира для подвески газотурбинного двигателя к пилону или для подвески агрегата к корпусу газотурбинного двигателя, содержащее первый элемент, на конце которого установлена шаровая головка, при этом конец вставлен между двумя держателями второго элемента, при этом шаровая головка содержит проем для прохождения оси, концы которой проходят через отверстия держателей, при этом первый из держателей содержит или на нем установлены первые средства осевого удержания оси со стороны, противоположной шаровой головке, и второй из держателей содержит или на нем установлены вторые средства осевого удержания оси со стороны, противоположной шаровой головке, отличающееся тем, что первые средства осевого удержания содержат крышку, закрепленную на первом держателе и по меньшей мере частично закрывающую первый конец оси или выполненную в виде единой детали с первым концом оси, и тем, что устройство дополнительно содержит упругий элемент, выполненный с возможностью деформации при сжатии, который удерживается крышкой, при этом упомянутый упругий элемент выполнен с возможностью осевого смещения в направлении, противоположном крышке, опорного элемента, через который проходит ось, который расположен между крышкой и шаровой головкой, и который опирается в осевом направлении на шаровую головку.
Таким образом, заявленное устройство оснащено средствами, обеспечивающими осевое удержание оси таким образом, чтобы она не отсоединялась от держателей. Таким образом, даже в случае разрыва оси эти сломанные части удерживаются и не выходят из отверстий держателей, что позволяет сохранять соединение первого и второго элементов.
Кроме того, упругий элемент который оказывает осевое смещение на шаровую головку со стороны, противоположной крышке, позволяет после монтажа устранить осевой зазор между шаровой головкой и двумя элементами удержания, например, в виде втулок, расположенными с двух сторон от шаровой головки и служащими для стопорения шаровой головки на оси в осевом направлении. Такой осевой зазор обычно необходим во время монтажа шаровой головки, так как перед установкой оси шаровая головка должна располагаться между двумя держателями второго элемента после позиционирования элементов удержания во внутреннем пространстве между двумя держателями. Этот зазор нежелателен во время работы, так как он может способствовать ненужным осевым перемещениям шаровой головки и ее преждевременному износу и ее смещениям относительно оси и даже относительно двух элементов удержания. Иначе говоря, упругий элемент обеспечивает во время работы устранение осевого зазора монтажа шаровой головки.
Заявленное устройство может иметь один или несколько из следующих отличительных признаков, рассматриваемых отдельно или в комбинации друг с другом:
- вторые средства осевого удержания содержат элемент удержания, расположенный со стороны второго держателя, противоположной шаровой головке, и предусмотрен осевой зазор между вторым концом оси и упомянутым элементом удержания таким образом, чтобы последний не подвергался осевому смещению от оси, кроме, возможно, случая разрыва оси; учитывая этот осевой зазор, ось не опирается на элемент удержания во время работы и, следовательно, не действует напряжениями на этот элемент, что является преимуществом,
- в отверстии первого держателя установлена первая втулка, которая содержит опорный элемент и через которую проходит ось,
- опорный элемент образован наружным кольцевым бортиком на конце первой втулки со стороны шаровой головки,
- в положении монтажа между первым держателем и опорным элементом предусмотрен осевой зазор,
- упругий элемент опирается в осевом направлении непосредственно или опосредованно на конец первой втулки,
- в отверстии второго держателя установлена вторая втулка, которая содержит элемент удержания и через которую проходит ось, при этом элемент удержания образован внутренним кольцевым бортиком упомянутой второй втулки,
- на внутреннем конце со стороны шаровой головки вторая втулка содержит наружный кольцевой бортик, вставленный между внутренней боковой стороной второго держателя и шаровой головкой, при этом упомянутый упругий элемент действует опосредованно на шаровую головку, опираясь в осевом направлении на упомянутый наружный кольцевой бортик,
- упругий элемент, такой как шайба Бельвилля, плотно установлен в осевом направлении между крышкой и первым концом оси для осевого смещения этой оси в направлении, противоположном крышке, при этом упомянутый первый конец оси содержит наружный кольцевой бортик, опирающийся в осевом направлении на конец первой втулки со стороны, противоположной шаровой головке,
- втулка или каждая втулка выполнена с возможностью установки в отверстие соответствующего держателя из внутреннего пространства, находящегося между упомянутыми держателями,
- крышка имеет общую кольцевую форму и содержит наружную периферическую часть, которая расположена вокруг упомянутого конца оси и которую прижимают и крепят на наружной боковой стороне первого держателя, и
- крышка закреплена на оси.
