ТРАНСМИССИЯ ЛЕГКОГО ВЕРТОЛЕТА

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности вертолетостроению, направлена на создание трансмиссии (редуктора) привода соосных несущих винтов вертолета.
Известна кинематическая схема трансмиссии (редуктора) привода соосных несущих винтов по патенту РФ № 2089454, содержащая входной вал, муфту свободного хода, два соосных противоположного вращения вала верхнего и нижнего несущих винтов, планетарно-замкнутый механизм с двумя разнесенными по вертикали блоками сателлитов и двумя соосными выходными звеньями, каждое из которых соединено с одним из валов несущих винтов, и суммирующее (ведомое) цилиндрическое зубчатое колесо, кинематически связанное с входной конической ступенью редуктора. Недостатком известной трансмиссии (редуктора) является сложность и кинематическая разветвленность планетарно-замкнутого механизма с большим числом зубчатых зацеплений, что не оптимально для трансмиссии легкого вертолета, в частности, однодвигательного, для которого предназначена настоящая полезная модель, и приводит к завышенным значениям массы трансмиссии и ее габаритов.
Известна трансмиссия однодвигательного вертолета Ка-15, которая состоит из последовательно соединенных редуктора двигателя и редуктора соосного несущего винта в единую кинематическую схему (см. «Механические передачи вертолетов» под ред. В.Н.Кестельмана. М, Машиностроение, 1983 г.. стр.97-99, 102-рис.3.32).
Редуктор соосного несущего винта (главный редуктор) содержит корпус с узлами крепления и тормоз несущих винтов, два соосных противоположного вращения вала верхнего и нижнего несущих винтов, блоки двухвенцовых зубчатых колес и ведущую шестерню блоков, находящуюся в зацеплении с одним из венцов зубчатых колес, поводок с ведомым венцом, сопряженным с вышеуказанным венцом зубчатых колес блоков, и соединенного с валом нижнего несущего винта, а другим венцом зубчатые колеса блоков соединены с валом верхнего несущего винта, оснащенного ответным венцом.
Редуктор двигателя, выполненный в одном агрегате с двигателем, содержит входной вал (коленчатый вал двигателя), коническую ступень, ведущая шестерня которой жестко соединена с входным валом, планетарную ступень с сателлитами, корпус которых через комбинированную муфту (фрикционную и кулачковую) соединен с выводным валом, который соединен с валом ведущей шестерни блоков главного редуктора.
Кинематическая схема известной трансмиссии вертолета Ка-15 как совпадающая по назначению и большинству отличительных признаков принята за прототип предлагаемой полезной модели.
Однако, не оптимальная разбивка передаточного отношения в известной трансмиссии, в частности, в ступенях главного редуктора стала причиной введения планетарной ступени в редуктор двигателя, а это увеличило количество зубчатых зацеплений, что как известно, ведет к повышению потерь передаваемой мощности в кинематической цепи трансмиссии. Кроме того, пространственная разветвленность и обособленность конструктивного решения узлов трансмиссии потребовало собственных корпусов для каждого узла, автономной системы их смазки, что приводит к увеличению габаритных размеров трансмиссии и как следствие - увеличению ее массы.
Технической задачей полезной модели является минимизация потерь при передачи мощности от двигателя к валам несущих винтов за счет оптимального перераспределения передаточных отношений по ступеням трансмиссии, рационального выполнения и размещения таких агрегатов как тормоз несущих винтов и необходимых муфт сцепления, направленных на упрощение ее кинематической схемы, и как следствие - повышение надежности и уменьшение габаритов и массы трансмиссии.
Сущность решения поставленной задачи заключается в том, что трансмиссия легкого вертолета, содержащая входной вал, главный редуктор с узлами крепления и тормозом несущих винтов, включающий коническую ступень, два соосных противоположного вращения вала верхнего и нижнего несущих винтов, блоки двухвенцовых зубчатых колес и ведущую шестерню блоков, находящуюся в зацеплении с одним из венцов зубчатых колес, поводка с ведомым венцом, сопряженным с вышеуказанным венцом зубчатых колес блоков, и соединенного с валом нижнего несущего винта, а другим венцом зубчатые колеса блоков соединены с валом верхнего несущего винта, оснащенного ответным венцом, при этом, трансмиссия дополнительно снабжена муфтой свободного хода и в главный редуктор включена цилиндрическая ступень, ведомая шестерня которой установлена на одном валу с ведущей шестерней блоков, а ведущая шестерня цилиндрической ступени смонтирована на валу ведомого колеса конической ступени, при этом, кинематическая связь входного вала с ведущим колесом конической ступени выполнена посредством муфты свободного хода, а тормоз несущих винтов размещен в главном редукторе на продолжении вала ведомого колеса конической ступени, который служит приводом тормоза.
