УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ С РАДИАЛЬНЫМ ДЕЙСТВИЕМ
DEVICE TO CREATE MECHANICAL PRESTRESS WITH RADIAL ACTION

Предлагаемое изобретение относится к устройству для создания предварительного механического напряжения, предназначенному для обеспечения механического контакта между элементами качения и их дорожкой качения.
Это изобретение применяется, в частности, в роторе не закрытого обтекателем воздушного винта для газотурбинного двигателя. В этих устройствах предусматривается установка гайки, предназначенной для прижатия одного из подшипников к круговому выступу обода. Затем предусматривается установка блокировочной шайбы между подшипником и гайкой для того, чтобы неподвижно зафиксировать эту гайку по вращательному движению в пазу многоугольного кольца.
Затем предпочтительным образом предусматривается установка устройства, предназначенного для создания постоянного механического напряжения между этими деталями. В качестве такого устройства для создания предварительного механического напряжения известно использование таких устройств, как пружины в форме звездочки, известные под названием шайбы Ringspann. Известны также шайбы, приближающиеся по форме к шайбам типа Belleville. Эти шайбы являются коническими для того, чтобы обеспечить выполнение функции пружинящего элемента и создавать, таким образом, постоянное механическое напряжение для деталей, о которых идет речь.
При этом можно констатировать наличие проблемы износа деталей при использовании известных устройств для создания предварительного механического напряжения, в частности, в механических системах, подвергающихся воздействию высоких уровней вибрации, таких, например, как газотурбинные двигатели.
Техническая задача данного изобретения состоит, в частности, в том, чтобы предложить решение этой проблемы.
Объектом предлагаемого изобретения является устройство для создания предварительного механического напряжения, позволяющее уменьшить износ деталей, которые должны подвергаться воздействию такого предварительного механического напряжения, в любых типах соединений.
Для решения этой технической задачи в данном изобретении предлагается устройство для создания предварительного механического напряжения, проходящее вокруг некоторой оси между первой плоскостью, по существу перпендикулярной к этой оси, и второй плоскостью, по существу параллельной к этой первой плоскости и смещенной в осевом направлении по отношению к ней, отличающееся тем, что это устройство содержит первое кольцевое тело, которое проходит в упомянутой первой плоскости вместе с первой совокупностью лапок, состоящей из по меньшей мере трех лапок, проходящих в основном в радиальном направлении, причем каждая из лапок этой первой совокупности содержит плоскую поверхность, проходящую в упомянутой второй плоскости, и это устройство содержит также второе кольцевое тело, проходящее в первой плоскости вместе со второй совокупностью лапок, состоящей из по меньшей мере трех лапок, проходящих в основном в радиальном направлении, но в сторону, противоположную направлению прохождения лапок упомянутой первой совокупности, причем каждая из лапок этой второй совокупности содержит плоскую поверхность, проходящую во второй плоскости.
В соответствии с данным изобретением предлагаемое устройство не имеет коническую форму, но содержит две по существу параллельные части, каждая из которых проходит в плоскости, перпендикулярной к оси этого устройства. Упомянутое тело имеет кольцевую форму и проходит в упомянутой первой плоскости. Эта плоскость будет обеспечивать поверхностный контакт с первой деталью, в частности, с блокировочной шайбой или с гайкой. Плоские поверхности лапок проходят в упомянутой второй плоскости и обеспечивают, таким образом, поверхностный контакт с второй деталью, в частности, с одним из подшипников газотурбинного двигателя. При помощи этих контактных поверхностей усилие предварительного механического напряжения распределяется наилучшим образом и обеспечивается, таким образом, существенное снижение износа поверхности контакта между деталями, которые должны быть подвергнуты воздействию предварительного механического напряжения. При этом увеличивается срок службы деталей, о которых идет речь.
В частности, первое кольцевое тело представляет собой внутреннее кольцевое тело, причем лапки первой совокупности лапок проходят в направлении наружу, и второе кольцевое тело представляет собой наружное кольцевое тело, выполненное с возможностью его прохождения вокруг внутреннего кольцевого тела, причем лапки второй совокупности лапок проходят в направлении внутрь. Таким образом, обеспечивается наилучшее распределение в радиальном направлении усилий предварительного механического напряжения между двумя кольцевыми телами, с одной стороны, и двумя совокупностями лапок, с другой стороны.
Расстояние между двумя последовательно расположенными лапками в каждой из совокупностей лапок предпочтительным образом является в основном постоянным. Это обеспечивает наилучшее распределение усилий на окружности деталей, подлежащих созданию на них предварительного механического напряжения.
Предпочтительным образом каждая из упомянутых лапок содержит наклонную зону, связывающую кольцевое тело с плоской поверхностью. Эта наклонная зона смещается в зависимости от приложенного механического напряжения.
Может быть предусмотрено наличие первой закругленной переходной зоны, располагающейся между кольцевым телом и упомянутой наклонной зоной. Вторая закругленная переходная зона может быть предусмотрена между этой наклонной зоной и плоской поверхностью. Это позволяет исключить наличие острых углов для того, чтобы облегчить деформирование и устранить тем самым зоны концентрации механических напряжений. Предпочтительным образом также могут быть предусмотрены и другие зоны закругления.
Предпочтительным образом каждая лапка имеет ширину L и между двумя последовательно расположенными лапками предусматривается некоторое расстояние D, причем величины этих параметров L и D определяются таким образом, чтобы разность (D - L) имела величину в диапазоне от 0 до 10 мм, и предпочтительным образом в диапазоне от 2 мм до 7 мм. Количество лапок в каждой из совокупностей лапок предпочтительным образом выбирается в диапазоне от десяти до двадцати пяти, и предпочтительным образом превышает пятнадцать штук. При этом можно констатировать, что при выборе этих величин в указанных пределах удается оптимизировать распределение усилий предварительного механического напряжения.
