КОЛЕСНЫЙ УЗЕЛ С ШЕСТЕРНЕЙ
WHEEL ASSEMBLY WITH GEAR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к варианту компоновки при установке кольцевой шестерни или звездочки на ступице колеса воздушного судна.
Уровень техники, предшествующий изобретению
При перемещении между объектами на летном поле воздушным судам приходится совершать наземное руление. В качестве примера можно привести руление между взлетной полосой и определенным объектом (например, выходом терминала), через который авиапассажиры совершают посадку или высадку. Обычно подобное руление осуществляется за счет тяги, создаваемой двигателями воздушного судна, позволяющей перемещать воздушное судно вперед таким образом, чтобы колеса шасси начинали вращаться. Поскольку скорости при наземном рулении являются относительно низкими, двигатели приходится эксплуатировать на очень малом ходу. Это означает, что вследствие низкого тягового кпд на подобном малом ходу расход топлива оказывается относительно высоким. Это приводит как к повышенному уровню загрязнения воздуха, так и к шумовому загрязнению вокруг аэропортов. Кроме этого, несмотря на то, что двигатели эксплуатируются на малом ходу, обычно для ограничения скоростей при рулении приходится использовать колесные тормоза, что вызывает значительный износ тормозов.
Движение гражданского воздушного судна задним ходом, например, от выхода терминала, при помощи основных двигателей запрещено. При необходимости движения задним ходом, либо в иных ситуациях, когда наземное руление за счет тяги основных двигателей нецелесообразно, для маневрирования воздушного судна используют тягачи. Данная операция является трудоемкой и дорогостоящей.
Поэтому существует потребность в приводной системе, вращающей колеса шасси воздушного судна во время наземного руления. Также желательно использовать подобную приводную систему для предварительного раскручивания колес перед посадкой, таким образом, чтобы колеса уже вращались со скоростью, равной или примерно равной начальной посадочной скорости при касании земли. Считается, что подобное раскручивание перед посадкой снижает износ шин при приземлении, а также снижает нагрузки, передаваемые на шасси во время приземления.
В течение последних нескольких лет было предложено несколько автономных систем наземного руления, предназначенных для приведения в действие колес как после того как воздушное судно уже находится на земле, так и для раскручивания колес перед приземлением.
Один из примеров раскрыт в US2006/0065779, где предлагается приводная система для носового колеса воздушного судна, в которой сцепление используется для переключения между режимом, в котором колесо может свободно вращаться, и режимом, в котором колесо может приводиться во вращение электродвигателем. Сцепление также можно использовать для предварительного раскручивания электродвигателем колеса перед приземлением.
Подобные системы из известного уровня техники обычно ограничены носовым шасси, поскольку они занимают слишком много места для того, чтобы их можно было интегрировать в основное шасси, где бóльшую часть места вокруг колес занимают тормозные системы. Между тем на носовые шасси приходится лишь малая часть вертикальных нагрузок (примерно 5% от веса воздушного судна), которым подвергается шасси в целом во время наземного руления. Поэтому для обеспечения уверенного наземного руления воздушного судна тягового усилия между приводным колесом носового шасси и землей может быть недостаточно. Ситуация еще более усугубляется когда центр тяжести воздушного судна максимально смещен к корме и когда наземное покрытие является скользким.
В WO2011/023505 описана компоновка из известного уровня техники, которая не ограничена лишь носовыми шасси. В раскрываемой системе используется привод, перемещающий ведущую шестерню между зацепленным и расцепленным положением с кольцевой шестерней, установленной на колесной ступице.
Краткое изложение сущности изобретения
По первому аспекту изобретением предлагается колесный узел, содержащий:
колесо;
кольцевую шестерню, установленную на колесо и вращающуюся вместе с колесом; и
устройство сопряжения, соединяющее колесную ступицу с кольцевой шестерней для передачи крутящего момента между ними;
устройство сопряжения содержит:
массив из ориентированных, по существу, радиально отверстий, расположенных, по существу, круговым массивом вокруг оси вращения узла; и
множество соединительных элементов, находящихся в отверстиях, у каждого соединителя имеется, по существу, радиально ориентированная продольная ось, соединительные элементы могут свободно перемещаться относительно по меньшей мере одной из следующих деталей: колесной ступицы или кольцевой шестерни, обеспечивая относительное радиальное перемещение между кольцевой шестерней и колесной ступицей;
таким образом, что крутящий момент, прикладываемый к одной из следующих деталей: кольцевой шестерне или колесу, предается на другую деталь посредством соединительных элементов, а кольцевая шестерня, по существу, защищена от радиальной деформации, которой подвергается колесный обод.