Объектом изобретения является также газотурбинный двигатель, такой как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно описанное выше устройство.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
Изобретение, его другие детали, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схематичный вид в осевом разрезе варианта выполнения устройства шарового шарнира в соответствии с изобретением.
Фиг. 2 - схематичный вид в осевом разрезе устройства шарового шарнира, показанного на фиг. 2, при этом ось разорвана.
Фиг. 3-6 - схематичные виды в перспективе устройства шарового шарнира, показанного на фиг. 2.
Фиг. 7 - схематичный вид в осевом разрезе другого варианта выполнения устройства шарового шарнира в соответствии с изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг. 1-6 представлен первый вариант выполнения заявленного устройства 10 шарового шарнира. Это устройство 10 содержит тягу 12, на одном конце которой установлена шаровая головка 14, при этом конец вставлен между двумя держателями 16, 17 вилки 18.
В случае подвески газотурбинного двигателя к пилону вилка выполнена вместе или закреплена на картере двигателя. Вилка 18 является охватывающей, и ее два держателя 16, 17 являются плоскими и параллельными между собой, причем эти держатели 16, 17 содержат коаксиальные отверстия 20, 22 с цилиндрическими внутренними стенками.
Тяга 12 соединена со средствами подвески к пилону, и ее конец, показанный на чертеже, является плоским и содержит отверстие 24 с внутренней цилиндрической стенкой для монтажа обоймы 26, которую запрессовывают в отверстие и на внутренней сферической стенке которой устанавливают шаровую головку 14, которая может свободно поворачиваться в обойме 26. Шаровая головка 14 содержит цилиндрический проем 28, через который проходит ось 30 с цилиндрическим корпусом, концы которой проходят в отверстиях 20, 22 держателей 16, 17. На первом конце ось 30 содержит наружный кольцевой бортик 32.
В представленном примере обе втулки 36, 38 установлены соответственно в отверстия 20, 22 держателей. Эти втулки 36, 38 являются коаксиальными и содержат, каждая, трубчатый цилиндрический корпус.
Первая втулка 36 вставлена в отверстие 20 с внутренней стороны держателя 16 и содержит на своем внутреннем конце (находящемся со стороны шаровой головки 14) наружный кольцевой бортик 40, находящийся напротив внутренней боковой стороны 42 держателя 16 (и, в частности, проходящий напротив периферической части стороны 42, расположенной вокруг отверстия 20).
Как показано на фиг. 1, в положении монтажа бортик 40 отделен от стороны 42 осевым зазором А1. Первая втулка 36 опирается своим бортиком 40 на шаровую головку 14. Таким образом, бортик 40 представляет собой опорный элемент, через который проходит ось 30 и который опирается в осевом направлении на шаровую головку. Этот опорный элемент 40 в данном случае выполнен вместе с втулкой 36, однако можно также предусмотреть, например, втулку 36 без наружного кольцевого бортика с опорным элементом 40, образованным кольцевой шайбой, вставленной в осевом направлении между втулкой 36 и шаровой головкой 14. Кроме того, бортик 32 оси 30 опирается в осевом направлении на наружный конец (находящийся со стороны, противоположной шаровой головке) втулки 36 и отделен от наружной стороны 44 держателя осевым зазором А2.
Вторая втулка 38 вставлена в отверстие 22 с внутренней стороны держателя 16 и содержит на своем внутреннем конце (находящемся со стороны шаровой головки) наружный кольцевой бортик 46, находящийся напротив внутренней боковой стороны 48 держателя 16 (и, в частности, проходящий напротив периферической части стороны 48, расположенной вокруг отверстия 22). Как показано на фиг. 1, в положении монтажа бортик 46 опирается в осевом направлении на сторону 48. Вторая втулка 38 опирается своим бортиком 46 на шаровую головку.
Вторая втулка 38 содержит на своем наружном конце (находящемся со стороны, противоположной шаровой головке) внутренний кольцевой бортик 50 осевого удержания оси 30 в направлении наружу держателя 18. Как показано на фиг. 1, в положении монтажа бортик 50 отделен от оси 30 осевым зазором А3, чтобы избегать любой осевой головки между осью 30 и второй втулкой 38. Действительно, такая осевая головка может помешать осевой головке оси 30 на первую втулку 36 и, следовательно, зажатию шаровой головки 14 между двумя втулками. В случае разрыва оси 30 (см. фиг. 2), часть 30а оси, расположенная во второй втулке 38, может опираться в осевом направлении на бортик 50 этой втулки 38 и удерживаться, таким образом, без отсоединения от держателя 17.
