Редуктор несущего винта вертолета
HELICOPTER MAIN ROTOR TRANSMISSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение описывает редуктор несущего винта вертолета с картером редуктора, в котором вращение по меньшей мере одной центральной ведущей шестерни поддерживается по меньшей мере одним входящим приводом, причем с помощью этой ведущей шестерни множество сателлитодержателей, определяющих положение сателлитов относительно соответствующих осей сателлитов, имеют возможность вращения, в результате чего способный вращаться вал несущего винта может приводиться во вращение вокруг центральной оси или оси вала несущего винта с помощью этого редуктора вертолета.
Уровень техники
В области вертолетостроения основной несущий винт и хвостовой винт обычно приводятся во вращение с помощью главного редуктора вертолета, обычно выполненного в виде планетарной передачи. Такой редуктор вертолета размещается в картере редуктора. Картер редуктора прикреплен к силовым элементам конструкции вертолета во множестве точек, и соединен с несущим винтом. Этот тип редуктора несущего винта вертолета преобладает, поскольку делает возможным создание компактной, чрезвычайно надежной и экономичной конструкции.
Планетарные редукторы представляют известный уровень техники, и при использовании в качестве редукторов несущего винта вертолета эти планетарные редукторы имеют множество сателлитов с внешним зацеплением, которые установлены на соответствующих сателлитодержателях. Из конструктивных соображений, сателлиты устанавливаются в зафиксированной кольцевой шестерне, выполненной в форме кольцевой шестерни с внутренним зацеплением, так что они могут вращаться вокруг своей оси и внутри кольцевой шестерни. В этом случае сателлиты вращаются вокруг своих планетарных осей и вращаются внутри кольцевой шестерни вокруг центральной оси несущего винта. Вращение сателлитов осуществляется их приведением во вращение от центрального солнечного колеса, которое также зафиксировано в своем положении, но установлено таким образом, что оно может вращаться вокруг центральной оси несущего винта. Входящий привод вращает центральное солнечное колесо так, что вращательное движение передается через солнечное колесо и сателлиты на вал несущего винта, причем вал несущего винта выступает со стороны картера редуктора отдаленной по отношению к стороне привода. Благодаря такой конструкции известного уровня техники, могут быть получены компактные, легкие, достаточно мощные и надежные редукторы несущего винта вертолета, позволяющие приводить во вращение различные валы несущего винта.
На практике, однако, было показано, что этот тип редуктора несущего винта вертолета требует увеличенных затрат на техническое обслуживание. В частности, система смазки должна проверяться и регулироваться достаточно часто. Поскольку в конструкции вертолета необходимо сэкономить как можно больше веса, дополнительные устройства для автоматической системы смазки, или для управления автоматической системой смазки, или для комплексной замены и повторного использования смазки, -избегаются, насколько это возможно. Соответственно, подвижные компоненты должны проверяться на достаточность смазки с регулярными интервалами, и вручную регулироваться. До настоящего времени редукторы несущего винта вертолета известного уровня техники должны обслуживаться и/или ремонтироваться еще раз после нескольких летных часов, как того требуют обстоятельства и затраты.
Смазочные системы редукторов несущего винта вертолета известного уровня техники уже были оптимизированы с использованием различных смазочных материалов, где также были исследованы полуавтоматические процедуры однократной смазки. Была также предпринята попытка сократить расходы на техническое обслуживание с помощью центральной системы смазки. Однако, ни одно из этих усилий пока не привело к желаемому значительному сокращению расходов на техническое обслуживание таких редукторов несущего винта вертолета. Существует потребность в упрощении системы смазки редуктора несущего винта вертолета, что непросто из-за плохого доступа к редуктору несущего винта вертолета.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение имеет своей целью создание компактного, легкого редуктора несущего винта вертолета, содержащего несколько компонентов, затраты на техническое обслуживание которых снижаются за счет того, что достигается сохранение нормальной смазки в течение более длительного периода времени. Кроме того, целью изобретения было создание редуктора несущего винта вертолета со значительно расширенными интервалами технического обслуживания, то есть интервалами мониторинга смазки и дозаправки, по сравнению с предшествующим уровнем техники.
