РЕДУКТОР ВЕРТОЛЕТА
HELICOPTER GEARBOX

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к главным редукторам вертолета соосной схемы, и предназначено для передачи мощности от двух газотурбинных двигателей, взлетной мощностью 580 л.с. каждый, к двум оппозитно вращающимся валам несущих винтов и коробке приводов с соответствующим изменением частоты вращения и величины передаваемого крутящего момента.
Выбор кинематической схемы редуктора определяется множеством условий: относительным расположением входных и выходных валов редуктора; габаритными размерами двигателей, агрегатов и систем, устанавливаемых на редуктор или присоединяемых к нему; направлением вращения входных и выходных валов; системой крепления редуктора на вертолете; маслосистемой редуктора; требуемыми габаритными размерами; требуемыми ресурсами, нормами прочности и весовыми параметрами; гистограммами передаваемых мощностей и внешних сил, действующих на редуктор и системы его крепления.
Известна конструкция трансмиссии вертолета с двумя двигателями (патент US 4811627, публ. 14.03.1989, В64С 27/14), которая включает в себя главный редуктор для вертолета с двумя двигателями, при этом каждый из двух двигателей приводит в действие основную кинематическую цепь, содержащую входной вал, промежуточный вал и зубчатую передачу, образующую первую ступень редукции, которая включает в себя первую коническую шестерню, находящуюся в зацеплении со второй конической шестерней, которая приводит во вращение вертикальный вал и установленную на нем третью шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом, которое является общим для двух основных цепей и образует с третьими шестернями вторую ступень редукции. Крутящий момент передается на вал несущего винта посредством дополнительной ступени редукции планетарного типа. Данная схема редуктора обеспечивает перераспределение мощности между входными валами в случае выхода из строя одного из двигателей.
Из уровня техники известен многопоточный редуктор (патент US 2009277299, публ. 12.11.2009, В64С 27/14), который обеспечивает передачу крутящего момента от высокооборотного двигателя на вал несущего винта и включает в себя три ступени редукции. Коническое зубчатое колесо первой ступени обеспечивает компактность, которая облегчает установку двигателя на всех осях. В третьей ступени каждый узел вала включает в себя множество шестерен в зацеплении с конечной выходной шестерней. Каждый модуль разделения крутящего момента передает мощность от высокооборотного входного вала на конечную выходную передачу. Данная схема применяется на тяжелых грузовых вертолетах с одним несущим винтом.
Известна схема редуктора вертолета (патент US 2008315035, публ. 25.12.2008, B64D 35/00), который предназначен для применения на вертолетах одновинтовой и соосной схемы. Редуктор вертолета согласно настоящему изобретению получает мощность от двигателя через зубчатую передачу, так что мощность от него распределяется на систему несущего и рулевого винтов. Схема включает в себя несколько ступеней редукции, обычно с общим передаточным числом от 20:1 до 85:1. Высокооборотные входы от двигателей соединены с первой ступенью редукции через входные валы. Конечная ступень редукции соединена с валом несущего винта.
Известен главный редуктор вертолета, наиболее близкий к заявляемому изобретению (патент RU 2613099, публ. 15.03.2017, В64С 27/12), который относится к главному четырехступенчатому непланетарному редуктору вертолета. Редуктор вертолета имеет две линии передачи крутящего момента от двух приводных двигателей на общее ведомое колесо для привода вала несущего винта и общее ведомое колесо для привода вала хвостового винта. Каждая из линий содержит четыре ступени редукции. На третьей ступени редукции установлена ведущая шестерня третьей ступени, размещенная на третьем валу, первая пара ведомых колес третьей ступени, находящихся в зацеплении с указанной шестерней, и вторая пара ведомых колес третьей ступени, связанных с первой парой через паразитные шестерни. На четвертой ступени редукции предусмотрены четыре ведущих шестерни четвертой ступени, установленные на валах вращения ведомых колес третьей ступени и находящиеся в зацеплении с общим ведомым колесом вала несущего винта. В каждой из указанных линий второй вал связан с приводом коробки агрегатов вертолета. Кроме того, на втором валу установлена ведущая шестерня для привода вала хвостового винта. Обеспечивается снижение веса редуктора, а также снижение износа подшипников качения валов.
Технической проблемой, которая решается заявляемым изобретением, является создание многопоточного непланетарного редуктора вертолета соосной схемы, обеспечивающего передачу крутящего момента от двух газотурбинных двигателей на два ведомых колеса двух оппозитно вращающихся валов несущих винтов.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности, снижения веса редуктора, увеличение ресурса подшипников.
