ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
AIRCRAFT

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет европейской патентной заявки № 18215247.0, поданной 21 декабря 2018 года, полное описание которой включено в настоящий документ путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к летательному аппарату и, в частности, к конвертоплану.
Настоящее изобретение также относится к способу эксплуатации летательного аппарата.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как известно, конвертопланы представляют собой гибридные летательные аппараты с наклонными винтами.
В частности, конвертопланы представляют собой летательные аппараты, способные избирательно принимать конфигурацию «самолет», в которой винты расположены так, что соответствующие первые оси по существу параллельны второй продольной оси конвертоплана, или конфигурацию «вертолет», в которой винты расположены так, что соответствующие первые оси проходят по существу вертикально и поперечно вышеуказанной второй продольной оси конвертоплана.
Благодаря возможности наклона винтов конвертопланы могут взлетать и садиться, как вертолет, т.е. без необходимости взлетно-посадочной полосы, а также на неровной поверхности без создания шума, уровень которого несовместим с городскими поселениями.
Кроме того, конвертопланы могут зависать при нахождении в конфигурации вертолета.
Конвертопланы также могут развивать и поддерживать крейсерскую скорость около 500 км/ч, и высоту полета порядка 7500 метров при нахождении в конфигурации самолета.
Такая крейсерская скорость намного превышает значение около 300 км/ч, определяющее максимальную крейсерскую скорость вертолетов.
Аналогичным образом, вышеуказанная высота намного превышает высоту, характерную для вертолетов, и позволяет конвертопланам в конфигурации самолета избегать облаков и атмосферных возмущений, присутствующих на малых высотах.
Конвертопланы известного типа по существу содержат:
фюзеляж;
пару полукрыльев, консольно расположенных с соответствующих сторон фюзеляжа напротив друг друга;
пару гондол, удерживающих соответствующие винты, выполненных с возможностью наклона вместе с соответствующими винтами относительно соответствующего полукрыла вокруг третьей поперечной оси, перпендикулярной второй продольной оси и первым осям винтов при нахождении конвертоплана в конфигурации вертолета;
пару двигателей для независимого управления вращением винтов; и
пару авиационных трансмиссий, соответственно соединяющих пару двигателей с соответствующими винтами.
Как известно, каждый винт содержит приводной вал, вращающийся вокруг соответствующей первой оси, и группу шарнирно установленных лопастей на приводном валу.
Кроме того, как известно, каждая трансмиссия содержит внешний кожух и группу трансмиссионных валов, содержащую, в частности, входной вал, соединенный с двигателем, и выходной вал, соединенный с приводным валом и вращающийся в ответ на вращение входного вала.
В каждой трансмиссии соответствующие трансмиссионные валы обычно поддерживаются внешним кожухом посредством опорных узлов, содержащих подшипники качения.
В частности, подшипники качения оказывают осевую и радиальную поддержку соответствующего трансмиссионного вала.
В авиационных трансмиссиях, как в конвертопланах, так и в летательных аппаратах в целом, известно использование гибридных подшипников качения, в которых тела качения и кольца выполнены из керамического материала и легированной стали соответственно.
Преимуществом гибридных подшипников качения является меньший вес и динамические характеристики, превосходящие динамические характеристики обычных подшипников качения, особенно при использовании в авиации, где рабочие температуры и состояние смазки чрезвычайно важны.
Однако гибридные подшипники качения также имеют недостатки, связанные с разными коэффициентами теплового расширения материала тел качения и материала колец.
Фактически, монтажные зазоры между кольцами и телами качения значительно увеличиваются при повышении рабочей температуры, поскольку кольца подвержены большему расширению, чем тела качения.
Таким образом, увеличение вышеуказанных зазоров приводит к значительному ухудшению рабочих характеристик и устойчивости подшипников качения.
Кроме того, при значительном и быстром изменении рабочих температур и/или при возникновении проблем, связанных со смазкой подшипников, возникает реальный риск перегрева и полной потери устойчивости трансмиссии.
С другой стороны, монтажные зазоры сужаются при значительном снижении рабочих температур, поскольку кольца сжимаются сильнее, чем тела качения.
Таким образом, уменьшение зазоров приводит к перегрузке колец и тел качения.
Следовательно, имеется необходимость разработки летательного аппарата, обладающего преимуществами использования гибридных подшипников качения, но при этом не имеющего вышеуказанных недостатков.
Кроме того, проблемы, связанные с разной степенью расширения колец и тел качения, также могут быть выявлены в случае, когда последние выполнены из одного материала, и подшипники подвержены значительным тепловым градиентам.
Фактически, в подшипнике качения авиационной трансмиссии наружное кольцо и внутреннее кольцо могут подвергаться воздействию разных температурный условий в зависимости от условий эксплуатации летательного аппарата, на котором установлена трансмиссия.
В частности, если внутреннее кольцо имеет более высокую температуру, чем наружное кольцо, монтажные зазоры уменьшаются с последующей перегрузкой подшипника качения.
Наоборот, если наружное кольцо имеет более высокую температуру, чем внутреннее кольцо, монтажные зазоры увеличиваются с последующей потерей устойчивости подшипника качения.