Это достигается за счет редуктора несущего винта вертолета в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, эксплуатационная надежность которого дополнительно увеличивается и, в конечном счете, дополнительно продлевается срок службы редуктора несущего винта вертолета. Благодаря особенностям конфигурации редуктора несущего винта вертолета, процесс смазки становится легче, а интервалы технического обслуживания продлеваются.
Кроме того, удалось достичь чрезвычайной компактности главного редуктора вертолета, которая позволяет кабелям, управляющим тягам и другим компонентам проходить насквозь, со стороны входящего привода до стороны несущего винта, как объясняется ниже.
Краткое описание чертежей
Предпочтительный пример варианта осуществления предмета рассмотрения изобретения описан ниже вместе с прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 показан продольный разрез редуктора несущего винта вертолета в установленном состоянии.
На фиг. 2 показан схематический вид редуктора вертолета со снятым картером редуктора после того, как он был установлен на опорном валу, и перед установкой ведущего элемента кольцевой шестерни.
На фиг. 3 показан продольный разрез редуктора несущего винта вертолета, при этом картер редуктора и крышка картера на стороне вала несущего винта не показаны.
На фиг. 4 показан вид в разрезе боковой части редуктора вертолета с детализацией ведущего элемента кольцевой шестерни и крепления к валу несущего винта.
На фиг. 5а показан вид в перспективе ведущего элемента кольцевой шестерни со скрещивающимися зубьями, в то же время
На фиг. 5b показан вид в перспективе фланца вала винта/ зубчатого кольцевого фланца со скрещивающимися зубьями.
На фиг. 6 показан продольный разрез другого предпочтительного варианта осуществления редуктора вертолета в установленном состоянии.
Подробное описание изобретения
Ниже описывается редуктор 1 несущего винта вертолета, который выполнен в виде планетарного редуктора и может использоваться для привода несущего винта или хвостового винта. Таким образом, приведенный здесь редуктор 1 несущего винта вертолета может использоваться в качестве основного редуктора, называемого в терминологии специалистов «главным редуктором» в конструкции вертолета.
Редуктор 1 несущего винта вертолета окружен картером 10 редуктора, посредством чего различные компоненты удерживаются защищенными от внешних воздействий. С помощью по меньшей мере одного крепежа 100 картера редуктора, картер 10 редуктора может быть прикреплен к силовым элементам конструкции вертолета (не показаны). Картер 10 редуктора закрыт крышкой 101 картера, которая здесь схематически обозначена пунктирными линиями.
Редуктор 1 несущего винта вертолета имеет центральную полость. В этой центральной полости опорный вал 13 смонтирован пространственно и вращательно зафиксированным; здесь выполнен в виде полого тела, окружающего центральную ось Z. В то же время центральная ось Z образует продольное направление опорного вала 13 и ось вращения вала 14 несущего винта, которая также упоминается как ось вала несущего винта. Опорный вал 13 может быть выполнен разной длины в продольном направлении вдоль центральной оси Z, причем он проходит, по меньшей мере частично, через центр картера 10 редуктора. Здесь опорный вал 13 выполнен так, что он полностью проходит через картер 10 редуктора, причем управляющие тяги (не показаны) или электрические линии, такие как кабели или тому подобное, могут проходить через центральную полость в опорном валу 13, по существу вдоль оси вала несущего винта. В результате такого размещения в опорном валу, управляющие тяги или кабели не могут быть повреждены в результате внешних воздействий, таких как столкновения с птицами и т.д., в отличие от расположения снаружи вала несущего винта. Отклоняющее устройство для отклонения и выравнивания управляющих тяг предпочтительно расположено на стороне входящего привода картера редуктора.
Как можно видеть на фиг. 1, опорный вал 13 здесь выполнен так, чтобы сужаться от стороны несущего винта в направлении стороны входящего привода, в результате чего опорный вал 13 может быть вставлен со стороны несущего винта в центральную полость картера 10 редуктора, и может быть закреплен в картере 10 редуктора.