Технический результат достигается за счет того, что в редукторе вертолета, содержащем две линии передачи крутящего момента от двух приводных двигателей 1, 1' на два ведомых колеса 2, 2' для привода валов 3, 3' несущих винтов, в соответствии с заявляемым изобретением, - каждая линия включает три ступени редукции, причем в первой ступени установлены ведущая коническая шестерня 4 первой ступени, размещенная на первом валу 5, и находящееся с ней в зацеплении ведомое коническое колесо 6 первой ступени, размещенное на втором валу 7, во второй ступени установлены ведущая цилиндрическая шестерня 8 второй ступени, размещенная на втором валу 7, и два ведомых цилиндрических колеса 9, каждое из которых размещено на соответствующем третьем валу 10, при этом каждое ведомое колесо 9 находится в зацеплении с ведущей шестерней 8, а также связано с синхронизирующей зубчатой передачей 11, состоящей из двух зубчатых колес 12 и двух зубчатых колес 13, при этом ведущие зубчатые колеса 12 размещены на валах 10, а ведомые зубчатые колеса 13 установлены на валах 14, третья ступень содержит четыре ведущих зубчатых колеса 15, каждое из которых установлено на соответствующем валу (14) третьей ступени, при этом зубчатые колеса 15 находятся в зацеплении с общими ведомыми колесами 2, 2', кроме того между двумя первыми валами 5 и 5' расположена группа зубчатых колес 16.
При этом, редуктор осуществляет передачу крутящего момента от двух газотурбинных двигателей (1, 1') на два ведомых колеса двух оппозитно вращающихся валов несущих винтов.
Также ведущие зубчатые колеса 15 третьей ступени редукции соединяются с зубчатыми колесами 12, 13 второй ступени при помощи шлицевых рессор с высокой крутильной податливостью.
При этом группа зубчатых колес 16 выполняет функцию коробки приводов вертолетных агрегатов.
Предложенная схема редуктора, содержащего две линии передачи крутящего момента от двух приводных двигателей 1, 1' на два ведомых колеса 2, 2' для привода валов 3, 3' несущих винтов, в которой каждая линия включает три ступени редукции, разделяет два потока мощности от двигателей 1, 1' на восемь потоков, суммирующихся на общих ведомых колесах 2, 2', что повышает надежность и увеличивает ресурс подшипников.
Наличие синхронизирующей зубчатой передачи 11, связанной с ведомыми колесами 9 и состоящей из двух зубчатых колес 12 и двух зубчатых колес 13, причем ведущие зубчатые колеса 12 размещены на третьих валах 10, а ведомые зубчатые колеса 13 размещены на валах 14 третьей ступени, обеспечивает разделение потока мощности от двигателей 1, 1' и поддерживает одинаковую частоту вращения двух оппозитно вращающихся валов несущих винтов.
Наличие между двумя валами 5 и 5' группы зубчатых колес 16 со специально подобранными параметрами позволяет установить приводные вертолетные агрегаты и отказаться от коробки приводов, что позволяет снизить вес редуктора.
Предлагаемая кинематическая схема редуктора показана на фиг. 1.
На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого редуктора.
Разработанная кинематическая схема является многопоточной (восьми поточной, по четыре потока на каждый несущий винт), не планетарной, с передаточным числом больше 9 в последней третьей ступени редукции.
Разработанная кинематическая схема включает в себя три основных ступени редукции. Каждая ступень редукции представляет собой отдельные модули, которые входят в состав единого главного редуктора.
Заявленный редуктор имеет многопоточную не планетарную схему с применением цилиндрических передач внешнего зацепления, а также конических зубчатых передач. При этом редуктор содержит две линии передачи крутящего момента от двух приводных двигателей 1, 1' на два ведомых колеса 2, 2' для привода двух валов 3, 3' несущих винтов. Каждая линия включает три ступени редукции. Два приводных двигателя 1, 1' связаны с двумя первыми валами 5, 5'.
В первой ступени установлены ведущая коническая шестерня 4 первой ступени, размещенная на первом валу 5, и находящееся с ней в зацеплении ведомое коническое колесо 6 первой ступени, размещенное на втором валу 7. При этом второй вал 7 расположен под углом к первому входному валу 5.
Во второй ступени установлены ведущая цилиндрическая шестерня 8 второй ступени, размещенная на втором валу 7, и два ведомых цилиндрических колеса 9, каждое из которых вращается соответственно на одном из двух валов 10 (третий вал). При этом пара ведомых колес 9 находится в непосредственном зацеплении с ведущей шестерней 8. Каждое ведомое колесо 9 связано с синхронизирующей зубчатой передачей 11, состоящей из двух зубчатых колес 12 и двух зубчатых колес 13. Ведущие зубчатые колеса 12 размещены на валах 10. Ведомые зубчатые колеса 13 установлены на соответствующих валах 14 третьей ступени. Ведомые 12 и ведущие 13 зубчатые колеса имеют одинаковое количество зубьев, что обеспечивает одинаковую частоту вращения двух оппозитно вращающихся валов несущих винтов.