Предлагаемое изобретение относится также к ротору, в частности к ротору не закрытого обтекателем воздушного винта для газотурбинного двигателя, отличающемуся тем, что этот ротор содержит устройство для создания предварительного механического напряжения описанного выше типа.
Суть предлагаемого изобретения, а также другие его подробности, характеристики и преимущества будут лучше поняты из приведенного ниже описания, не являющегося ограничительным примера реализации этого изобретения, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
- фиг.1 представляет собой частичный схематический вид в изометрии устройства для создания на гайке предварительного механического напряжения в соответствии с предлагаемым изобретением;
- фиг.2 представляет собой частичный схематический вид в изометрии устройства, показанного на фиг.1 и размещенного между гайкой и блокировочной шайбой, с одной стороны, и подшипником, с другой стороны;
- фиг.3 представляет собой схематический вид сверху внутреннего элемента устройства, показанного на фиг.1;
- фиг.4 представляет собой схематический вид сверху наружного элемента устройства, показанного на фиг.1.
На фиг.1 представлено устройство 10 для создания предварительного механического напряжения, содержащее внутренний элемент 11 и наружный элемент 12.
Внутренний элемент 11 содержит первое тело 13 кольцевой формы. Это первое тело проходит в первой плоскости, перпендикулярной к оси А данного устройства. Этот внутренний элемент 11 содержит, кроме того, первую совокупность лапок 15, каждая из которых связана с первым телом 13 и проходит наружу в радиальном направлении.
Наружный элемент 12 содержит второе тело 14 кольцевой формы. Это второе тело проходит в первой плоскости. Наружный элемент 12 содержит, кроме того, вторую совокупность лапок 16, каждая из которых связана со вторым телом 14 и проходит внутрь в радиальном направлении. Размерные параметры этих внутреннего 11 и наружного 12 элементов определяются таким образом, чтобы внутренний элемент 11 вставлялся в наружный элемент 12 и чтобы в том случае, когда данное устройство смонтировано, каждая лапка одного из элементов 11, 12 была расположена между двумя лапками другого из этих элементов 12, 11.
Каждая лапка 15, 16 содержит плоскую поверхность 17. Эти плоские поверхности 17 лапок 15, 16 проходят во второй плоскости, параллельной первой плоскости. Расстояние между первой плоскостью и второй плоскостью определяется в зависимости от желаемого рабочего хода данного устройства.
Каждая из лапок 15, 16 дополнительно содержит наклонную поверхность 18, располагающуюся между плоской поверхностью 17 и кольцевым телом 13, 14. Для устранения концентрации механических напряжений дополнительно предусматриваются переходные зоны 19 и 20, располагающиеся между кольцевым телом 13, 14 и наклонной зоной 18, с одной стороны, и наклонной зоной 19 и плоской поверхностью, с другой стороны. Предпочтительным образом эти переходные зоны являются закругленными. Кроме того, все зоны и поверхности лапок предпочтительным образом содержат несколько других закругленных зон, позволяющих улучшить распределение усилий механического напряжения.
В сборке устройства, предназначенного для создания предварительного механического напряжения, представленного на фиг.2, можно видеть, что внутренний и наружный элементы размещаются внутри системы, образованной гайкой 21 и ее блокировочной шайбой 22, с одной стороны, и подшипником 23 (в представленном здесь примере реализации - шариковым подшипником), с другой стороны. Нижние поверхности кольцевых тел 13, 14 находятся в контакте с верхней поверхностью блокировочной шайбы. Плоские поверхности 17 лапок находятся в контакте с нижней поверхностью подшипника 23. Таким образом, обеспечивается настоящий поверхностный контакт между различными деталями.
Внутренний элемент 11 (см. фиг.3) и наружный элемент 12 (см. фиг.4) устройства для создания предварительного механического напряжения в представленном здесь примере реализации содержат, каждый, совокупность из 18 лапок. В общем случае предусматривается наличие от десяти до двадцати пяти лапок на каждый элемент и предпочтительным образом по меньшей мере пятнадцать лапок на каждый элемент.
Каждая лапка 15, 16 (см. фиг.3 и 4) имеет ширину L, которая равна или, предпочтительным образом, является несколько меньшей, чем расстояние D между двумя соседними лапками, для того, чтобы обеспечить возможность взаимного вхождения внутреннего элемента 11 и наружного элемента 12 в процессе монтажа данного устройства. На практике можно констатировать, что разность между расстоянием D и шириной L предпочтительным образом должна меньше 10 мм. Говоря более конкретно, эта разность должна иметь величину в диапазоне от 2 мм до 7 мм. Предпочтительным образом это расстояние D является одним и тем же между каждой парой лапок.
В варианте реализации, не представленном на приведенных в приложении фигурах, количество лапок на каждый элемент может иметь величину менее пятнадцати. Приемлемым также является вариант реализации, в соответствии с которым предлагаемое устройство для создания предварительного механического напряжения содержит один только внутренний элемент 11. Кроме того, может быть разработано устройство для создания предварительного механического напряжения, образованное одним только наружным элементом 12.
Устройство для создания предварительного механического напряжения в соответствии с предлагаемым изобретением было представлено здесь установленным в конструкцию ротора, который может представлять собой ротор не закрытого обтекателем воздушного винта для газотурбинного двигателя. Однако это устройство может быть использовано также и в других конструкциях, где необходимо обеспечить постоянное механическое напряжение. Использование предлагаемого устройства является особенно предпочтительным в механических системах, подвергающихся воздействию высоких уровней вибрации, таких, например, как газотурбинные двигатели.