В соответствии с фиг. 1 ведущая шестерня 16 установлена на опорном валу 13 таким образом, что она может вращаться, при этом ведущая шестерня 16 здесь имеет косые конические зубья, которые могут взаимодействовать, по меньшей мере, с одной приводной шестерней 150 по меньшей мере одного входящего привода 15. В качестве альтернативы косым зубьям ведущая шестерня может иметь спиральные зубья. Солнечное колесо 17, выполненное в виде полого вала, соединено с приводной шестерней 16; солнечное колесо 17 имеет трубчатую секцию 170, например, с прямыми внешними зубьями 171. С помощью солнечного колеса 17 ведущая шестерня 16 закреплена к пространственно и вращательно зафиксированному опорному валу 13, и установлена так, что она может вращаться вокруг центральной оси Z. Как показано здесь на фиг. 1, солнечное колесо 17 установлено на двух подшипниках 172 солнечного колеса таким образом, что оно может вращаться на, т.е. вокруг, опорного вала 13. Солнечное колесо 17 может приводиться во вращение входящим приводом 15, таким образом, солнечное колесо 17 представляет собой полый приводной вал. В качестве альтернативы или дополнительно к таким подшипникам 172 солнечного колеса, расположенным между опорным валом 13 и солнечным колесом 17, солнечное колесо 17 может быть установлено так, что оно способно вращаться вокруг опорного вала 13 с помощью дополнительных подшипников 172 солнечного колеса, которые соответствующим образом помещаются между картером 10 редуктора и солнечным колесом 17 так, что они могут вращаться вокруг опорного вала 13 (см. фиг. 6).
На уровне внешних зубьев 171 солнечного колеса 17 размещено множество ведущих сателлитов 112 на соответствующих сателлитодержателях 11, например, посредством шлицев; причем сателлитодержатели 11 можно рассматривать как валы сателлитов. Ведущие сателлиты 112 в каждом случае имеют внешние зубья, и находятся в зацеплении с внешними зубьями 171 солнечного колеса 17.
Сателлитодержатели 11 выполнены таким образом, что они фиксируются в своем положении, и располагаются на некотором расстоянии от картера 10 редуктора, то есть от центральной оси Z, то есть от вращающегося солнечного колеса 17, так что ведущие сателлиты 112 и их сателлитодержатели 11 могут быть приведены во вращение вокруг зафиксированных осей в картере 10 редуктора. Чтобы обеспечить вращение сателлитодержателей 11, которые, по возможности, избавлены от трения, по меньшей мере два подшипника 113 сателлитодержателя расположены на некотором расстоянии друг от друга в направлении оси Р сателлита между стенками картера 10 редуктора и сателлитодержателями 11.
Сателлитодержатели 11 выполнены в виде двухсателлитных держателей, поскольку один сателлит 111, размещенный на каждом сателлитодержателе 11, находится на некотором расстоянии в направлении оси Р сателлита для каждого ведущего сателлита 112. Ведущие сателлиты 112 в каждом случае расположены параллельно соответствующим сателлитам 111. Множество сателлитодержателей 11 распределены вокруг центральной оси Z, распределены вокруг внешней окружности опорного вала 13, и расположены в зафиксированных положениях в картере 10 редуктора. Сателлиты 111 и ведущие сателлиты 112 всех сателлитодержателей 11 здесь имеют достаточный зазор от стенок картера 10 редуктора и от опорного вала 13, пространственно и вращательно зафиксированного. Таким образом, беспрепятственное вращение сателлитодержателей 11 и, следовательно, сателлитов 11,1 возможно в каждом случае вокруг собственных осей P сателлитов.
Редуктор 1 несущего винта вертолета, показанный здесь, может рассматриваться как двухступенчатая планетарная передача, и поэтому, согласно предлагаемому в изобретении редуктору 1 несущего винта вертолета, полый вал, установленный с возможностью вращения вокруг пространственно и вращательно зафиксированного опорного вала 13, функционирует как солнечное колесо 17. Здесь опорный вал 13 полностью пересекает картер 10 редуктора, и выступает из картера 10 редуктора на стороне, удаленной от входящего привода 15.
На уровне сателлитов 111 в направлении центральной оси Z кольцевая шестерня 12 расположена так, что она может вращаться вокруг центральной оси Z. Кольцевая шестерня 12, окружающая все сателлиты 111, может приводиться во вращение от сателлитов 111 и, таким образом, может вращаться вокруг сателлитов 111 центральной оси Z, а также, в соответствии с показанным вариантом осуществления, окружать внешнюю окружность опорного вала 13.