Колесный узел по изобретению обеспечивает радиальное изолирование кольцевой шестерни от деформаций, которым подвергается колесный обод, обеспечивая при этом передачу крутящего момента через устройство сопряжения.
Устройство сопряжения может создавать радиальный зазор на траектории соединения между колесной ступицей и кольцевой шестерней.
Устройство сопряжения может содержать боковую надставку на колесном ободе или кольцевой шестерне, проходящий в направлении оси вращения колеса или кольцевой шестерни, на которых он находится.
Боковая надставка может содержать выступ, расположенный по меньшей мере на одной из следующих деталей: колесе или кольцевой шестерне.
Боковая надставка может содержать несколько боковых приливов, расположенных по меньшей мере на одной из следующих деталей: колесе или кольцевой шестерне.
Устройство сопряжения может находиться между боковыми надставками и множеством приливов, расположенных на одной из следующих деталей: колесном ободе или кольцевой шестерне, приливы проходят в направлении оси вращения колеса или кольцевой шестерни.
Устройство сопряжения может находиться между:
одной из следующих деталей: колесным ободом или кольцевой шестерней; а
соединительный элемент устройства сопряжения может быть соединен с другой из следующих деталей: колесным ободом или кольцевой шестерней.
Соединительный элемент устройства сопряжения может быть отдельным компонентом колесного узла. Предпочтительно соединительный элемент устройства сопряжения является тормозной шиной.
Соединительные элементы могут быть неподвижно закреплены относительно одной из следующих деталей: колеса или кольцевой шестерни, и могут быть радиально подвижны относительно другой из этих деталей.
Соединительные элементы могут быть неподвижно закреплены относительно одной из следующих деталей: колеса или кольцевой шестерни при помощи винтовой резьбы.
Соединительные элементы могут свободно перемещаться относительно обеих из следующих деталей: колеса или кольцевой шестерни.
По меньшей мере один из соединительных элементов может обеспечивать упругое соединение между колесом и кольцевой шестерней.
Упругая прокладка может находиться на траектории соединения между кольцевой шестерней и колесом и может находиться непосредственно между кольцевой шестерней и колесом.
Кольцевая шестерня может быть роликовой шестерней, звездочкой или приводным сопрягающим компонентом любого иного типа, обеспечивающим передачу крутящего момента на колесо или с колеса, имеющего, по существу, кольцевую форму.
Изобретением также предлагается приводная система для тележки шасси воздушного судна, содержащего колесный узел по изобретению.
Предпочтительно приводная система разъемно установлена на основной стойке шасси. Следовательно, приводную систему может снимать для техобслуживания и/или перед тем как воздушное судно планируется использовать для перелетов на дальние расстояния, когда использование приводной трансмиссии может быть неэкономично из-за того, что она увеличивает вес во время маршрута.
Приводная система может устанавливаться снаружи шасси, на любую из подпружиненных деталей (например, на стойку) или на неподпружиненную деталь (например, на ползун, либо полуось, либо каретку). Приводная система может поворотно устанавливаться на шасси. Выходной вал, на котором установлена ведущая шестерня, может поворачиваться вокруг, по существу, горизонтальной поворотной оси, смещенной от оси вращения ведущей шестерни. Кольцевая шестерня может быть одной из первых или вторых шестерней, которые могут зацепляться и расцепляться при вращении вокруг поворотной оси. Двигатель приводной системы может перемещаться вместе с ведущей шестерней вокруг поворотной оси, либо как вариант, двигатель может быть неподвижен относительно поворотной оси, либо как другой вариант, двигатель может поворачиваться вокруг поворотной оси по мере того как ведущая шестерня перемещается по дуге, центр которой находится на поворотной оси.
Ведущая шестерня и/или ведомая шестерня могут включать в себя шарнир равных угловых скоростей или аналогичное устройство, находящееся между шестерней и валом, на котором она вращательно установлена. Это позволяет обеспечивать поддержание приводного зацепления при отклонении шасси.
В шасси может быть лишь одно приводное колесо. Как вариант, два или более колес шасси могут приводиться в действие одним или несколькими двигателями. Между двигател(ями)ем и ведущими шестернями может находиться дифференциал. Двигатель может быть, например электрическим или гидравлическим.
Диаметр шестерни, закрепленной к колесу, предпочтительно больше диаметра ведущей шестерни для того, чтобы возникало значительное увеличение передаточного числа. Подобное использование ступицы большого диаметра позволяет оптимизировать массу.
При установке на воздушном судне, шасси может использоваться вместе с системой питания и управления, предназначенной для подачи питания на и управления работой приводной трансмиссии.