В связи с этим, в более общем смысле, имеется необходимость разработки летательного аппарата, минимально подверженного вышеуказанным проблемам.
В документе US-A-2017/0305565 раскрыта винтомоторная система для конвертоплана, содержащая двигатель, поддерживаемый планером, и неподвижный редуктор, функционально соединенный с двигателем. Внутренние и внешние стойки поддерживаются планером и расположены над крылом. Пилонный узел присоединен с возможностью вращения между внутренней и внешней стойками. Пилонный узел содержит осевой редуктор, имеющий входную шестерню, вал, функционально соединенный с входной шестерней, и узел несуще-тянущего винта, выполненный с возможностью вращения вместе с валом. Осевой редуктор выполнен с возможностью вращения вокруг оси преобразования для избирательного переключения режима работы конвертоплана между вертолетом и самолетом. Общий вал, выполненный с возможностью вращения вокруг оси преобразования, выполнен с возможностью передачи крутящего момента от выходной шестерни неподвижного редуктора на входную шестерню осевого редуктора. Каждая из внутренних и внешних стоек содержит подшипник скольжения, осуществляющий жесткое соединение с пилонным узлом.
В документе CN-A-105114452 раскрыты подшипниковая пара и узел подшипниковой пары. Подшипниковая пара содержит левый подшипник и правый подшипник, при этом оси левого подшипника и правого подшипника продолжаются в направление влево-вправо. Подшипниковая пара дополнительно содержит кольцевое установочное пространство, расположенное на одном из подшипников или пересекающее торцевые поверхности стыкового соединения левого подшипника и правого подшипника, имеющее ось, продолжающуюся в направлении влево-вправо, и используемое для установки предварительно нагруженной пружины, при этом левая упорная поверхность, используемая для ограничения перемещения предварительно нагруженной пружины влево, расположена на левом подшипнике и с левой стороны кольцевого установочного пространства; а правая упорная поверхность, используемая для ограничения перемещения предварительно нагруженной пружины вправо, расположена на правом подшипнике и с правой стороны кольцевого установочного пространства. Узел подшипниковой пары в соответствии с изобретением имеет простую конструкцию, низкую стоимость изготовления и легкость сопряжения; осевая предварительная нагрузка для подшипниковой пары реализована за счет предварительно нагруженной пружины, ее эксплуатация является гибкой и удобной, предварительная нагрузка эффективна и нечувствительна к температуре окружающей среды, а регулировка предварительной нагрузки является точной и удобной.
В документе JP-A-6169576 раскрыта конструкция предварительного напряжения в рентгеновской трубке с вращающимся анодом, в результате чего отсутствует задержка, и не возникает чрезмерная нагрузка, за счет необходимой предварительной нагрузки, то есть теплопроводности. Рентгеновская трубка с вращающимся анодом содержит катод и вращающийся анод. Вращающийся анод дополнительно содержит: тела вращения, вращающиеся вместе с анодной мишенью; подшипниковый узел для облегчения вращения тел вращения; и неподвижное тело, которое с возможностью вращения поддерживает тела вращения посредством подшипникового узла. Подшипниковый узел дополнительно содержит: группу подшипников, расположенных вдоль осевых направлений тел вращения; и конструкции предварительной нагрузки отдельно расположены на каждом подшипнике. По отношению к каждому соответствующему подшипнику каждая соответствующая конструкция предварительной нагрузки передает предварительную нагрузку на подшипники, величина которой меньше, чем нагрузки, передаваемые на подшипники от тел вращения, при этом направления осей вращения тел вращения совпадают с направлением силы тяжести.
В документе US-A-2005/0238274 раскрыта электрическая машина, в частности, электродвигатель, с корпусом и крышками, которые закрывают корпус и содержат подшипники, поддерживающие винт с возможностью вращения. Предусмотрены пружинные элементы, оказывающие сжимающее усилие, действующее в осевом направлении, по меньшей мере на один вкладыш каждого из подшипников, в результате чего установка вкладыша подшипника, на который воздействует один из пружинных элементов, выполнена в виде скользящей посадки.
В документе FR-A-3042562 раскрыт редуктор скорости, содержащий вал, продолжающийся вдоль продольной оси, два подшипника, расположенных на валу, при этом каждый из двух подшипников содержит наружное в радиальном направлении кольцо, внутреннее в радиальном направлении кольцо и тела качения, расположенные между наружным и внутренним в радиальном направлении кольцами. Редуктор скорости дополнительно содержит систему предварительной нагрузки, расположенную в зазоре между двумя подшипниками, при этом система предварительной нагрузки содержит: два разделительных элемента, каждый из которых поддерживается одним из колец подшипников, по меньшей мере один упруго деформируемый элемент, расположенный между двумя разделительными элементами и выполненный с возможностью принимать первое предварительно нагруженное состояние и второе по меньшей мере частично расслабленное состояние, при этом система предварительной нагрузки выполнена так, что переход из первого состояния во второе состояние указанного по меньшей мере одного упруго деформируемого элемента вызывает однонаправленное смещение при вращении каждого разделительного элемента относительно другого для создания расклинивающей нагрузки в подшипниках.
