Узел привода агрегатов

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения и энергетического машиностроения, преимущественно к системам приводов вспомогательных агрегатов, обеспечивающих работу газотурбинного двигателя, и может быть использовано для привода вспомогательных агрегатов газотурбинных двигателей с размещением приводных агрегатов, как во внутренних полостях газотурбинного двигателя, так и с внешней стороны корпуса газотурбинного двигателя, имеющих частоты вращения отличные от ротора турбокомпрессора.
Известен узел передачи крутящего момента газотурбинного двигателя   («Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы» Учеб. пособие для вузов/ В.А. Зрелов; ОАО "НПО "Сатурн". - М.: Машиностроение, 2005, стр. 144, 145).
Известна коробка двигательных агрегатов для размещения привода агрегатов и передачи к ним крутящего момента от ротора двигателя с ортогонально ориентированными коническими зубчатыми колесами шестеренных пар и цилиндрическими зубчатыми колесами шестеренных пар (В.В. Шелофаст. «Основы проектирования машин» (2-е издание, Москва, изд. АПМ, 2005, стр. 320-325).
Известны коробки приводов агрегатов для размещения привода агрегатов и передачи к ним крутящего момента от ротора двигателя, а том числе на вал коробки приводов двигательных агрегатов, включающий главную коническую передачу, представляющую собой шестеренную пару ортогонально ориентированных конических ведущего и ведомого зубчатых колес для отбора мощности от вала ротора двигателя. (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин «Основы конструирования, производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий». Книга 1, Москва, Наука, 2011, стр. 813-816).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является узел привода агрегатов турбореактивного двигателя (патент РФ 2635125 МПК В01J 3/00 опубл. 09.11.2017 бюл.№31), содержащий ведущее зубчатое колесо центрального привода, установленное на роторе турбокомпрессора, блок зубчатых колес, состоящий из трех зубчатых колес, два из которых являются ведущими, блок конических зубчатых колес, состоящий из ведущего конического зубчатого колеса и из ведомого конического зубчатого колеса, которые установлены на отдельных опорах и соединены между собой длинным валом.
К недостаткам известных решений можно отнести недоработанность механизма передачи крутящего момента агрегатам газотурбинного двигателя, сложность получения оптимального сочетания повышенных значений КПД и ресурса двигателя с одновременным снижением материало- и энергоемкости механизма передачи крутящего момента.
Техническим результатом на достижение которого направлено данное техническое решение является повышение надёжности передачи крутящего момента от ротора турбокомпрессора к вспомогательным агрегатам, уменьшение тепловыделения в парах трения, уменьшения трудоёмкости изготовления  и снижения веса узла за счёт оптимизации пути передачи крутящего момента и уменьшения количества зубчатых колёс и подшипников.
Технический результат достигается тем, что в узле привода агрегатов, содержащем ведущее зубчатое колесо центрального привода, установленное на роторе турбокомпрессора, блок зубчатых колес, состоящий из трех зубчатых колес, два из которых являются ведущими, блок конических зубчатых колес, состоящий из ведущего конического зубчатого колеса и из ведомого конического зубчатого колеса, которые установлены на отдельных опорах и соединены между собой длинным валом, в отличие от известного ведомое коническое зубчатое колесо центрального привода и ведущее коническое зубчатое колесо коробки приводов имеют в своих опорах по одному подшипнику, при этом после соединения их с длинным валом образуется единое жесткое соединение и передача крутящего момента от зубчатых колес к валу и обратно осуществляется через резьбовое соединение, выполненное с натягом, причем направление винтовой линии подобрано таким образом, чтобы при передаче крутящего момента резьба заворачивалась.
Заявленное решение поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 – конструкция узла привода агрегатов;
фиг. 2 – кинематическая схема заявляемой конструкции
фиг. 3 – кинематическая схема прототипа.
Узел привода агрегатов (фиг. 1) содержит:
- ведущее зубчатое колесо центрального привода 1, установленное на роторе турбокомпрессора 2, от которого осуществляется привод вспомогательных агрегатов;
- блок зубчатых колёс 3, состоящий из трёх зубчатых колёс, два из которых являются ведущими, и в котором осуществляется распределение крутящего момента на два потока передачи крутящего момента:  на привод стартёр – генератора 4, и на привод коробки привода агрегатов 5;
- блока конических зубчатых колёс, состоящего из ведущего конического зубчатого колеса 6 первой пары и из ведомого конического зубчатого колеса 7 второй пары, установленных каждый на одной опоре в виде подшипника качения 8;
- коническое зубчатое колесо, соединенное с валом 9 резьбовым соединением с натягом, другой конец вала 9 закреплён во втором коническом зубчатом колесе, также посредством резьбового соединения с натягом.
