МНОГОПОТОЧНЫЙ ГЛАВНЫЙ РЕДУКТОР ВЕРТОЛЕТА (ВАРИАНТЫ)
MULTI-THREADED MAIN REDUCER OF THE HELICOPTER (OPTIONS)

Многопоточный главный редуктор относится к вертолетным редукторам с приводом от двух двигателей с разделением потоков мощности с целью ее передачи и последующим объединением потоков мощности на валу несущего винта.
Известен главный редуктор (Патент US №8683892 B2, публикация 01.04.2014), в котором мощность двух двигателей разделяется в потоки и суммируется на валу несущего винта.
Недостатками данного редуктора является большая удельная масса редуктора и отсутствие разделения мощности во второй ступени.
Известен также главный редуктор (Патент RU 2402710, от 04.04.2006), являющийся наиболее близким к заявляемому техническому решению, содержащий множество трехступенчатых модулей силовой зубчатой передачи с разделением потока крутящего момента, каждый из которых передает крутящий момент от высооборотного двигателя на вал несущего винта. Расположение конического плоского зубчатого колеса первой ступени предусматривает компоновку, позволяющую устанавливать двигатель в разных положениях по всем осям. На второй ступени узлы полых валов обеспечивают одинаковый баланс нагрузки. На третьей ступени каждый узел полого вала включает в себя множество малых зубчатых колес, находящихся в зацеплении с выходным зубчатым колесом последней ступени.
Недостатками данного редуктора является то, что мощность каждого двигателя разделяется в меньшее количество потоков, т.к. нет разделения в первой ступени, что приводит к большей удельной массе главного редуктора; во второй ступени применяют только прямозубые цилиндрические шестерни, что ограничивает параметры зацепления; элементы основной кинематической цепи дополнительно нагружены мощностью на привод хвостового вала, что ведет к снижению КПД в кинематической цепи привода хвостового вала.
Целью заявляемого технического решения является снижение удельной массы главного редуктора за счет увеличения плотности передаваемой им мощности, при сохранении габаритных размеров, снижении удельных массовых показателей, а также увеличение КПД в кинематической цепи привода хвостового вала.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что в многопоточном главном редукторе вертолета, содержащем упругие муфты, муфты свободного хода, конические зубчатые передачи со спиральными зубьями первой ступени и ведущие цилиндрические шестерни второй ступени, выполненные на валах ведомых конических шестерен первой ступени, соединенных при помощи упругих элементов с ведущими шевронными шестернями третьей ступени, и находящиеся в зацеплении с объединяющим шевронным зубчатым колесом, смонтированным на валу несущего винта, в соответствии с заявляемым изобретением - первая ступень содержит четыре конические зубчатые передачи, соединенные между собой посредством упругих элементов, вторая ступень состоит как из косозубых, так и из прямозубых цилиндрических зубчатых передач, а суммарная жесткость упругих элементов во всех кинематических ветвях одинакова, кроме того, привод хвостового вала выполнен из двух ведущих шестерен и объединяющей ведомой цилиндрической шестерни.
При этом многопоточный главный редуктор вертолета содержит упругие муфты и муфты свободного хода на каждом из входов от двигателя.
Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить мощность, передаваемую главным редуктором, при сохранении массы и габаритных размеров или при сохранении уровня передаваемой мощности снизить массу главного редуктора и габаритные размеры.
Увеличение количества потоков мощности приводит к снижению удельной нагрузки силовых элементов, что позволяет увеличить мощность, передаваемую главным редуктором, при сохранении массы, габаритных размеров и ресурсов или при сохранении уровня передаваемой мощности снизить массу главного редуктора, габаритные размеры или увеличить его ресурс.
Применение косозубых шестерен в дополнение к прямозубым шестерням второй ступени позволяет обеспечить оптимальное взаимное расположение и прочностные характеристики элементов главного редуктора без применения специального зубообрабатывающего инструмента.
Равномерность нагружения всех шестерен основной кинематической цепи позволяет обеспечить точность распределения нагрузки без значительного повышения требований к точности упругих элементов.