В документе DE-A-1525256 раскрыт способ и устройство для использования пары подшипников качения.
В документе DE-A-102013004499 раскрыта система, состоящая из двух наружных колец подшипника, неподвижно установленных на валу на расстоянии друг от друга или на валу с двумя встроенными дорожками качения, и двух наружных колец подшипника, установленных в скользящей посадке на расстоянии друг от друга, а также тел качения на дорожках качения между соответствующими внутренними кольцами подшипника и наружными кольцами подшипника. Между двумя наружными кольцами подшипника расположен промежуточный элемент, который ограничивает осевой зазор подшипника и состоит из материала, имеющего больший коэффициент линейного расширения, чем материал внутренних колец подшипника.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка летательного аппарата, позволяющего удовлетворить по меньшей мере одну из вышеописанных потребностей простым и экономически эффективным образом.
Вышеуказанная задача решается настоящим изобретением, поскольку оно относится к летательному аппарату, по п. 1.
Настоящее изобретение также относится к способу эксплуатации летательного аппарата, по п. 14.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания изобретения ниже описан предпочтительный вариант выполнения в качестве неограничивающего примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фигура 1 представляет собой вид спереди летательного аппарата, в частности, конвертоплана, выполненного в соответствии с изобретением;
Фигура 2 представляет собой схематический вид сверху трансмиссии летательного аппарата, показанного на Фигуре 1;
Фигуры 3 и 4 представляют собой сечения в увеличенном масштабе участка трансмиссии, показанной на Фигуре 2, взятые по линии III-III на Фигуре 2 и относящиеся к двум разным соответствующим рабочим конфигурациям;
Фигура 5 представляет собой дополнительное увеличение детали, показанной на Фигуре 3;
Фигуры 6 и 7 аналогичны Фигуре 5 и иллюстрируют соответствующие возможные вариации детали, показанной на Фигуре 5;
Фигуры 8 и 9 аналогичны Фигурам 3 и 4 и относятся к двойной вариации трансмиссии, показанной на Фигуре 2;
Фигура 10 представляет собой увеличенный вид частичного сечения трансмиссии, показанной на Фигуре 2; и
Фигура 11 представляет собой вид частичного сечения, показанного на Фигуре 10, в дополнительном увеличении.
НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фигуре 1 ссылочная позиция 1 используется для обозначения летательного аппарата и, в частности, конвертоплана.
Летательный аппарат 1 по существу содержит:
фюзеляж 2, имеющий продольную ось А между носовой частью 2a и хвостовой частью 2b, противоположными вдоль оси А;
пару полукрыльев 3, консольно продолжающихся от соответствующих противоположных сторон фюзеляжа 2 поперечно оси А;
пару гондол 4; и
пару винтов 5.
В частности, как схематично показано на Фигуре 2, каждый винт 5 по существу содержит:
двигатель 6;
приводной вал 7, вращающийся вокруг оси B;
втулку 8, приводимую во вращение приводным валом 7; и
группу шарнирно установленных лопастей 9 на втулке 8.
Гондолы 4 выполнены с возможностью наклона вокруг оси C, относящейся к полукрыльям 3.
Ось C поперечна оси А и осям B.
Летательный аппарат 1 избирательно может находиться:
в конфигурации «вертолет, в которой оси B винтов 5 перпендикулярны оси А и оси C; и
в конфигурации «самолет, в которой оси B винтов 5 параллельны оси A и перпендикулярны оси C.
Со ссылкой на Фигуры 2, 3 и 4, летательный аппарат 1 дополнительно содержит трансмиссию 10, которая передает мощность, подаваемую двигателем 6, на приводной вал 7.
В частности, трансмиссия 10 представляет собой зубчатый редуктор и содержит:
внешний опорный кожух 11;
входной вал 12, поддерживаемый внешним кожухом 11 и соединенный с двигателем 6; и
выходной вал 13, поддерживаемый внешний кожухом 11 и соединенный с приводным валом 7.
Выходной вал 13 и входной вал 12 продолжаются вдоль оси B и вдоль оси E, параллельной оси B, соответственно и вращаются вокруг соответствующих осей B, E.
Трансмиссия 10 дополнительно содержит группу элементов трансмиссии известного типа, которые не проиллюстрированы, для передачи вращения входного вала 12 на выходной вал 13 с меньшей угловой скоростью, чем угловая скорость входного вала 12.
Для соединения входного вала 12 с внешним кожухом 11 трансмиссия 10 содержит соединительный узел 14 (Фигуры 3 и 4) и соединительный паз 15, образованный во внешнем кожухе 11 и выполненный с возможностью взаимодействия с соединительным узлом 14.
В частности, внешний кожух 11 содержит цилиндрическую стенку 16, образующую соединительный паз 15 и расположенную соосно с входным валом 12, т.е. вокруг оси E.
Кроме того, соединительный узел 14 содержит пару подшипников 17 качения с наклонным контактом, установленных между входным валом 12 и стенкой 16 в радиальном направлении, в частности, в обращенных друг к другу положениях в осевом направлении.