На фиг. 2 место разрыва оси 30 обозначено позицией 39. Предпочтительно этот разрыв происходит в положении оси 30, которое по существу соответствует середине отверстия шаровой головки в осевом направлении, и таким образом, чтобы поверхность разрыва по мере возможности проходила в основном в радиальном направлении относительно оси. Таким образом, обе сломанные части оси 30 продолжают удерживать шаровую головку. Для этого ось 30 может содержать по существу в своей середине зону относительного ослабления, способствующую разрыву оси в этой зоне, а не в другом месте, но не влияющую при этом на общую прочность оси. Эту зону относительного ослабления можно выполнить на оси в виде периферической кольцевой канавки достаточно малой глубины относительно диаметра оси, чтобы сохранить механические характеристики этой оси.
Таким образом, втулка 38 образует средства удержания оси 30, причем эти средства установлены на держателе 17, что наглядно показано на чертежах. Заявленное устройство 10 содержит другие средства удержания оси 30, и эти средства установлены на другом держателе 16 и содержат в данном случае крышку 52, установленную и закрепленную на держателе 16.
В представленном примере крышка 52 имеет кольцевую форму и закрывает конец оси 30, содержащий бортик 32. Крышка 52 расположены снаружи держателя 16, и ее наружная периферия 54 расположена вокруг бортика 32 оси 30 и прижата и закреплена на наружной стороне 44 держателя 16. В данном случае крышка 52 содержит на своей периферии 54 четыре отверстия 56 для прохождения винтов 58, которые завинчивают непосредственно снаружи в резьбовые отверстия 60 держателя 16. В данном случае винты 58 проходят по существу параллельно оси 30.
В осевом направлении между крышкой 52 и концом оси 30, содержащим бортик 32, плотно установлен упругий элемент 62, выполненный с возможностью деформации при сжатии. Этот упругий элемент 62 оказывается подпружиненным, когда крышку 52 крепят на держателе 16, и смещает ось 30 в осевом направлении со стороны, противоположной крышке 52. Поскольку бортик 32 оси 30 опирается в осевом направлении на первую втулку 36, благодаря осевому зазору А2, упругий элемент 62 действует в осевом направлении, противоположном крышке, на опорный элемент 40, который опирается в осевом направлении на шаровую головку 14. В данном случае упругий элемент 62 представляет собой шайбу Бельвилля, наружная периферия которой опирается на ось 30 и окружена цилиндрическим бортиком 64 оси 30, который служит для центровки шайбы относительно оси и для направления ее сжатия. Таким образом, в положении монтажа ось 30 отделена от крышки 52 осевым зазором А4, на уровне которого расположен упругий элемент 62.
В этом первом варианте выполнения расположение шайбы 62 между осью 30 и крышкой 52 является существенным преимуществом. Действительно, шайба может иметь более или менее такой же диаметр, что и ось, хотя возможна также существенная разность между двумя диаметрами, и, кроме того, можно предусмотреть более или менее большой зазор А4, адаптируя для этого осевой размер крышки 52. Таким образом, используя выпускаемую в продажу шайбу с диаметром, более или менее близким к диаметру оси 30, цилиндрический бортик 64 адаптируют к концу оси в зависимости от диаметра выбранной шайбы и предусматривают соответствующий зазор А4, чтобы учитывать высоту шайбы. Таким образом, экономят расходы на разработку, которые понадобились бы, если бы шайбе пришлось придавать специальные размеры, не существующие в выпускаемых в продажу шайбах.
Как показано на фиг. 3-6, держатели 16, 17 вилки 18 соединены между собой стенками 66 жесткости, которые проходят по существу параллельно оси 30.