Краткое описание чертежей
Далее варианты осуществления изобретения будут рассмотрены со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на фиг. 1, в изометрической проекции, показана приводная система по первому варианту осуществления;
на фиг. 2 показан другой вид в изометрической проекции приводной системы по фиг. 1;
на фиг. 3, в изометрической проекции, показаны отдельные компоненты приводной системы по второму варианту осуществления;
на фигурах 4 и 5 схематически показаны виды деформации колесного обода под нагрузкой;
на фиг. 6 показана компоновка кольцевой шестерни по изобретению;
на фигурах 7 и 8 показан фрагмент компоновки по фиг. 6;
на фиг. 9 показана колесная ступица по настоящему изобретению;
на фиг. 10 показана кольцевая шестерня по настоящему изобретению; и
на фигурах 11 и 12 показан соединительный элемент кольцевой шестерни по настоящему изобретению;
на фиг. 13 схематически показано функционирование устройства сопряжения колесного узла по изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Изображенные варианты осуществления показаны применительно к шасси воздушного судна с двумя колесами, однако принципы вариантов осуществления могут быть применимы для шасси с любым количеством колес, в том числе с единственным колесом. Устройство сопряжения между колесом и шестерней по настоящему изобретению может быть применимо для любых приводных систем, для зацепления с соответствующей звездочкой или ведущей шестерней. Изображенные варианты осуществления могут быть применимы для любых шасси (т.е. шасси, закрепленных к конструкции крыла или к конструкции фюзеляжа в области крыльев), поскольку считается, что вес, воспринимаемый основным шасси, обеспечивает наилучшее тяговое усилие между колесами и наземным покрытием, позволяющее воздушному судну осуществлять уверенное наземное руление. Тем не менее, приводная система, содержащая колесный узел по настоящему изобретению, также может быть применима для носового шасси (т.е. управляемого шасси, расположенного в носовой части воздушного судна). Изображенное основное шасси может использоваться на пассажирских самолетах с одним проходом (примерно на 150-200 пассажиров), между тем следует понимать, что изобретение также применимо для широкого круга воздушных судов разного типа и грузоподъемности, в том числе гражданских воздушных судов, военных воздушных судов, вертолетов, пассажирских воздушных судов (<50 пассажиров, 100-150 пассажиров, 150-250 пассажиров, 250-450 пассажиров, >450 пассажиров), грузовых воздушных судов, конвертопланов и т.п.
Шасси 10, изображенное на фигурах 1 и 2, включает в себя телескопическую амортизирующую основную стойку 12, состоящую из верхней телескопической части 12а (основной соединительной части) и нижней телескопической части 12b (ползуна). Верхняя телескопическая часть 12а закреплена своим верхним торцом (не показан) к фюзеляжу воздушного судна или крылу (не показано). Нижняя телескопическая часть 12b соединена с полуосью 14, на которой установлена пара колес 16, по одному с каждой стороны от основной стойки (для упрощения восприятия на фигурах 1 и 2 показано лишь одно колесо 16). Колеса 16 могут вращаться вокруг полуоси 14, позволяя воздушному судну перемещаться по наземной поверхности, например при рулении или приземлении.
Каждое колесо 16 содержит шину 17 и установлено на ступицу 18, с внешнего края колеса находится обод 18а, удерживающий шину 17. Ведомая шестерня 20 закреплена на ступице 18 (предпочтительно рядом с ободом 18а), таким образом, чтобы она могла вращаться вместе с колесом 16. Ведомая шестерня 20 может быть закреплена к колесу 16 при помощи нескольких отдельных соединений, которые могут обеспечивать жесткое или гибкое крепление. Как вариант, крепление может быть осуществлено посредством фланца, образующего непрерывный обод, выступающего аксиально либо со стороны колеса 16, либо со стороны ведомой шестерни 20.
Приводная система 50 включает в себя двигатель 52, который передает крутящий момент на ведущий вал 54 через редуктор 70. Приводная система 50 опирается на скобу 56, которая жестко соединена с полуосью 14 шасси. Скоба 56 включает в себя две проушины, содержащие зажимы в форме полумесяца, обеспечивающие быстрый монтаж и демонтаж скобы 56 на полуоси 14. Двигатель 52 неподвижно соединен, например болтами, со скобой 56. Редуктор 70 поворотно соединен со скобой 56 у поворотных проушин 82, расположенных на каждом из рукавов скобы, находящихся с каждой стороны редуктора 70.