Ведущий элемент 140 кольцевой шестерни расположен на кольцевой шестерне 12, посредством которого вращение кольцевой шестерни 12 может быть передано на вращающийся вал 14 несущего винта. Крышка 101 картера закрывает картер 10 редуктора так, чтобы окружать ведущий элемент 140 кольцевой шестерни. Для этой цели крышка 101 картера прикреплена к картеру 10 редуктора, и выступает непосредственно до вращающегося вала 14 несущего винта. Крышка 101 картера, таким образом, не прикреплена со стороны вала винта, так что вал 14 несущего винта может без проблем вращаться.
Вал 14 несущего винта имеет трубчатую конструкцию, и в данном случае установлен с возможностью вращения концентрически выровненным вокруг части опорного вала 13, выступающей из картера 10 редуктора. Таким образом, продольные оси двух валов 13, 14 выровнены, при этом только вал несущего винта вращается вокруг оси Z.
Вал 14 несущего винта выполнен в виде полого вала, и образует приводной вал, который может непрямо приводиться во вращение с помощью редуктора 1 несущего винта вертолета через входящий привод 15. Втулка несущего винта, содержащая множество лопастей, прикреплена к одной из сторон вала 14 несущего винта, находящейся напротив главного редуктора 1 вертолета. Для целей крепления вала 14 несущего винта дополнительные подшипники 130 установлены между опорным валом 13 и валом 14 несущего винта; здесь два подшипника 130 расположены на некотором расстоянии друг от друга вдоль центральной оси Z. Полость 131 образована между опорным валом 13 и валом 14 несущего винта, в котором, например, могут быть размещены трубки подачи смазочного масла в подшипники 130 в направлении стороны несущего винта.
На фиг. 2 вращение кольцевой шестерни 12 вокруг внешних контуров сателлитов 111 обозначено стрелкой в верхней части чертежа. Хотя сателлиты 111 и сателлитодержатели 11 вращаются вокруг зафиксированных осей, кольцевая шестерня 12 проходит вокруг центральной оси Z. Внутренние зубья 120 расположены на кольцевой шестерне 12, которые входят в зацепление с внешними зубьями 1111 на всех сателлитах 111. В данном варианте осуществления эта кольцевая шестерня 12 вращается так, что сателлиты 111 установлены на зафиксированных осях. Ведущий элемент 140 кольцевой шестерни может быть прикреплен к вращающейся кольцевой шестерне 12 с помощью средств крепления 121, например, с помощью сквозных отверстий или резьбовых отверстий и соответствующих винтов. При этом средства крепления 121 расположены распределенными вдоль окружности, на поверхности, направленной в сторону центральной оси Z, на некотором расстоянии от опорного вала 13. Подшипник 130 между опорным валом 13 и валом 14 несущего винта (не показан) выполнен окружающим зафиксированный опорный вал 13.
Продольный разрез редуктора 1 вертолета вместе с опорным валом 13 и валом 14 несущего винта, как на фиг. 3, -позволяет представить удаленной крышку картера 101 внутри компоновки ведущего элемента 140 кольцевой шестерни и соединение с валом 14 несущего винта. Ведущий элемент 140 кольцевой шестерни выполнен в виде колпака, который предотвращает какой-либо контакт между ведущим элементом 140 кольцевой шестерни и сателлитами 111. Ведущий элемент 140 кольцевой шестерни соединен с одной стороны с кольцевой шестерней 12, а на стороне, обращенной к центральной оси Z, с валом 14 несущего винта. Конструкция ведущего элемента 140 кольцевой шестерни должна быть как можно более легкой, но достаточно прочной; соответственно, кольцевая, подобная колпаку или имеющая форму колпака деталь, выполненная из стали, титана и т.п. с толщиной стенки предпочтительно от 2 до 12 мм, а более предпочтительно от 3 до 8 мм - с такими свойствами здесь образует ведущий элемент 140 кольцевой шестерни.