Упругие муфты на каждом из входов от двигателя в главный редуктор предназначены для компенсации неточностей взаимной установки двигателя и редуктора, а также для компенсации неточностей, возникающих от перемещений главного редуктора и двигателя в процессе работы. Кроме того, муфта свободного хода, установленная на каждом входе, позволяет отключать отказавший или выключенный двигатель от главного редуктора.
Дополнительной задачей второго варианта заявляемого изобретения является оптимальная компоновка силовой установки вертолета в случае расположения двигателей вертолета на большем межосевом расстоянии и выше или ниже.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что в многопоточном главном редукторе вертолета, содержащем упругие муфты, муфты свободного хода, конические зубчатые передачи со спиральными зубьями первой ступени и ведущие цилиндрические шестерни второй ступени, выполненные на валах ведомых конических шестерен первой ступени, соединенных при помощи шлицевых рессор с ведущими шевронными шестернями третьей ступени, и находящиеся в зацеплении с объединяющим шевронным зубчатым колесом, смонтированном на валу несущего винта, в соответствии с заявляемым изобретением - первая ступень содержит четыре конические зубчатые передачи, соединенные между собой посредством упругих элементов, вторая ступень состоит как из косозубых, так и из прямозубых цилиндрических зубчатых передач, а суммарная жесткость упругих элементов во всех кинематических ветвях одинакова, кроме того, входной редуктор содержит входную ступень и ступень привода хвостового вала, причем ступень привода хвостового вала выполнена из двух ведущих шестерен и объединяющей ведомой цилиндрической передачи, при этом каждая ведущая цилиндрическая шестерня привода хвостового вала входного редуктора находится на одном валу с ведомой цилиндрической шестерней входной ступени и муфтой свободного хода, входная ступень содержит цилиндрические передачи, каждая из которых выполнена таким образом, что вход от каждого из двигателей соединен с ведущей цилиндрической шестерней.
В многопоточном главном редукторе вертолета цилиндрические шестерни входного редуктора могут быть выполнены шевронными, косозубыми или прямозубыми.
Кроме того, все цилиндрические шестерни входного редуктора в многопоточном главном редукторе вертолета могут быть выполнены коническими со спиральным зубом.
Применение входной ступени главного редуктора позволяет избежать увеличения габаритных размеров главного редуктора в случае расположения двигателей вертолета на большем межосевом расстоянии и выше или ниже и позволяет сохранить преимущества многопоточной кинематической схемы.
Конструкция многопоточного главного редуктора вертолета поясняется чертежами, где изображены:
На фиг. 1 - кинематическая схема главного редуктора
На фиг. 2 - кинематическая схема 2-й и 3-й ступеней редуктора. Передняя кинематическая ветвь.
На фиг. 3 - кинематическая схема 2-й и 3-й ступеней редуктора. Задняя кинематическая ветвь.
На фиг. 4 - кинематическая схема многопоточного главного редуктора, имеющего 4 ступени и входной редуктор.
Кинематическая схема многопоточного главного редуктора по первому варианту заявляемого изобретения представлена на фиг. 1.
В кинематической цепи привода несущего винта заявляемый многопоточный главный редуктор имеет три ступени редукции.
Первая ступень центральной части многопоточного главного редуктора состоит из четырех конических передач, разделенных на пару передних и задних передач. Каждая коническая передача состоит из ведущей конической шестерни со спиральным зубом (передней 1 и задней 2), находящейся в зацеплении с ведомой конической шестерней (передней 3 и задней 4). При этом ведущие шестерни 1, 2 связаны с двигателем (не показан) через муфту свободного хода 5 и упругую муфту 6 посредством упругих элементов 7, 8, например рессор.
Вторая ступень центральной части главного редуктора (фиг. 2, 3) выполнена следующим образом - на валу 9а, 9b каждой ведомой конической шестерни 3, 4 первой ступени установлены комбинированные косозубые 10а и 11а и прямозубые 10b и 11b цилиндрические ведущие шестерни, которые находятся в зацеплении с ведомыми цилиндрическими косозубыми 12а, 12d, 13а, 13d и прямозубыми 12b, 12с, 13b, 13с шестернями второй ступени.