Заявленное устройство 10 можно устанавливать следующим образом. Втулки 36, 38 устанавливают в отверстия 20, 22 держателей 16, 17 вилки 18 изнутри держателей, как было указано выше. Установленную на тяге 12 шаровую головку 14 вводят между держателями и располагают между втулками 36, 38 таким образом, чтобы ее проем 28 совместился с отверстиями втулок. Введение шаровой головки 14 облегчено наличием зазора А1, который позволяет при монтаже увеличить расстояние между втулками 36, 38 на промежуток А1 сверх осевого размера шаровой головки 14. Этот зазор А1 является, таким образом, монтажным осевым зазором, который можно предусмотреть между шаровой головкой и двумя элементами удержания, в данном случае втулками 36 и 38, расположенными в осевом направлении с двух сторон от шаровой головки. Затем ось 30 вводят во втулку 36, в отверстие шаровой головки 14, затем во втулку 38, пока ее бортик 32 не придет в положение головки на втулку 36. На оси 30 устанавливают упругий элемент 62, затем на упругий элемент 62 устанавливают крышку 52, которую крепят на держателе 16 при помощи винтов 58. Затягивание винтов 58 приводит к сжатию упругого элемента 62 и к удержанию бортика 32 оси 30 в положении головки на втулку 36, а также к зажатию шаровой головки 14 между втулками 36, 38. Жесткость упругого элемента 62 является достаточной, чтобы во время работы втулка 36 оставалась неподвижной в осевом направлении на оси 30. При этом говорят, что во время работы монтажный осевой зазор выбирается. Этот зазор опять появляется во время демонтажа устройства, например, для технического обслуживания, как только снимают крышку 52, так как пружина 62 перестает действовать напряжением на опорный элемент 40.
На фиг. 7 представлен другой вариант выполнения устройства 10ʹ шарового шарнира в соответствии с изобретением. Элементы устройства 10ʹ, уже описанные ранее в связи с устройством 10, имеют на фиг. 7 те же цифровые обозначения.
Отмечается, что в этом варианте выполнения средства осевого удержания оси 30ʹ, установленные на держателе 17, содержат втулку 38, идентичную втулке из первого варианта выполнения.
В данном случае установленные на держателе 16 средства удержания содержат крышку 52ʹ, которая по меньшей мере частично закрывает конец оси 30ʹ. Крышка 52ʹ закреплена, с одной стороны на оси 30ʹ, в данном случае при помощи винта 68, коаксиального с осью 30ʹ и завинчиваемого в резьбовое отверстие 70 конца оси, и, с другой стороны, на держателе 16 при помощи винтов 58, аналогичных описанным выше винтам. В варианте крышка 52ʹ может быть выполнена в виде единой детали с осью 30ʹ.
В примере, представленном на фиг. 7, узел, образованный крышкой 52ʹ и винтами 58, обеспечивает осевое удержание оси 30ʹ со стороны держателя 16, противоположной шаровой головке 14. В вышеупомянутом варианте осевое удержание оси 30ʹ в этом направлении обеспечивают только винты 58.
Упругий элемент 62ʹ, деформирующийся при сжатии, плотно установлен в осевом направлении между крышкой 52ʹ и втулкой 36, установленной в отверстие 20 держателя 16. В данном случае упругий элемент 62ʹ расположен вокруг оси 30ʹ. Упругий элемент 62ʹ действует на втулку в осевом направлении, противоположном крышке 52ʹ. Таким образом, опорный элемент 40, выполненный заодно с втулкой 36, подвергается действию упругого элемента 62ʹ и опирается в осевом направлении на шаровую головку 14. Следует отметить, что, как и в предыдущем варианте выполнения устройства 10, осевое расстояние между опорным элементом 40 и внутренней поверхностью первого держателя 16, соответствующее вышеупомянутому расстоянию А1, позволяет получить осевой зазор для монтажа шаровой головки.
Упругий элемент 62ʹ может опираться в осевом направлении непосредственно на конец втулки 36. Однако в представленном примере упругий элемент 62ʹ опирается на этот конец втулки 36 опосредованно, так как между упругим элементом 62ʹ и этим концом уставлено кольцо 72. Этот упругий элемент 62ʹ тоже может представлять собой шайбу Бельвилля.
В данном случае размеры упругого элемента 62ʹ рассчитаны таким образом, чтобы его внутренний диаметр слегка превышал диаметр оси 30ʹ.
Этот вариант выполнения позволяет извлекать узел, содержащий крышку 52ʹ, ось 30ʹ и упругий элемент 62ʹ с кольцом 72, в виде единого блока во время демонтажа после вывинчивания из вилки винтов 58 крепления крышки 52ʹ.