Альтернативно, вал 14 несущего винта и ведущий элемент 140 кольцевой шестерни могут быть изготовлены в виде единого интегрального компонента (см. фиг.6).
Приводная шестерня 16 вращается от входящего привода 15, смонтированного с помощью подшипников 151 привода. Благодаря результирующему вращению солнечного колеса 17, соединенного с приводной шестерней 16 и объединенными с солнечным колесом внешними зубьями 171, вращение передается на ведущие сателлиты 112 и, таким образом, на сателлиты 111, причем это можно рассматривать как первую ступень данного двухступенчатого планетарного редуктора. На второй ступени сателлиты 111 передают силы на внутренние зубья 120 кольцевой шестерни 12, а результирующее вращение кольцевой шестерни 12 вокруг центральной оси Z передается с помощью ведущего элемента 140 кольцевой шестерни на вал 14 несущего винта, который выступает из картера 10 редуктора. Таким образом, крутящий момент от кольцевой шестерни 12 переносится на вал 14 несущего винта с помощью ведущего элемента 140 кольцевой шестерни.
Вал 14 несущего винта имеет фланец 141 вала винта/зубчатый кольцевой фланец и фланец 142 соединения несущего вала. На фиг. 4 подробно показано крепление ведущего элемента 140 кольцевой шестерни к кольцевой шестерне 12 и валу 14 несущего винта. Множество сквозных отверстий 14011 сформировано на внешнем фланце 1401 ведущего элемента 140 кольцевой шестерни, как показано на фиг. 5а, где ведущий элемент 140 кольцевой шестерни с внешним фланцем 1401 может быть прикреплен к соответствующим средствам крепления (см. фиг. 2) кольцевой шестерни 12 посредством соответствующих винтов, проходящих через сквозные отверстия 14011, так что он может быть установлен таким образом, чтобы вращаться вместе с последним. В качестве альтернативы или дополнительно к такому резьбовому соединению между внешним фланцем 1401 и зубчатым колесом 12, поверхности кольцевой шестерни 12 и внешнего фланца 1401 ведущего элемента 140 кольцевой шестерни, которые должны входить в контакт друг с другом, могут оснащаться дополнительными соответствующими зубьями или скрещивающимися зубьями.
На стороне, удаленной от внешнего фланца 1401, внутренний фланец 1402 сформирован на ведущем элементе 140 кольцевой шестерни, который имеет множество сквозных отверстий 14021 (обозначенных пунктирными линиями). Ведущий элемент 140 кольцевой шестерни крепится к валу 14 несущего винта посредством винтов, которые проходят через сквозные отверстия 14021 и подобранные глухие отверстия 1411 (обозначены пунктирными линиями) во фланце 141 вала винта/зубчатом кольцевом фланце.
Как показали испытания, передача крутящего момента от кольцевой шестерни 12 или, более конкретно, от ведущего элемента 140 кольцевой шестерни к валу 14 несущего винта - может быть улучшена и сделана более безопасной. Для этой цели вводится дополнительное геометрически подогнанное соединение между фланцем 141 вала винта/зубчатым кольцевым фланцем и внутренним фланцем 1402 ведущего элемента 140 кольцевой шестерни. С этой целью поверхности фланца 141 вала винта/зубчатого кольцевого фланца и внутреннего фланца 1402, которые должны входить в контакт, снабжены каждая дополнительными соответствующими зубьями или скрещивающимися зубьями 1412; 14022. Перекрестная конфигурация обозначена перекрестиями на чертежах. Зубчатые участки в каждом случае выступают из фланцевых поверхностей, и входят в зацепление друг с другом с плотным прилеганием, когда фланец 141 вала винта/зубчатый кольцевой фланец и внутренний фланец 1402 свинчены вместе. В дополнение к передаче крутящего момента на большую площадь поверхности через контакт фланца 141 вала винта/зубчатого кольцевого фланца с внутренним фланцем 1402 ведущего элемента 140 кольцевой шестерни - скрещивающиеся зубья на обеих сторонах обеспечивают посадку контактных поверхностей фланцев.