Ведущая шестерня 60 установлена на ведущем валу 54 таким образом, чтобы она могла вращаться ведущим валом вокруг оси привода. Ведущая шестерня 60, ведущий вал 54 и редуктор 70 могут поворачиваться линейным приводом (устройством позиционирования) 58, таким как безредукторный электромеханический линейный роликово-винтовой привод, проходящим между скобой 56 (со стороны торца, ближайшего к полуоси 14) и редуктором 70, или точней кожухом 84 редуктора. Таким образом линейное перемещение привода 58 преобразуется во вращательное движение редуктора 70 и звездочек 60 вокруг точки вращения 82. Следовательно, приводная система 50 может находиться в нейтральном положении (не показано), при котором ведущая шестерня 60 не зацеплена с ведомой шестерней 20, и рабочем положении (показано на фигурах 1, 2 и 3), при котором ведущая шестерня 60 находится в зацеплении с ведомой шестерней 20. В нейтральном положении колесо 16 может свободно вращаться, например, при взлете и приземлении, тогда как в рабочем положении колесо 16 может приводиться в действие приводной системой 50, например, при наземном рулении.
В варианте осуществления по фигурам 1 и 2 ведомая шестерня 20 содержит цевочную шестерню 34, а ведущая шестерня 60 содержит звездочку. Цевочная шестерня является шестерней, содержащей кольцо из роликов, расположенных вдоль ее окружности, зацепляющихся с зубьями соответствующей шестерни или звездочки для передачи между ними приводного движения.
Изображенная цевочная шестерня 34 может быть образована жестким круговым кольцом 35 и серией шпилек, выступающих с обеих сторон кругового кольца 35 и служащих в качестве опоры для установленных на них роликов. Первая серия роликов 36а, вращательно опирающихся на шпильки, находится с одной стороны кругового кольца 35, а вторая серия роликов 36b, опирающихся на шпильки, находится с другой стороны кругового кольца. Каждая из серий роликов 36а, 36b расположена вокруг кругового кольца, образуя непрерывную направляющую. Первая и вторая серии роликов 36a, 36b заключены между первым и вторым боковыми круговыми кольцами 39а, 39b. Шпильки 38, на которые опирается первая серия роликов 36а, проходят между круговым кольцом 35 и первым боковым круговым кольцом 39а, а шпильки 38, которые опирается вторая серия роликов 36b, проходят между круговым кольцом 35 и вторым боковым круговым кольцом 39b. Круговое кольцо 35, таким образом, образует центральный остов, на который опираются шпильки, заделанные одним концом в центральный остов. Круговое кольцо 35 может содержать множество аксиально проходящих соединительных удлинительных приливов (не показаны), образующих установочные средства для установки цевочной шестерни 38 на ступицу 18. Следовательно, круговые кольца 35, 39а и 39b выступают в качестве установочных элементов, предназначенных для установки роликов в цевочной шестерне. Для установки цевочной шестерни 34 на ступицу 18 могут использоваться другие установочные средства по изобретению, как это будет рассмотрено более подробно далее.
Ведущая шестерня 60 содержит звездочку, состоящую из двух коаксиальных колец с радиально проходящими зубьями звездочки, которые могут взаимно блокироваться с роликами 36 цевочной шестерни 34. То есть, каждое кольцо с зубьями звездочки выполнено с возможностью зацепления с одним из роликовых колец ведомой шестерни 20.
На фиг. 3 показан альтернативный, предпочтительный вариант осуществления, по которому ведомая шестерня 20 вместо цевочной шестерни содержит звездочку, а ведущая шестерня вместо звездочки содержит цевочную шестерню. Таким образом, ведущая шестерня содержит цевочную шестерню 64, имеющую два коаксиальных кольца из роликов, а ведомая шестерня 20 заменена звездочкой 66, имеющей два коаксиальных кольца из зубьев звездочки. В остальном приводная система идентична системе, рассмотренной выше со ссылкой на фигуры 1 и 2, а рассматриваемые ниже признаки приводной системы в равной мере относятся к обоим вариантам осуществления. Конструкция цевочной шестерни 64 может быть аналогична конструкции цевочной шестерни 34, хотя, разумеется, она имеет меньший диаметр, а, следовательно, меньше количество роликов.
Преимущество компоновки звездочка/ цевочная шестерня заключается в том, что она более адаптирована к деформации колес и полуоси, чем компоновка с зацепляемыми зубчатыми шестернями. Во время наземного руления колеса шасси и полуоси подвергаются большим нагрузкам и последующей деформации, поэтому ведомая шестерня, неподвижно закрепленная к колесу, неизбежно будет деформироваться. Зацепляющиеся зубчатые шестерни не выдерживают подобной деформации, поэтому обычно зубчатую шестерню обода приходится изолировать от колеса при помощи подшипников, гибкого сопряжения или т.п. В свою очередь компоновка из звездочки и роликов по настоящему изобретению сможет выдерживать деформацию без подобного модификации.