Подшипники 17 содержат:
соответствующие наружные дорожки или кольца 18, взаимодействующие путем контакта со стенкой 16 в радиальном направлении;
соответствующие внутренние дорожки или кольца 19, взаимодействующие путем контакта с входным валом 12 в радиальном направлении; и
соответствующие группы тел 20 качения, каждое из которых выполнено с возможностью качения между соответствующим наружным кольцом 18 и соответствующим внутренним кольцом 19.
Монтажные допуски между наружными кольцами 18 и стенкой 16 таковы, что они позволяют ограниченное относительное осевое перемещение между входным валом 12 и внешним кожухом 11.
Кроме того, осевое расстояние между соответствующими группами тел 20 качения выбрано так, чтобы трансмиссия 10 имела достаточный допуск для потенциальных моментов наклона.
Предпочтительно соединительный узел 14 содержит пару предварительно нагруженных упругих элементов 21, которые упруго соединяют наружные кольца 18 с опорным элементом 11 в осевом направлении.
Другими словами, наружные кольца 18 плавно перемещаются вдоль оси E в ответ на воздействие осевой нагрузки на входной вал 12.
В частности, наружные кольца 18 плавно перемещаются в соответствии с направлением самой осевой нагрузки.
С другой стороны, подшипники 17 установлены так, что внутренние кольца 19 не могут скользить в осевом направлении вдоль входного вала 12.
В частности, как показано на Фигурах 3 и 4, подшипники 17 установлены в конфигурации «спиной к спине». В этой конфигурации сборки соответствующие направления передачи нагрузки между наружными кольцами 18 и внутренними кольцами 19 расходятся друг с другом. Таким образом, центры упора подшипников 17, т.е. идеальные точки приложения нагрузок на подшипники 17, удалены от подшипников 17.
В такой конфигурации сборки внутренние кольца 19 предпочтительно имеют осевую протяженность больше, чем наружные кольца 18, для дистанцирования группы тел 20 качения друг от друга в осевом направлении. Альтернативно или дополнительно, с этой же целью соединительный узел 14 может содержать разделитель (не проиллюстрирован), расположенный между внутренними кольцами 19 в осевом направлении.
Предпочтительно наружные кольца 18 и внутренние кольца 19 выполнены из первого материала, например, из легированной стали, тогда как тела 20 качения выполнены из второго материала, отличного от первого материала, например, из керамического материала. В частности, первый материал имеет коэффициент теплового расширения, отличный от коэффициента теплового расширения второго материала и, в частности, превышающий коэффициент теплового расширения второго материала.
Другими словами, подшипники 17 предпочтительно относятся к так называемому гибридному типу.
В частности, тела 20 качения образованны шариками или коническими роликами соответственно.
В конкретном примере, проиллюстрированном на Фигурах 3, 4 и 5, каждый из упругих элементов 21 содержит группу последовательных пружин, каждая из которых образована соответствующей тарельчатой пружиной 50.
Альтернативно, как показано на Фигурах 6 и 7 соответственно, тарельчатые пружины 50 могут быть заменены винтовой пружиной 51 или одной или более волнистыми пружинами 52.
Выходной вал 13 соединен с корпусом 11 посредством дополнительного соединительного узла 110, отличного от соединительного узла 14, содержащего подшипники 111, 112 качения, установленные известным образом, и поэтому подробно не описанные (Фигуры 10 и 11).
Тем не менее, соединительные узлы, подобные соединительному узлу 14, могут использоваться для соединения других валов летательного аппарата 1, расположенных в областях, подверженных значительным изменениям рабочих температур.
Поскольку такие валы будут поддерживаться аналогично входному валу 12, ниже более подробно описано только соединение последнего.
В конкретных примерах, показанных на Фигурах 3 и 4, входной вал 12 содержит участок 22 большего диаметра и участок 23 меньшего диаметра, совместно образующие заплечик 24 для осевого упора одного из подшипников 17.
Со стороны, противоположной заплечику 24 относительно подшипников 17, участок 23 меньшего диаметра и соединительный узел 14 снабжены резьбовым участком 25 и стопорным кольцом 26 соответственно, навинченным на резьбовой участок 25 и взаимодействующим с другим из подшипников 17 для предварительной нагрузки внутренних колец подшипников 17 в осевом направлении.
В частности, стопорное кольцо 26 оказывает такую заданную осевую нагрузку на внутренние кольца 19, что входной вал 12 поддерживается в радиальном и осевом направлении стенкой 16 посредством подшипников 17. Таким образом, внутренние кольца 19 стягиваются в осевом направлении за счет осевой предварительной нагрузки, оказываемой стопорным кольцом 26.
Каждый из упругих элементов 21 расположен между соответствующим наружным кольцом 18 и стенкой 16; кроме того, каждый из упругих элементов 21 сжат из-за соответствующей предварительной нагрузки и контактирует как со стенкой 16, так и с соответствующим наружным кольцом 18.
Следовательно, один из подшипников 17 зажат в осевом направлении между стенкой 16 и стопорным кольцом 26, а другой из подшипников 17 зажат в осевом направлении между стенкой 16 и заплечиком 22 посредством соответствующих упругих элементов 21.