Узел привода агрегатов работает в двух режимах:
- раскрутка ротора турбокомпрессора и коробки привода агрегатов,
- привод вспомогательных агрегатов, установленных на коробке привода агрегатов и соосно с ротором турбокомпрессора.
Режим раскрутки ротора турбокомпрессора газотурбинного двигателя осуществляется от стартёр – генератора 4, работающего в режиме стартёра. Крутящий момент от зубчатого колеса 10, установленного и закреплённого на роторе стартёр - генератора, передаётся на ведомое цилиндрическое зубчатое колесо 11 блока зубчатых колёс 3, состоящего из трёх зубчатых колёс, два из которых являются ведущими. Далее, крутящий момент по валу ведомого зубчатого колеса 11 блока зубчатых колёс передаётся на ведущие коническое зубчатое колесо 12 и цилиндрическое зубчатое колесо 13. От  конического зубчатого колеса 12 осуществляется раскрутка коробки приводов, а от цилиндрического зубчатого колеса 13 блока зубчатых колёс 3 через зубчатое колесо 1, установленное и закреплённое на валу ротора турбокомпрессора, осуществляется раскрутка ротора турбокомпрессора 2. От конического зубчатого колеса 12 блока зубчатых колёс 3 крутящий момент передаётся на ведущее коническое зубчатое колесо 6 блока конических зубчатых колёс.
Режим привода вспомогательных агрегатов осуществляется от зубчатого колеса 1, установленного и закреплённого на роторе 2 турбокомпрессора. Крутящий момент от зубчатого колеса, установленного и закреплённого на роторе турбокомпрессора, передаётся на ведомое цилиндрическое зубчатое колесо 13 блока зубчатых колёс 3, состоящего из трёх зубчатых колёс, два из которых являются ведущими зубчатыми колёсами. Далее, крутящий момент по валу ведомого зубчатого колеса 13 блока зубчатых колёс передаётся на ведущие коническое зубчатое колесо 12 и цилиндрическое зубчатое колесо 11. От  конического зубчатого колеса 12 осуществляется раскрутка коробки приводов 5, а от цилиндрического зубчатого колеса 11 блока зубчатых колёс 3 через зубчатое колесо 10, установленное и закреплённое на валу ротора стартёр – генератора, осуществляется привод стартёр – генератора 4, работающего в режиме генератора тока.
Ведомое коническое зубчатое колесо первой пары 14 установлено на одном подшипнике, так же на одном подшипнике установлено и ведущее коническое зубчатое колесо 6 второй пары. Ведущее коническое зубчатое колесо 6 соединяется с длинным валом 9 при помощи резьбового соединения  с натягом, другой, свободный конец вала 9 соединяется с ведомым коническим зубчатым колесом 14 также при помощи резьбового соединения с натягом. Базирование конических зубчатых колес на валу осуществляется по цилиндрической посадке.  После сборки узел, состоящий из двух конических зубчатых колёс 6, 14 и вала 9, образует единое жесткое соединение, т.е. единый узел, установленный на двух опорах в виде подшипников качения. Ведущее зубчатое колесо 6 второй пары зубчатых конических колёс установлено в коробке приводов 5 вспомогательных агрегатов. От ведущего зубчатого колеса второй пары зубчатых конических колёс осуществляется непосредственный привод агрегатов, установленных на коробке приводов агрегатов. Передача крутящего момента от зубчатых колес к валу и обратно осуществляется через резьбовое соединение с натягом. Такое соединение отличается простотой в изготовлении (по сравнению с зубчатым соединением) и не требует дополнительных конструктивных элементов в виде контровочных шайб.
Таким образом, передача крутящего момента от ротора турбокомпрессора через зубчатую передачу осуществляется на блок зубчатых колёс, состоящий из трёх зубчатых колёс, в котором осуществляется распределение крутящего момента на два потока передачи мощности: на стартёр – генератор 4, установленный соосно с ротором турбокомпрессора и на коробку привода агрегатов 5, установленную с внешней стороны проточной части двигателя. При этом в блоке зубчатые колёса установлены таким образом, что усилия, действующие в зубчатых зацеплениях, направлены навстречу друг другу, за счет чего в блоке зубчатых колёс осуществляется разгрузка опор.   Привод коробки осуществляется через две пары конических зубчатых колёс
В результате, за счёт оптимизации пути передачи крутящего момента и уменьшения количества зубчатых колёс и подшипников, данное техническое решение позволяет повысить надежность передачи крутящего момента от ротора турбокомпрессора к вспомогательным агрегатам, уменьшить тепловыделения в парах трения, уменьшить трудоёмкости изготовления  и снизить вес изделия.