На фиг.1 показано конструктивное решение трансмиссии;
на фиг.2 - кинематическая схема главного редуктора.
Трансмиссия легкого вертолета содержит главный редуктор 1 с узлами крепления 2, входной вал 3, передающий мощность от двигателя (условно не показан), на два соосных противоположного вращения вала 4 и 5, являющихся соответственно валами верхнего и нижнего несущих винтов, муфту свободного хода (МСХ) 6 и тормоз 7 несущих винтов.
Кинематическая схема главного редуктора 1 включает коническую ступень 8 (входную), ведущее колесо 9 которой кинематически связано с входным валом 3 посредством МСХ 6, цилиндрическую ступень 10, ведущая шестерня 11 которой смонтирована на валу 12 ведомого колеса 13 конической ступени 8, шесть блоков 14 двухвенцовых зубчатых колес с венцами 15 и 16 каждое, ведущую шестерню 17 блоков 14 и поводок 18 с ведомым венцом 19. Ведущая шестерня 17 конструктивно установлена на одном валу 20 с ведомой шестерней 21 цилиндрической ступени 10. Привод вала 5 нижнего несущего винта осуществляется поводком 18, который посредством шлицов (условно не показано) соединен с валом 5, а ведомым венцом 19 - с венцом 16 зубчатых колес блоков 14. Привод вала 4 верхнего несущего винта выполнен за счет зацепления венцов 15 зубчатых колес блоков 14 с ответным венцом 22, которым оснащен вал 4. Тормоз несущих винтов 7 размещен в главном редукторе 1 на продолжении вала 12, который служит его приводом посредством рессоры 23, установленной на оси вала 12.
Трансмиссия легкого вертолета работает следующим образом.
При запуске двигателя начинает вращаться входной вал 3. Вращение вала 3 через МСХ 6 передается последовательно на коническую ступень 8, цилиндрическую ступень 10, к ведущей шестерни 17 блоков 14 двухвенцовых зубчатых колес, где происходит разделение мощности на два потока противоположного вращения, но с одинаковой частотой за счет подбора чисел зубьев венцов 15, 16 зубчатых колес блоков 14. От ведущей шестерни 17 вращение передается через венец 16 с большим числом зубьев чем венец 15 зубчатых колес блоков 14 на венец 19 поводка 18 и от него к валу 5 нижнего несущего винта. Вращение валу 4 верхнего несущего винта передается от ведущей шестерни 17 через венец 15 зубчатых колес блоков 14. За счет разного типа зацепления венца 19 поводка 18 и венца 22 вала 4 с венцами 16 и 15 зубчатых колес блоков 14 (соответственно внутреннее и внешнее) обеспечивается противоположное вращение валов 5 и 4 несущих винтов.
Таким образом, кинематическая взаимосвязь цилиндрической ступени 10 с блоками 14 и поводком 18 образуют в совокупности многопоточный разделительный механизм, обеспечивающий передачу мощности с необходимым передаточным отношением на валы 4, 5 несущих винтов, вращающихся, как уже сказано, с одинаковой частотой вне зависимости от их загрузки.
Размещение МСХ 6 на валу ведущего колеса 9 (входной) конической ступени 8 позволяет исключить пиковые (ударные) нагрузки на зубчатые колеса трансмиссии в случае останова двигателя (соответственно и вала 3), и в тоже время обеспечивает надежность сцепления трансмиссии с входным валом 3, за счет восприятия минимально-возможного крутящего момента (момента двигателя), и позволяет выполнить МСХ с минимальными массогабаритными параметрами.
После останова двигателя на земле посредством соответствующего управления задействуется тормоз 7 несущих винтов для их скорейшего останова и фиксации. Размещение тормоза 7 на валу (входной быстроходной) конической ступени 8 обеспечивает минимизацию приведенного момента торможения, и следовательно, делает возможным выполнить тормоз меньших габаритов и массы.
Применение предлагаемого технического решения имеет ряд существенных преимуществ против известной:
1. выполнение трансмиссии легкого вертолета с необходимым передаточным отношением в виде многопоточного разделительного механизма в однокорпусном исполнении исключает применение промежуточных, обособленных, зубчатых узлов с их автономными маслосистемами, и как следствие, повышает коэффициент полезного действия трансмиссии и ее надежность ее работы;
2. предложенная трансмиссия обеспечивает меньшую массу и габариты не только за счет компактного размещения ступеней в едином корпусе, но и за счет оптимизации зубчатых передач каждой ступени по разбивке передаточного отношения и, в первую очередь, введения цилиндрической ступени с большим передаточным отношением, а также рационального расположения таких узлов как МСХ и тормоз несущих винтов.
Возможность осуществления предложенной трансмиссии проверена при изготовлении и испытании ее отдельных узлов в трансмиссиях эксплуатирующихся вертолетов, таких например, как вертолет Ка-26.