В частности, стенка 16 образует заплечиковый элемент 30 кольцевой формы, выступающий в радиальном направлении по направлению к входному валу 12 и расположенный между подшипниками 17 в осевом направлении для образования пары пазов 31 для упругих элементов 21.
Заплечиковый элемент 30 содержит выступ 32, расположенный между упругими элементами 21 в осевом направлении и контактирующий с ними.
Таким образом, выступ 32 образует пару заплечиков 33 для упругих элементов 21, противоположных друг другу, так что каждое из наружных колец 18 упруго соединено с соответствующим заплечиком 33 в осевом направлении посредством соответствующего упругого элемента 21.
Предпочтительно заплечиковый элемент 30 дополнительно содержит кольцевое основание 34, расположенное между подшипниками 17 в осевом направлении, т.е. немного поднятое в радиальном направлении относительно подшипников 17, из которого выступает выступ 32 в радиальном направлении по направлению к входному валу 12.
Основание 34 образует пару заплечиков 35 для соответствующих наружных колец 18, противоположных друг другу, а также совместно с выступом 32 образует пазы 31.
При нахождении летательного аппарата 1 в условиях покоя, т.е. в условиях отсутствия нагрузки на входной вал 12, упругие элементы 21 выступают в осевом направлении относительно соответствующих заплечиков 35, так что наружные кольца 18 слегка разнесены от заплечиков 35.
Следовательно, заплечики 35 образуют соответствующие осевые концевые ограничители скольжения наружных колец 18, которые могут скользить за счет упругости упругих элементов 21 и нагрузок, оказываемых на входной вал 12.
С конкретной ссылкой на Фигуры 10 и 11, трансмиссия 10 дополнительно содержит:
зубчатую передачу 100, соединяющую валы 12, 13;
соединительный узел 101 для дополнительной поддержки вала 12 относительно кожуха 11 с возможностью вращения; и
соединительный узел 110 для поддержки вала 13 относительно кожуха 11 с возможностью вращения.
Зубчатая передача 100 в показанном варианте выполнения представляет собой косозубую зубчатую передачу. В частности, зубчатая передача 100 содержит косозубое колесо 140, установленное на валу 12 и взаимодействующее с косозубым колесом 141, взаимодействующим с валом 13.
В частности, соединительный узел 101 содержит пару подшипников 102, 103 качения, расположенных с соответствующих осевых противоположных сторон зубчатой передачи 100.
Подшипники 17 качения расположены с одной осевой стороны подшипников 102, 103 качения и зубчатой передачи 100.
В показанном варианте выполнения подшипники 17 качения расположены с противоположной осевой стороны зубчатой передачи 100 и подшипников 102, 103 относительно двигателя 6.
Кроме того, подшипники 102, 103 качения выполнены с возможностью передачи только радиальных нагрузок между кожухом 11 и валом 12.
В отличие от этого подшипники 17 качения выполнены с возможностью и предназначены для передачи только осевой нагрузки между кожухом 11 и валом 12.
Следует отметить, что при использовании все радиальные нагрузки, действующие на вал 12, воспринимаются подшипниками 102, 103 качения. Соответственно, подшипники 17 качения воспринимают только осевые нагрузки, действующие на вал 12.
В частности, подшипники 102, 103 содержат (Фигура 11):
соответствующие наружные дорожки или кольца 104, взаимодействующие путем контакта со стенкой 16 в радиальном направлении;
соответствующие внутренние дорожки или кольца 105, взаимодействующие путем контакта с входным валом 12 в радиальном направлении; и
соответствующую группу тел 106 качения, каждое из которых выполнено с возможностью качения между соответствующими наружными дорожками или кольцом 105 и соответствующими внутренними дорожками или кольцом 104.
В показанном варианте выполнения тела 106 качения представляют собой цилиндрические ролики.
Соединительный узел 110 содержит пару подшипников 111, 112 качения, расположенных с соответствующих осевых противоположных сторон зубчатой передачи 100.
В частности, подшипник 111 качения расположен со стороны втулки 8 относительно зубчатой передачи 100 в осевом направлении, тогда как подшипник 112 качения расположен с противоположный стороны втулки 8 относительно зубчатой передачи 100 в осевом направлении.
Кроме того, подшипник 112 представляет собой подшипник с наклонным контактом и выполнен с возможностью передачи только осевой нагрузки, действующей на вал 13, на кожух 11 и наоборот.
Подшипник 111 выполнен с возможностью и предназначен для восприятия только радиальной нагрузки, действующей на вал 12.
В частности, подшипники 111, 112 содержат:
соответствующие наружные дорожки или кольца 116, 117, взаимодействующие путем контакта со стенкой 115 кожуха 11 в радиальном направлении;
соответствующие внутренние дорожки или кольца 118, 119, взаимодействующие путем контакта со стенкой 115 кожуха 11 в радиальном направлении; и
соответствующую группу тел 122, 123 качения, каждое из которых выполнено с возможностью качения между соответствующими наружными дорожками или кольцом 120 и соответствующими внутренними дорожками или кольцом 121.
В показанном варианте выполнения тела 123 качения представляют собой шарики.
Дорожки или кольца 116, 118 выполнены с возможностью прижатия подшипника 111 к стенке 17 в радиальном направлении и в осевом направлении.