Преимущество данной компоновки также заключается в том, что она имеет малый вес и высокую конструкционную прочность. Поломка роликов в основном происходит вследствие разрушения шпилек в результате среза; установка каждого ролика непосредственно на отдельную шпильку, без промежуточных муфт, вкладышей или других деталей, позволяет максимально увеличить диаметр шпильки, тем самым максимально увеличив предел ее прочности при срезании.
По разновидностям вариантов осуществления, рассмотренных выше, ведущая шестерня может быть образована звездочкой, имеющей единственный ряд зубьев, а ведомая шестерня может быть образована цевочной шестерней, имеющей единственный ряд роликов. По другим разновидностям ведущая шестерня, как вариант, может содержать единственный ряд роликов, зацепляющихся с ведомой шестерней, выполненной в виде звездочки (не показана), имеющей единственный ряд зубьев звездочки.
Хотя на фигурах показаны лишь элементы приводной системы 50, приводящей в действие одно из колес 16, следует понимать, что указанные элементы могут быть зеркально дублированы для другого колеса 16. То есть, следует понимать, что для каждого из колес может использоваться одна приводная система 50. Для шасси 10 из четырех или более колес 16, приводная система 50 может использоваться для каждого из колес 16, либо лишь для двух из них. По вариантам осуществления, где лишь два колеса 16 снабжены приводными системами 50, для раскручивания неприводных колес перед приземлением может потребоваться использование дополнительных двигателей (не показаны), при этом наземное руление осуществляется при помощи двух приводных систем 50. По другим вариантам осуществления допустимо совместно использовать один двигатель 52 для двух приводных систем 50.
Хотя на фигурах показана лишь приводная система 50, опирающаяся на скобу 56, которая жестко закреплена к полуоси 14 шасси, как вариант, приводная система 50 может быть установлена на верхнюю телескопическую часть 12а (основную соединительную часть), либо нижнюю телескопическую часть 12b (ползун).
На фигурах 4 и 5 схематически показаны другие виды деформации, которая может возникать, когда транспортное средство, в частности воздушно судно, опирается на колеса. Пунктирной линией 401 показана номинальная окружность колесного обода без нагрузки. Сплошной линией 402 показано явление «овализации», которое может возникать, когда значительный вес воздействует на колесо, в районе его полуоси, которому противодействует земная поверхность 403. В ситуации, когда кольцевая шестерня по фигурам 1-3 неподвижно закреплена к ободу ступицы колеса, можно заметить, что кольцевая шестерня также деформируется вместе с ободом колеса. В результате подобной деформации радиальное расстояние от полуоси 14 до окружности кольцевой шестерни 20 по фиг. 1 может меняться. Поэтому может потребоваться изменить расстояние, на котором ведущая шестерня 60 должна находиться от полуоси 14 для обеспечения надлежащего зацепления с кольцевой шестерней 20. Таким образом, необходимо найти решение для указанной проблемы овализации колесного обода.
На фиг. 5 схематически показан другой вид деформации, где пунктирным кругом 401 также показана номинальная форма колесного обода в ненагруженном состоянии. Сплошной линией 502, в преувеличенном, схематическом виде показано как может деформироваться колесная ступица при значительной нагрузке. Как можно заметить, определенное расплющивание может возникать у нижней кромки, рядом с земной поверхностью 503, что может вызывать незначительную деформацию с верхней стороны колесного обода, где, как можно заметить, сплошная линия 502 находится чуть ниже пунктирной линии 401.
Кроме этого колесный узел часто подвергается тепловым циклам. Это может происходить вследствие изменения окружающей температуры, а также из-за тепла, создаваемого тормозными узлами, находящимися в колесе или установленными на нем. При торможении транспортного средства тормоза преобразуют кинетическую энергию в тепловую энергию, поэтому колесо и находящиеся рядом с ним компоненты могут нагреваться. Температурные циклы могут быть наиболее значительными у воздушных судов, поскольку на крейсерских высотах шасси, в целом, подвергаются воздействию очень низких температур, значительно ниже точки замерзания, а после приземления воздушного судна при торможении, вследствие его крупных размеров и скорости, выделяется большое количество тепла, что в совокупности приводит к преобразованию большого количества кинетической энергии в тепло и его рассеиванию от тормозной системы. Это может вызывать значительные температурные изменения у компонентов колесного узла во время штатной эксплуатации. Подобные температурные изменения приводят к расширению или сжатию компонентов, а случае их изготовления из разных материалов размеры компонентов могут меняться в разной степени, подвергая компоненты дополнительному напряжению в случае их неподвижного крепления. В целях снижения веса колесо может быть изготовлено из легких сплавов, тогда как шестерни или звездочки, установленные в колесе, могут быть из изготовлены из высокопрочных сплавов или металлов, таких как, например, сталь. Следовательно, тепловое расширение может создавать напряжение в компонентах в том случае, если они неподвижно соединены друг с другом.