Показанный здесь главный редуктор 1 вертолета имеет четыре сателлитодержателя 11, которые могут вращаться вокруг зафиксированных осей, сателлиты 111 которых позволяют вращаться кольцевой шестерне 12. Здесь все радиальные подшипники 113, 130, 172, 151 выполнены в виде конических роликовых подшипников.
В частности, подшипники 113 сателлитодержателей должны быть выполнены в виде конических роликовых подшипников, поскольку это приведет к достижению увеличенных интервалов технического обслуживания, то есть контроля смазочных материалов и интервалов дозаправки.
Элементы качения конических роликовых подшипников предпочтительно выполнены из керамики, в частности, из нитрида кремния или диоксида циркония. Как показали испытания, система смазки должна контролироваться и пополняться реже - когда используются такие конические роликовые подшипники. Кроме того, износ конических роликовых подшипников был менее выраженным в эксплуатации.
Опционально, опорный вал 13 может быть прикреплен со стороны входящего привода снаружи картера 10 редуктора к силовым элементам конструкции (не показаны). Это возможно, потому что опорный вал 13 остается пространственно и вращательно зафиксированным.
Благодаря полностью полой конструкции опорного вала 13 и вала 14 несущего винта, кабели и/или управляющие тяги могут полностью проходить через редуктор 1 вертолета. Это позволяет сделать более компактную конструкцию.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого редуктора 1 несущего винта вертолета согласно фиг. 6, опорный вал 13 может быть выполнен состоящим из двух частей. Первый элемент 132 опорного вала расположен со стороны входящего привода, и, по меньшей мере, некоторые части элемента 132 опорного вала размещены во втором элементе опорного вала 133. Первый опорный элемент 132 вала можно рассматривать как вал редуктора, вокруг которого установлены с возможностью вращения ведущая шестерня 16 и солнечное колесо 17, соединенное с ведущей шестерней 16. Как можно видеть на фиг. 6, здесь подшипники 172 солнечного колеса расположены между картером 10 редуктора и солнечным колесом 17; и солнечное колесо 17, таким образом, установлено с возможностью вращения вокруг первого элемента 132 опорного вала 13.
Второй элемент 133 опорного вала 13 сконструирован сужающимся со стороны входящего привода в направлении стороны несущего винта, в результате чего во время сборки второй элемент 133 опорного вала вставляется со стороны входного привода через центральную полость картера 10 редуктора в направлении стороны несущего винта. Здесь второй элемент 133 опорного вала, по существу, может быть присоединен в картере 10 редуктора с помощью геометрически подогнанного силового элемента 134, выполненного в форме рукава.
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления, показанным здесь на фиг. 6, вал 14 несущего винта и ведущий элемент 140 кольцевой шестерни, например, изготавливаются в виде единого интегрального компонента.
Список ссылочных позиций
1 Редуктор несущего винта вертолета
10 Картер редуктора
100 Крепеж картера редуктора
101 Крышка картера
11 Сателлитодержатель
P Ось сателлита
111 Сателлит (с внешним зацеплением)
1111 Внешние зубья
112 Ведущий сателлит
113 Подшипник сателлитодержателя
12 Кольцевая шестерня/шестерня с внутренним зацеплением
120 Внутренние зубья
121 Средства крепления
13 Опорный вал (пространственно и вращательно зафиксированный)
130 Подшипник между опорным валом и валом несущего винта
131 Полость
132 Первый элемент опорного вала
133 Второй элемент опорного вала
134 Геометрически подогнанный силовой элемент
14 Вал несущего винта
140 Ведущий элемент кольцевой шестерни
1401 Наружный фланец
1401 Сквозные отверстия
1402 Внутренний фланец
14021 Сквозные отверстия
14022 Зубья
141 Фланец вала винта/зубчатый кольцевой фланец
1411 Слепое отверстие
1412 Зубья
142 Фланец соединения несущего вала
15 Входящий привод
150 Приводная шестерня
151 Крепеж входящего привода (установлен на шариковых подшипниках)
16 Ведущая шестерня (вращается, пространственно фиксируется, перемещает зубчатое колесо, коническое зубчатое колесо)
17 Солнечное колесо (соединено с ведущей шестерней)
170 Трубчатая секция
171 Внешние зубья
172 Подшипник солнечного колеса
Z Центральная ось