Третья ступень главного редуктора (фиг. 2, 3) является суммирующей ступенью и имеет передаточное число i>6. Состоит из ведомых цилиндрических шевронных шестерен 14а, 14b, смонтированных на валу 15 несущего винта и входящих в зацепление с равномерно расположенными по периметру ведущими блоками шевронных шестерен 16(a-k), соединенных с ведомыми шестернями 12, 13 второй ступени центральной части многопоточного главного редуктора посредством упругих элементов 17, например шлицевых рессор.
Главный редуктор содержит привод хвостового вала (фиг. 1), который состоит из двух ведущих цилиндрических шестерен 18а, 18b (могут быть как косозубыми, так и прямозубыми), находящихся в зацеплении с ведомой объединяющей шестерней 19.
Тарировка упругих элементов 17 (подбор в группы по жесткости) позволяет обеспечить точность распределения нагрузки без значительного повышения требований к точности их изготовления. В процессе сборки многопоточного главного редуктора применяется специальный процесс регулировки рессор. Упругие элементы 17, соединяющие ступени главного редуктора, подобраны и установлены таким образом, что суммарная жесткость во всех кинематических ветвях главного редуктора является одинаковой.
Заявляемый многопоточный главный редуктор может быть выполнен с дополнительной входной ступенью (второй вариант заявляемого изобретения, фиг. 4).
Первая ступень центральной части многопоточного главного редуктора (фиг. 4) состоит из четырех конических передач, разделенных на пару передних и задних передач. Каждая коническая передача состоит из ведущей конической шестерни со спиральным зубом (передней 1 и задней 2), находящейся в зацеплении с ведомой конической шестерней (передней 3 и задней 4). При этом ведущие шестерни 1, 2 связаны с двигателем (не показан) через муфту свободного хода 5 и упругую муфту 6 посредством упругих элементов 7, 8, например рессор.
Вторая ступень центральной части главного редуктора (фиг. 2, 3) выполнена следующим образом - на валу 9а, 9b каждой ведомой конической шестерни 3, 4 первой ступени установлены комбинированные косозубые 10а и 11а и прямозубые 10b и 11b цилиндрические ведущие шестерни, которые находятся в зацеплении с ведомыми цилиндрическими косозубыми 12а, 12d, 13а, 13d и прямозубыми 12b, 12с, 13b, 13с шестернями второй ступени.
Третья ступень главного редуктора (фиг. 2, 3) является суммирующей ступенью и имеет передаточное число i>6. Состоит из ведомых цилиндрических шевронных шестерен 14а, 14b, смонтированных на валу 15 несущего винта и входящих в зацепление с равномерно расположенными по периметру ведущими блоками шевронных шестерен 16(a-k), соединенных с ведомыми шестернями 12, 13 второй ступени центральной части многопоточного главного редуктора посредством упругих элементов 17, например шлицевых рессор.
Привод хвостового вала состоит из двух ведущих цилиндрических шестерен 18а, 18b, находящихся в зацеплении с ведомой объединяющей шестерней 19.
Две входные ступени от каждого двигателя 20а, 20b, 21а, 21b, муфты свободного хода 5, упругие муфты 6 и узлы отбора мощности от каждого входа на привод хвостового вала 18а, 18b, 19 образуют узел входного редуктора.
Входная ступень содержит цилиндрические шестерни 20а, 20b, 21а, 21b, которые могут быть выполненными, например, шевронными, косозубыми или прямозубыми.
Каждая цилиндрическая ведомая шестерня 21а, 21b входной ступени, находящаяся на одном валу 22а, 22b с муфтой свободного хода 5 и ведущей цилиндрической шестерней 18а, 18b привода хвостового вала, находится в зацеплении с ведущей цилиндрической шестерней 20а, 20b входной ступени, выполненной на одном валу 23а, 23b с упругой муфтой 6, соединяющей редуктор с двигателем.