Стремясь найти решение для данных проблем, изобретатели создали инновационное устройство сопряжения, предназначенное для соединения кольцевой шестерни с колесной ступицей.
Узел колесной ступицы, содержащий подобное инновационное устройство сопряжения, изображен на фиг. 6. Узел 600 включает в себя колесо 601, которое содержит колесный обод 602, который выполнен с возможностью установки на него шины. Обод 602 расположен вокруг центрального ступичного участка 603 и, как схематически показано на фигурах 4 и 5, после того как на колесный обод 602, через шину, со стороны земной поверхности воздействует нагрузка, то противодействующее усилие, передаваемое через полуось, на которой установлено колесо, и через центральный ступичный участок 603, может вызывать деформацию колесного обода 602. Кольцевая шестерня 700 установлена на колесо 601, которое содержит колесный обод 602 и центральную колесную ступицу 603.
Для изолирования кольцевой шестерни 700 от деформации, которой в радиальном направлении подвергается кольцевой обод 602, в устройстве сопряжения, соединяющем кольцевую шестерню 700 с колесным ободом 602, может быть предусмотрен радиальный зазор. На изображенном варианте осуществления это достигается за счет того, что внутренний диаметр кольцевой шестерни 700 сделан больше внешнего диаметра фланца или внешнего участка 604 колесного обода. Это создает определенную степень радиальной свободы движения или «люфта» между боковой надставкой 604 и кольцевой шестерней 700. Таким образом, можно получить устройство сопряжения, обеспечивающее радиальный зазор или свободу относительного радиального движения, соединяющее колесо с кольцевой шестерней. Изображенный фланец 604 выполнен в виде боковая надставки на колесном ободе 602. Данный фланец проходит в направлении, по существу, параллельном оси вращения колеса. За счет наличия подобного зазора между сопрягаемыми частями, соединяющими кольцевую шестерню 700 с колесом 601, необходимо предусмотреть элементы, способные передавать крутящий момент между колесом 601 и кольцевой шестерней 700. Подобный крутящий момент необходим для того, чтобы приводное усилие, подаваемое на кольцевую шестерню, передавалось на колесо для приведения в движение транспортного средства, на котором установлен колесный узел. В свою очередь, если кольцевая шестерня 700 используется для торможения, то в этом случае необходимо передавать противодействующий, тормозной, крутящий момент с кольцевой шестерни на колесо 601 для торможения транспортного средства или воздушного судна, на котором колесо установлено.
Конструкция по настоящему изобретению обеспечивает передачу крутящего момента за счет наличия по меньшей мере в одной из следующих деталей: кольцевой шестерне 700 или колесе 601 отверстий, расположенных, по существу, в виде кругового массива вокруг оси вращения кольцевой шестерни или колеса, и множества соответствующих соединительных элементов, которые расположены в отверстиях и могут свободно перемещаться относительно отверстий. Каждый соединитель ориентирован вдоль, по существу, радиально продольной оси и может свободно перемещаться вдоль указанной оси относительно отверстия, в котором он находится, таким образом, чтобы перемещение одного из следующих элементов: отверстия или соединителя в радиальном направлении относительно оси вращения колеса или кольцевой шестерни не передавалось другому элементу.
В компоновке по фиг. 6 во фланце 604 имеется множество отверстий, при этом плоскость отверстий расположена, по существу, перпендикулярно радиусу колеса, а ось, проходящая через отверстие, является, по существу, радиальной колесу. Подобная компоновка отверстий называется радиально ориентированной, поскольку ось, проходящая через отверстия, является радиальной колесу или кольцевой шестерне; указанные отверстия считаются радиально ориентированными относительно колеса или кольцевой шестерни.
Для того чтобы соединительные элементы, находящиеся в отверстиях 606 не смещались и не выпадали наружу во время эксплуатации, соединительные элементы и отверстия могут быть снабжены резьбой для удержания соединительных элементов в отверстиях 606. В одной из альтернативных компоновок соединительные компоненты могут свободно перемещаться в отверстиях 606, при этом резьба может быть выполнена в кольцевой шестерне 700, для соединения соединительных элементов с кольцевой шестерней 700. По другому альтернативному варианту соединительные элементы могут свободно скользить через отверстия, как в кольцевой шестерне, так и в колесе 601. Для того чтобы соединительные элементы не выпадали и не выходили из отверстий, в данном случае соединительные элементы могут быть снабжены удерживающими средствами, расположенными с каждого торца или между колесом и кольцевой шестерней, которые подвижно удерживают соединительные элементы в отверстиях и не позволяют им выпадать из отверстий.