Тела 122 качения представляют собой цилиндрические ролики.
Дорожки или кольца 117, 119 выполнены с возможностью прижатия подшипника 112 к стенке 17 как в осевом, так и в радиальном направлении.
Во время эксплуатации летательного аппарата 1 входной вал 12 и выходной вал 13 подвергаются меняющимся по модулю и направлению осевым и радиальным нагрузкам из-за работы двигателя 6 и винтов 5.
Соединительный узел 14, 101 поддерживает входной вал 12 относительно кожуха 11 с возможностью вращения.
В частности, подшипники 102, 103 качения соединительного узла 110 передают всю радиальную нагрузку, действующую на входной вал 12, на кожух 11 и наоборот.
За счет того, что подшипники 102, 103 качения соединительного узла 110 воспринимают всю радиальную нагрузку, подшипники 17 качения соединительного узла 14 передают только осевую нагрузку, действующую на входной вал 12, на кожух 11 и наоборот.
Зубчатая передача 100 соединяет входной вал 12 с выходным валом 13 с возможностью вращения.
Соединительный узел 110 поддерживает выходной вал 13 относительно кожуха 11 с возможностью вращения.
В частности, на Фигуре 4 показано поведение соединительного узла 14, когда входной вал 12 подвергается воздействию осевой нагрузки P, направленной от стопорного кольца 26 к заплечику 22.
Нагрузка P передается от стопорного кольца 26 на внутренние кольца 19 и, следовательно, на соответствующие наружные кольца 18 посредством соответствующих тел 20 качения.
Внутренние кольца 19 перемещаются в осевом направлении вместе с входным валом 12 в соответствии с направлением нагрузки P, и, соответственно, соответствующие тела 20 качения и наружные кольца 18 также перемещаются в том же направлении нагрузки P.
Таким образом, упругий элемент 21, расположенный ближе всего к стопорному кольцу 26, сжимается до тех пор, пока соответствующее наружное кольцо 18 не упрется в соответствующий заплечик 35; тогда как другой упругий элемент 21 разжимается после удаления соответствующего наружного кольца 18 от соответствующего заплечика 35.
Тем не менее, упругие элементы 21 постоянно оказывают осевую предварительную нагрузку на подшипники 17, необходимую для надлежащей работы трансмиссии 10.
Когда входной вал 12 подвергается воздействию нагрузки, противоположной нагрузке P, поведение соединительного узла 14 полностью симметрично поведению, описанному и проиллюстрированному на Фигуре 4, и поэтому подробно не описано.
При отсутствии радиальной нагрузки тел 20 качения подшипников 17 качения они перемещаются как единое целое с входным валом 12 в осевом направлении.
Другими словами, все тела 20 качения остаются в контакте с внутренними кольцами 19 и наружными кольцами 18, что значительно снижает вибрации.
В качестве альтернативы трансмиссии 10 на Фигурах 8 и 9 показана трансмиссия 10’, которая является двойной по отношению к трансмиссии 10. Поэтому для простоты ниже будут описаны только отличия трансмиссии 10’ от трансмиссии 10.
В частности, компоненты трансмиссии 10’, функционально эквивалентные компонентам трансмиссии 10, обозначены теми же ссылочными позициями, которые использованы для трансмиссии 10, с последующей кавычкой (’).
В частности, трансмиссия 10’ содержит кожух 11’, имеющий стенку 16’, входной вал 12’ и соединительный узел 14’, в свою очередь, содержащий:
пару подшипников 17’, имеющих соответствующие наружные кольца 18’, соответствующие внутренние кольца 19’ и соответствующую группу тел 20’ качения; и
пару предварительно нагруженных упругих элементов 21’, которые предпочтительно упруго соединяют внутренние кольца 19’ с входным валом 12’ в осевом направлении.
Другими словами, по сравнению с наружными кольцами 18 относительно стенки 16 в двойной конфигурации соответствующее осевое перемещение происходит между внутренними кольцами 19’ и входным валом 12’ в ответ на воздействие осевой нагрузки на последний.
В частности, входной вал 12’ имеет свободу перемещения вдоль оси E’, тогда как внутренние кольца 19’ удерживаются в осевом положении за счет предварительной нагрузки упругих элементов 21’.
По сравнению с подшипниками 17 в двойной конфигурации подшипники 17’ установлены так, что наружные кольца 18’ не могут скользить в осевом направлении вдоль стенки 16’. Кроме того, подшипники 17’ установлены в конфигурации «лицом к лицу». В этой конфигурации соответствующие направления передачи нагрузки между наружными кольцами 18’ и внутренними кольцами 19’ сходятся друг с другом. Таким образом, центры упора расположены между подшипниками 17’, поэтому трансмиссия 10’ является менее жесткой, чем трансмиссия 10. С другой стороны, облегчается устранение зазоров при эксплуатации.
В частности, по сравнению с входным валом 12 в двойной конфигурации стенка 16’ образует резьбовой участок 25’ и заплечик 24’, противоположные друг другу в осевом направлении относительно подшипников 17’.