Условно принято, что двигатели располагаются позади главного редуктора по направлению полета. В первой и второй ступенях кинематической цепи привода несущего винта главного редуктора происходит разделение мощности, полученной от двигателей, в 32 потока. Третья ступень является объединяющей, в которой мощность всех потоков суммируется на валу несущего винта.
Согласно кинематической схеме (фиг. 1) мощность от двигателей передается через упругие муфты 6 и муфту свободного хода 5 и посредством рессор 7, 8 поступает на привод передних 1 и задних 2 ведущих конических шестерен первой ступени.
Как видно из Фиг. 1 мощность на привод хвостового вала поступает от каждого двигателя посредством косозубых цилиндрических шестерен 18а, 18b, приводящих объединяющую ведомую цилиндрическую косозубую шестерню 19.
Ведущие конические шестерни 1, 2 со спиральным зубом первой ступени кинематической цепи привода несущего винта приводят ведомые конические шестерни 3, 4 первой ступени.
Каждая из ведущих шестерен 10а, 10b, 11а, 11b второй ступени передает мощность двум ведомым шестерням второй ступени 12a-12d, 13 а-13d. Посредством шестнадцати тарированных шлицевых рессор 17 крутящий момент с ведомых шестерен второй ступени 12a-12d, 13а-13d передается на шевронные блоки ведущих шестерен третьей ступени 16а-16k. Мощность от двух двигателей, распределенная в 32 потока (по 16 от каждого из двигателей), объединяется в 32 зацеплениях шевронных блоков 16а-16k, равномерно расположенных по периметру ведомых шевронных шестерен последней ступени 16а, 16b, смонтированных на валу несущего винта 15.
При отказе или выключении одного из двигателей, происходит расцепление муфты свободного хода 5 отказавшего/выключенного двигателя и мощность от работающего двигателя перераспределяется между всеми ветвями главного редуктора с использованием кинематических ветвей стороны отказавшего/выключенного двигателя за счет перетекания мощности через шестерни 18а, 18b, 19 привода хвостового вала.
Второй вариант заявляемого главного редуктора (фиг. 4) работает следующим образом - мощность от двигателей передается через упругие муфты 6 на входную ступень, представленную шевронными цилиндрическими шестернями 20а, 20b, 21а, 21b. Мощность от ведомых шевронных цилиндрических шестерен 21а, 21b, смонтированных на одних валах 22а, 22b с муфтами свободного хода 5, передается посредством упругого элемента (не показан) на ведущие цилиндрические шестерни привода хвостового вала 18а, 18b, которые, в свою очередь, приводят объединяющую цилиндрическую шестерню привода хвостового вала 19.
От валов 23 ведущих цилиндрических шестерен второй ступени входного редуктора 18а, 18b мощность, посредством упругих элементов, например рессор 7, 8, поступает на привод передних 1 и задних 2 ведущих конических шестерен первой ступени.
Ведущие конические шестерни 1, 2 со спиральным зубом первой ступени кинематической цепи привода несущего винта приводят ведомые конические шестерни 3, 4 первой ступени.
Каждая из ведущих шестерен 10а, 10b, 11a, 11b второй ступени передает мощность двум ведомым зубчатым колесам второй ступени 12а-12d, 13а-13d. Посредством шестнадцати тарированных шлицевых рессор крутящий момент с ведомых шестерен второй ступени 12a-12d, 13а-13d передается на шевронные блоки ведущих шестерен третьей ступени 16a-k. Мощность от двух двигателей, распределенная в 32 потока (по 16 от каждого из двигателей), объединяется в 32 зацеплениях шевронных блоков 16a-k, равномерно расположенных по периметру ведомых шевронных зубчатых колес последней ступени 14а, 14b, смонтированных на валу несущего винта 15.
При отказе или выключении одного из двигателей происходит расцепление муфты свободного хода 5 отказавшего/выключенного двигателя и мощность от работающего двигателя перераспределяется между всеми ветвями главного редуктора с использованием кинематических ветвей стороны отказавшего/выключенного двигателя за счет перетекания мощности через шестерни 18а, 18b, 19 привода хвостового вала.