На фиг. 7 изображен другой фрагмент компоновки по фиг. 6. В данном случае видно, что соединительные элементы 607 находятся в приливах 701, выступающих сбоку кольцевой шестерни 700, термин «выступающие сбоку» означает прохождение в направлении оси вращения кольцевой шестерни 700. Данная компоновка также может быть реверсирована, таким образом, чтобы фланец, аналогичный фланцу 604, мог находиться на кольцевой шестерне 700, а не на колесе 601, а приливы, аналогичные приливам 701, находились на колесе 601, предпочтительно на его ободе 602, обеспечивая необходимое зацепление посредством соединительных элементов 607.
В качестве необязательной опции в одном или нескольких отверстиях могут быть расположены одно или несколько упругих удерживающих средств, как показано в виде резьбового компонента 608 «винт-гайка» на фиг. 7. Это может быть удобно, поскольку при отсутствии каких-либо неподвижных или упругих соединительных точек кольцевая шестерня 700 может иметь чрезмерную свободу перемещения относительно колеса 601 и может чрезмерно вибрировать или трещать. Поэтому целесообразно предусмотреть, по существу, неподвижное соединение по меньшей мере в одной точке 608 на окружности узла из кольцевой шестерни и колеса, либо в нескольких точках узла. Между тем выполнение указанного неподвижного соединения в виде полностью жесткого узла может свести на нет отдельные или все преимущества радиального смещения, допускаемого свободным радиальным перемещением соединителей 607. Поэтому соединительный узел 608 может включать в себя упругий компонент на траектории соединения между кольцевой шестерней и колесом. Это позволит допускать радиальное смещение под воздействием определенной нагрузки, таким образом, чтобы обеспечить смещение кольца относительно колесного обода в точке, где соединитель 608 подвергается высоким нагрузкам. Подобные высокие нагрузки могут быть вызваны деформацией колесного обода под нагрузкой, как показано в примерах по фигурам 4 и 5. Подобная компоновка также способствует предотвращению значительных перемещений при малых нагрузках, наподобие тех, что возникают вследствие вибрации или при вращении колеса, позволяя предотвратить чрезмерную вибрацию или треск кольцевой шестерни 700 на колесе 601.
На фиг. 8 показан другой фрагмент узла по фиг. 6 с неподвижным соединителем 608, на виде снизу, где видно, что головная часть резьбового элемента может зацепляться с отверстием 606, через которое проходит резьбовой элемент. Упругий элемент может находиться между соединителем 608 и отверстием 606, допуская некоторое упругое смещение подобного соединения между колесным ободом и кольцевой шестерней.
На фиг. 9 показано колесо 601 по настоящему изобретению, без кольцевой шестерни 700 на фланце 604, таким образом, чтобы были более отчетливо видны отверстия 606, а также форма образованных боковых выступов, образующих фланец 604 на колесном ободе 602.
Необходимый радиальный зазор или «люфт», обеспечиваемый устройством сопряжения по изобретению, может создаваться подобно тому, как это было показано в рассмотренных вариантах осуществления, между внутренним диаметром кольцевой шестерни 700 и внешним диаметром фланца 604, однако также может быть выполнен иным образом. Необходимая свобода радиального перемещения может обеспечиваться между любыми сопрягаемыми деталями, обеспечивающими соединение между кольцевой шестерней и колесом 601, и необязательно должна обеспечиваться рядом с внутренним диаметром кольцевой шестерни 700 или рядом с внешним диаметром фланца 604. Как вариант, может использоваться серия приливов или выступов, идущих от кольцевого обода, либо идущих от других элементов колеса. Соединительные элементы устройства сопряжения могут быть соединены с промежуточными элементами, такими как ребра 605, либо с другими компонентами, установленными на колесном ободе или на ребрах 605, либо на ступице 603. Общим компонентом колесного узла воздушного судна, который может выполнять подобную соединительную функцию, является тормозная шина, предназначенная для размещения на ней тормозных компонентов колесного узла. Следовательно, соединительный элемент, обеспечивающий сопряжение по изобретению, может быть соединен с тормозной шиной колесного узла, либо как вариант, с другим промежуточным элементом колесного узла.
На фиг. 10 показана кольцевая шестерня 700 по настоящему изобретению, соединительные элементы 607 расположены в отверстиях приливов 701, имеющихся в кольцевой шестерне. Как показано на фигурах 7 и 8, один неподвижный соединительный элемент 608, находящийся в одном из отверстий, может включать в себя упругий элемент, обеспечивающий упругое соединение между кольцевой шестерней 700 и колесом 601.