Вторая ступень редукции выполнена в виде цилиндрических зубчатых передач внешнего зацепления. Во второй ступени редукции происходит разделение передаваемой от каждого приводного двигателя мощности на четыре потока с соответствующим изменением направления вращения (по два потока на каждый несущий винт от каждого приводного двигателя). Конструктивно вторая ступень редукции состоит из двух зубчатых передач, первая с передаточным отношением в диапазоне от 1 до 3, с одним ведущим 8 и двумя ведомыми зубчатыми колесами 9, вторая с передаточным отношением 1, ведущее зубчатое колесо 12 которой соединено с ведомым зубчатым колесом 9 первой зубчатой передачи.
Третья ступень каждой линии включает четыре ведущих цилиндрических зубчатых колеса 15 третьей ступени, установленные соответственно на четырех валах 14 третьей ступени. При этом зубчатые колеса 15 находятся в зацеплении с общими ведомыми цилиндрическими колесами 2, 2' для привода валов 3, 3' несущих винтов.
Заявленный редуктор обеспечивает передачу крутящего момента на дополнительные агрегаты вертолета (вентиляторы, генератор, гидронасосы и т.д.) При этом между двумя первыми валами 5 и 5' расположена группа зубчатых колес 16, состоящая, например, из десяти колес, которые связывают между собой первые валы 5 и 5', а также выполняют функцию коробки приводов. Параметры зубчатых колес из группы 16, которые определяют частоту вращения привода, такие как модуль и число зубьев, подобраны таким образом, что на них установлены приводные вертолетные агрегаты (генераторы, вентиляторы и др., не показаны). Таким образом реализована функция коробки приводов вертолетных агрегатов.
Наличие группы зубчатых колес 16 (перебора) позволяет исключить передачу избыточной мощности на однодвигательном аварийном режиме повышенной мощности (при отказе второго двигателя), через первую и последующие ступени редукции, а значит снизить вес конструкции. Также комбинация группы зубчатых колес 16 позволяет в широком диапазоне варьировать расположение приводных двигателей и компоновку расположения приводных агрегатов, не изменяя при этом основную кинематическую цепь.
Третья ступень редукции выполнена в виде двух цилиндрических многопоточных зубчатых передач внешнего зацепления. В данной кинематической схеме число потоков мощности к каждому несущему винту равно 4 с передаточным отношением более 9. Применение большого передаточного числа в последней ступени редукции позволяет разгрузить по крутящему моменту все предыдущие ступени редукции, т.е. сделать легче по весу. Ведущие зубчатые колеса 15 третьей ступени редукции соединяются с зубчатыми колесами 12, 13 второй ступени при помощи упругих конструктивных звеньев, например, шлицевых рессор (не показано), с высокой крутильной податливостью.
Применение таких конструктивных элементов позволяет обеспечить равномерное распределение крутящего момента между ведущими зубчатыми колесами 15 третьей ступени, независимо от их количества, другими словами, каждое зубчатое зацепление в третьей ступени будет передавать одинаковую мощность.
Примененная в данном случае многопоточная кинематическая схема позволяет увеличить ресурс подшипникам зубчатых колес 9, 12, 13, 15 второй и третьей ступени редукции.
Конструкция редуктора выполнена из коррозионно-стойких материалов, таких как магниевые или алюминиевые сплавы.
Устройство работает следующим образом.
Крутящий момент от каждого двигателя 1, 1' через первый входной вал 5 передается на ведущую шестерню 4 первой ступени, которая вращает ведомое колесо 6 первой ступени, приводящее во вращение второй вал 7.
Второй вал 7 передает вращение на ведущую шестерню 8 второй ступени, приводящую во вращение ведомые шестерни 9, установленные на третьих валах 10. В каждой линии от шестерни 9 через зубчатые колеса 12 и 13, установленные на третьих валах 10 и валах 14 третьей ступени, вращение передается на ведомые выходные зубчатые колеса 2, 2' при помощи ведущих зубчатых колес 15.
В аварийном режиме при отключении двигателя 1' мощность от работающего двигателя 1 передается посредством группы зубчатых колес 16 к валам несущих винтов.
Таким образом, в заявленном устройстве осуществляется разделение двух потоков мощности от приводных двигателей на восемь потоков, суммирующихся на общих ведомых колесах 2, 2', что позволяет увеличить ресурс подшипников качения валов 14 третьей ступени. Кроме того, указанная конструктивная особенность, а также общая компоновка элементов кинематической схемы редуктора позволяют снизить общий вес конструкции как за счет возможности уменьшения габаритов деталей, так и в связи с отказом от отдельного узла коробки приводов.
За счет большого количества потоков мощности от входного вала до выходного вала обеспечена повышенная надежность. Снижение веса конструкции за счет применения многопоточности улучшает летно-технические характеристики вертолета и стоимость его эксплуатации.