Таким образом, соединительный узел 14’ содержит стопорное кольцо 26’, навинченное на резьбовой участок 25’ для предварительной нагрузки наружных колец 18’, так что наружные кольца 18’ стянуты в осевом направлении между стопорным кольцом 26’ и заплечиком 24’.
Кроме того, в отличие от стенки 16 в двойной конфигурации входной вал 12’ образует заплечиковый элемент 30’, имеющий такую же форму, что и заплечиковый элемент 30, но выступающий в радиальном направлении по направлению к стенке 16’.
Как и заплечиковый элемент 30, заплечиковый элемент 30’ расположен между подшипниками 17’ в осевом направлении для образования пары пазов 31’ для упругих элементов 21’.
Таким образом, заплечиковый элемент 30’ содержит, в частности, основание 34’ и выступ 32’, выступающий от основания 34’ в радиальном направлении по направлению к стенке 16’. Кроме того, основание 34’ и выступ 32’ образуют пару заплечиков 33’ для упругих элементов 21’ в пазу 31’ и пару заплечиков 35’ для внутренних колец 19’ соответственно.
Очевидно, что, когда входной вал 12’ подвергается воздействию нагрузки P’, направленной от стопорного кольца 26’ к заплечиковому элементу 30’, поведение соединительного узла 14’ полностью совпадает с поведением соединительного узла 14 под действием нагрузки P.
В частности, как показано на Фигуре 9, входной вал 12’ перемещается в направлении от стопорного кольца 26’, сжимая упругий элемент 21’, который расположен на большем расстоянии от стопорного кольца 26’, до тех пор, пока смежное внутреннее кольцо 19’ не упрется в заплечик 35’.
В данном случае внутреннее кольцо 19’ передает нагрузку P’ на соответствующие тела 20’ качения и, следовательно, на соответствующее наружное кольцо 18’. Наружное кольцо 18’ совместно с другим наружным кольцом 18’ передают нагрузку P’ на стенку 16’ посредством заплечика 24’ и стопорного кольца 26’ соответственно.
В то же время упругий элемент 21’, расположенный ближе всего к стопорному кольцу 26’, разжимается для поддержания осевого положения внутреннего кольца 19’, удерживая его под нагрузкой.
Когда входной вал 12’ подвергается воздействию нагрузки, противоположной нагрузке P’, поведение соединительного узла 14’ полностью симметрично поведению, только что описанному и проиллюстрированному на Фигуре 9, и поэтому подробно не описано.
Преимущества летательного аппарата 1 и способ эксплуатации летательного аппарата 1 очевидны из приведенного выше описания.
В частности, реакции упругих элементов 21, 21’, которые воздействуют на наружные кольца 18 и на внутренние кольца 19’ соответственно, позволяют немедленно устранять любые зазоры, образующиеся из-за разных тепловых расширений наружных колец 18, 18’ и/или внутренних колец 19, 19’ относительно теплового расширения тел 20, 20’ качения.
Кроме того, соединительные узлы 14, 14’ гарантируют более точное и надежное позиционирование осевой предварительной нагрузки на подшипниках 17, 17’, по сравнению с известными решениями.
Таким образом, трансмиссии 10, 10’ остаются устойчивыми в относительно широких диапазонах температур. В частности, конвертопланы должны эффективно работать как при очень жестких температурах окружающей среды при запуске, например, при -50°C, так и при рабочих температурах выше 200°C, в критических условиях смазки трансмиссии.
Кроме того, на устойчивость трансмиссий 10, 10’ практически не влияют внезапные изменения направления нагрузок, которые при использовании воздействуют на трансмиссии 10, 10’.
Кроме того, благодаря заплечикам 35, 35’ риск перегрузки и/или усталостного разрушения упругих элементов 21, 21’ практически отсутствует. Заплечики 35, 35’ сводят к минимуму возможность, как правило, нежелательного относительного осевого перемещения между входными валами 12, 12’ и соответствующими стенками 16, 16’.
Упругие элементы 21, 21’ расположены так, что их общая жесткость складывается, поэтому трансмиссии 10, 10’ являются особо жесткими и эффективными.
Еще точнее, вал 12, 12’ (или кожух 11, 11’) содержит:
пару заплечиков 33, 33’, расположенных между пружинами 21, 21’ в осевом направлении и упруго соединенных с первыми кольцами 18, 19; 18’, 19’ пружинами 21, 21’ в осевом направлении; и
пару заплечиков 35, 35’, обращенных к соответствующим кольцам 18, 19, 18’, 19’ соответствующих подшипников в осевом направлении для образования соответствующих осевых концевых ограничителей для колец 18, 19; 18’, 19’.
Кроме того, первые кольца 18, 19, 18’, 19’ плавно перемещаются вдоль третьей оси E, E’ в ответ на воздействие осевой нагрузки на вал 12, 12’ (или кожух 11, 11’); и соединительный узел 101 содержит радиальные подшипники 102, 103 качения, выполненные с возможностью передачи радиальных нагрузок от указанного входного вала 12, 12’ на кожух 11, как показано на Фигурах 10 и 11.
При работе двигателя 6, вал 13 и, следовательно, вал 12, 12’ испытывают как радиальную, так и осевую нагрузку.