На фигурах 11 и 12 показан пример соединительного элемента, который может использоваться в узле по изображенному варианту осуществления. У соединительного элемента 100 имеется первый участок 101, помещаемый в отверстие кольцевой шестерни, и второй участок 102, помещаемый в отверстие колесного обода. В том или другом из следующих элементов: первом 101 или втором 102 участке может быть предусмотрена резьба для зацепления с соответствующей резьбой отверстия или полости, в которые он помещается. Может быть предусмотрен приводной поворотный элемент 103, позволяющий вставлять в соединительный элемент инструмент и поворачивать его для зацепления с резьбой соответствующего отверстия или полости, в которых он неподвижно крепится. На том из участков 101 или 102, где резьба отсутствует, может быть предусмотрена гладкая внешняя поверхность, а между ней и отверстием в соответствующей кольцевой шестерне или колесе может быть оставлен небольшой зазор, таким образом, чтобы соединительный элемент мог перемещаться вдоль его продольной оси относительно отверстия, в которое он помещается, для обеспечения необходимой изоляции кольцевой шестерни от деформации, которой подвергается колесный обод. На фиг. 12 показан другой альтернативный приводной элемент, в который вставляется плоский или крестовой инструмент или отвертка для вращения соединительного элемента.
На фиг. 13 схематически показано как функционирует изобретение по изолированию кольцевой шестерни 700 от деформации, которой подвергается колесный обод 602. Нагрузка, прикладываемая в направлении стрелки 131, заставляет колесный обод сжиматься в направлении подобной нагрузки, поэтому боковые стороны колесной ступицы выгибаются наружу, в направлении стрелки 132. На данной иллюстрации соединительные элементы 607 соединены с кольцевой шестерней 700 и могут свободно перемещаться внутрь и наружу в отверстиях, соединенных с или образованных в колесном ободе 602. За счет этого обод 602 может деформироваться, а подобная деформация, по существу, не влияет на шестерню 700. Следовательно, крутящий момент в направлении стрелки 134 или в оппозитном направлении может передаваться между кольцевой шестерней 700 и колесным ободом 602. На траектории соединения между кольцевой шестерней и колесным ободом может находиться одна или несколько упругих прокладок 133, для предотвращения чрезмерного перемещения кольцевой шестерни при низких нагрузках и для предотвращения нежелательного треска или вибрации, как это было рассмотрено выше. Соединительные элементы 607 могут иметь удлиненную форму и могут, как было показано на предыдущих фигурах, быть, по существу, цилиндрическими, имеющими круговой внешний профиль. Один или несколько соединительных элементов могут быть цельноформованы с шестерней и/или колесом.
Дополнительная степень свободы может быть обеспечена за счет установки одного или обоих торцов одного или нескольких соединительных элементов в сферический подшипник, обычно именуемый шарниром наконечника тяги. Это может обеспечить соединительным элементам определенное угловое смещение, а также продольное смещение вдоль их продольной оси, как было рассмотрено ранее, относительно кольцевой шестерни и/или колеса, в зависимости от места расположения сферического подшипника или шарнира наконечника тяги.
Поэтому следует понимать, что зазор или свобода радиального перемещения, обеспечиваемая сопряжением по настоящему изобретению, может быть между фланцем и соответствующим набором приливов или выступов, имеющихся на колесе и кольцевой шестерне по изобретению. Как вариант, зазор может находиться между промежуточными компонентами, закрепленными к колесу и/или кольцевой шестерне, либо также может находиться между парой фланцев или боковых надставок 604, имеющихся на каждой из следующих деталей: кольцевой шестерне и колесном ободе. Радиально ориентированные отверстия, снабженные соединительными элементами, которые могут перемещаться относительно по меньшей мере одного из двух компонентов, обеспечивают радиальное изолирование кольцевой шестерни от радиальной деформации, которой подвергается колесная ступица. Крутящий момент, передаваемый между колесной ступицей и кольцевой шестерней, может создавать сдвигающее усилие у радиально ориентированных соединительных элементов, соединяющих эти два компонента. Хотя на фигурах показаны отверстия, полностью проходящие через компоненты, в качестве отверстий также можно использовать полости, которые допускают продольное перемещение соединительных элементов в полостях.
В каждой из рассмотренных выше компоновок можно использовать принцип передачи движения через зацепление между звездочкой и цевочной шестерней/роликовой цепью, если ведомая шестерня содержит звездочку, а ведущая шестерня содержит цевочную шестерню/роликовую цепь и наоборот.
Хотя изобретение было рассмотрено выше со ссылкой на один или несколько предпочтительных вариантов осуществления, следует понимать, что оно допускает различные изменения и модификации, не выходящие за объем изобретения, определяемый прилагаемой формулой изобретения.