Поскольку все радиальные нагрузки воспринимаются подшипниками 102, 103, подшипники 17, 17’ могут воспринимать только все осевые нагрузки.
С учетом того, что подшипник 17, 17’ воспринимает только двунаправленные осевые нагрузки, эффект наличия двух пружин 21, 21’, расположенных между первым заплечиком 33, 33’ и соответствующими концевыми ограничителями 35, 35’, рассмотрен со ссылкой на Фигуру 4.
В частности, когда входной вал 12 подвергается воздействию осевой нагрузки P, направленной от стопорного кольца 26 к заплечику 22, нагрузка P передается от стопорного кольца 26 на внутренние кольца 19 и, следовательно, на соответствующие наружные кольца 18 посредством соответствующих тел 20 качения.
Внутренние кольца 19 перемещаются в осевом направлении вместе с входным валом 12 в соответствии с направлением нагрузки P, и, соответственно, соответствующие тела 20 качения и наружные кольца 18 также перемещаются в том же направлении нагрузки P.
Таким образом, с одной стороны, упругий элемент 21, расположенный ближе всего к стопорному кольцу 26, сжимается до тех пор, пока соответствующее наружное кольцо 18 не упрется в соответствующий заплечик 35, для исключения любого осевого зазора между кольцами 18, 19 и телами 20 качения подшипника 17, расположенного ближе всего к стопорному кольцу, и, следовательно, по существу сохранения предварительной нагрузки этого подшипника 17.
С другой стороны, другой упругий элемент 21, расположенный дальше всего от стопорного кольца 25, разжимается после удаления соответствующего наружного кольца 18 от соответствующего заплечика 35. Также в этом случае исключается любой осевой зазор между кольцами 18, 19 и телами 20 качения подшипника 17, расположенного дальше всего от стопорного кольца, таким образом, по существу сохраняется предварительная нагрузка этого подшипника 17.
Разумеется, работа соединительного узла 14 симметрична, когда нагрузка P направлена в противоположном направлении от заплечика 22 к стопорному кольцу 26.
Таким образом, можно осуществлять точную и надежную настройку осевой предварительной нагрузки. Такая настройка чрезвычайно устойчива в очень широком диапазоне температур. Таким же образом, тела качения хорошо направляются в случае обратной осевой нагрузки.
Следует отметить, что на работу упругого элемента 21 никоим образом не влияет наличие радиальной нагрузки, действующей на вал 12, 12’. Другими словами, контакт между шариками 20 и кольцами 18, 19 постоянно поддерживается, даже когда вал 12, 12’ испытывает значительные радиальные нагрузки.
Это связано с тем, что подшипники 17, 17’ не воспринимают радиальные нагрузки.
Соответственно, работа подшипников 17, 17’ оптимизирована с точки зрения постоянного контакта между шариками 20 и кольцами 18, 19, низкого шума/вибраций и меньшего соударения между шариками 20 даже в случае радиальных нагрузок.
Наконец, исходя из вышеизложенного, очевидно, что в летательном аппарате 1 и способе эксплуатации летательного аппарата 1 могут быть выполнены модификации и изменения без отклонения от объема, определенного в приложенной формуле изобретения.
В частности, летательный аппарат 1 также может представлять собой вертолет или винтокрыл, а не конвертоплан, как описано и проиллюстрировано.
Кроме того, расположение упругих элементов 21, 21’ может отличаться от расположения, описанного и проиллюстрированного выше. В частности, наружные кольца 18, 18’ и внутренние кольца 19, 19’ могут быть расположены между упругими элементами 21, 21’, а не наоборот, как описано и проиллюстрировано выше. В этом случае заплечиковые элементы 30, 30’, при наличии, соответственно будут перемещены для образования пазов 31, 31’ упругих элементов 21, 21’.
Конфигурация сборки подшипников 17, 17’ может представлять собой конфигурацию «лицом к лицу» и «спиной к спине» соответственно, вместо конфигурации «спиной к спине» и «лицом к лицу», как описано и проиллюстрировано. Другими словами, предварительная нагрузка на подшипники 17 может оказываться наружными кольцами 18, а предварительная нагрузка на подшипники 17’ может оказываться внутренними кольцами 19’ соответственно.
В этом случае стопорное кольцо, аналогичное стопорному кольцу 26, будет навинчено на резьбовой участок (не показан) входного вала 12’ для предварительной нагрузки внутренних колец 19’, тогда как стопорное кольцо, аналогичное стопорному кольцу 26’, будет навинчено на резьбовой участок (не показан) стенки 16 для предварительной нагрузки наружных колец 18.
Кроме того, также в этом случае один из заплечиков 35 или один из заплечиков 35’, а также один из заплечиков 33 или один из заплечиков 33’ также может быть образован, соответственно, стопорными кольцами, аналогичными стопорным кольцам 26’, 26, а не стенкой 16 и входным валом 12.
Фактически, также в этом случае наружные кольца 18 и внутренние кольца 19’ тем не менее будут упруго соединены в осевом направлении, хотя и опосредованно, со стенкой 16 и входным валом 12’, при этом стопорные кольца навинчены непосредственно на стенку 16 и входной вал 12’.