Зубчатая передача для защиты интегрированного максимального момента, шестеренчатая коробка передач, содержащая такую передачу, и газотурбинный двигатель

Зубчатая передача для защиты интегрированного максимального момента, шестеренчатая коробка передач, содержащая такую передачу, и газотурбинный двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к области зубчатых передач, в частности к зубчатым передачам, размещенным в шестеренчатой коробке передач и предназначенным для приведения в движение вспомогательных механизмов газотурбинного двигателя.

Зубчатые передачи применяются во всех областях механики для передачи движения, от часовых механизмов до используемых в тяжелой промышленности редукторов. Зубчатая передача состоит из двух шестерен, устанавливаемых соответственно на вращающихся валах. Ведущий вал придает вращательное движение шестерне, при этом шестерня жестко соединена с валом. Зубья ведущей шестерни входят в зацепление с зубьями ведомой шестерни для передачи вращательного движения от ведущего вала к ведомому валу. Если в процессе зацепления участвует более двух шестерен, то говорят о блоке зубчатых колес.

Блок зубчатых колес содержит несколько последовательно устанавливаемых зубчатых колес, образующих кинематическую цепь. Главный вал в передней части кинематической цепи приводит во вращение шестерню, с которой он жестко соединен. Шестерни блока зубчатых колес, расположенные в задней части вала в кинематической цепи, приводятся во вращение последовательно посредством вращения вала двигателя.

В дальнейшем под понятием «передняя» и «задняя» шестерни следует понимать шестерни, устанавливаемые в кинематической цепи соответственно впереди и сзади относительно определенной шестерни, при этом передняя шестерня передает вращательное движение определенной шестерне, а эта определенная шестерня приводит во вращение заднюю шестерню.

Блок зубчатых колес, преимущественно, может передавать вращательное движение главного вала множеству валов, при этом каждый ведомый вал приводит в движение, соответственно, один механизм. Изобретение относится, в частности, к блоку зубчатых колес, установленному в турбореактивном двигателе для приведения в движение вспомогательных механизмов.

В случае последовательной установки зубчатых передач, если ведомый вал заедает или останавливается, то шестерня, жестко соединенная с валом, не может больше вращаться. Все шестерни кинематической цепи могут застопориться. Известно, что для продолжения функционирования зубчатой передачи в этих условиях следует предусмотреть плавкие средства.

Существуют зубчатые передачи, изготовленные на базе достигнутого уровня техники, образованные двумя шестернями, устанавливаемыми на валах, снабженных шпонками прямоугольного сечения, которые монтируются на валу. Шестерни содержат соответственно пазы прямоугольного сечения на уровне их внутренней коронной шестерни, которые соответствуют форме шпонок. На практике шестерни устанавливаются на валах, при этом пазы удерживают шпонки для обеспечения зацепления шестерни с валом.

Если один из валов блока зубчатых колес заедает, то на шестерню, вал которой неподвижен, оказывается воздействие максимального момента, образуемого передней шестерней. Максимальный момент вынуждает шпонку опуститься, разъединяя шестерню относительно вала. Передняя шестерня заставляет вращаться отсоединенную шестерню вокруг вала. Кинематическая цепь сохраняется однако в течение относительно непродолжительного периода времени, поскольку шестерня имеет тенденцию смещать ось и перемещаться в поперечном и радиальном направлениях. Это может привести к прекращению зацепления, в результате чего прекращается обеспечение устанавливаемых сзади вспомогательных механизмов. Потеря момента вращения сказывается на зубчатом зацеплении и, в частности, на механизмах, установленных на этих зубчатых передачах.

Одной из задач настоящего изобретения является передача вращательного движения шестерни, вал которой неподвижен, задней шестерне с целью сохранения коэффициента полезного действия шестеренчатой трансмиссии.

Для решения этой задачи предлагается зубчатая передача, содержащая шестерню, жестко соединенную с валом, установленным и вращающимся в державке, посредством рассекаемого элемента, которая монтируется для отсоединения шестерни от вала в случае возникновения максимального момента между шестерней и валом, при этом направляющий типовой конструктивный элемент шестерни, находящийся в резерве, устанавливается для удержания шестерни, вращающейся в державке в случае отсоединения шестерни от вала, причем рассекаемый элемент устанавливается неподвижно с помощью горячей посадки между шестерней и валом.

Предпочтительно, чтобы в случае заедания при остановки вала, соединенного с вспомогательной шестерней блока зубчатых колес, шестерня, испытывающая значительный момент вращения, отсоединялась от вала благодаря рассекаемому элементу, который выполняет функцию «плавкого элемента». Направляющий типовой конструктивный элемент, являющийся до настоящего момента резервным, приводится в действие. Данный типовой конструктивный элемент позволяет придавать направленное вращательное движение отсоединенной шестерни в державке. Несмотря на неисправность удается сохранить производительность на уровне зубчатой передачи.

Предпочтительно, чтобы рассекаемый элемент устанавливался между шестерней и валом и мог быть съемным.

Также предпочтительно, чтобы рассекаемый элемент был образован диском, размещаемым между шестерней и валом, при этом диск должен включать в себя несколько радиальных тяг.

Предпочтительно также, чтобы направляющий типовой конструктивный элемент содержал направляющие ролики, ось вращения которых направлена перпендикулярно или параллельно оси вращения вала.

Предпочтительно также, чтобы ролики заставляли отсоединенную шестерню выполнять осевые и (или) поперечные движения для направления ее вращения в державке.

Предпочтительно также, чтобы определенная часть поверхности шестерни взаимодействовала с роликами.

Согласно другому объекту настоящего изобретения вспомогательная шестеренчатая коробка передач содержит несколько зубчатых передач, в числе которых, по меньшей мере, одна является зубчатой передачей согласно предлагаемому изобретению.

Предпочтительно, чтобы шестеренчатая коробка передач приводила в движение вспомогательные механизмы в газотурбинном двигателе.

Согласно другому объекту предлагаемого изобретения газотурбинный двигатель содержит такую шестеренчатую коробку передач.

Изобретение станет более понятным после ознакомления с описанием, приводимым со ссылками на прилагаемые чертежи, в числе которых:

Фиг.1 изображает вид в изометрии зубчатой передачи согласно изобретению с единственным направляющим типовым конструктивным элементом;

Фиг.2 - вид в изометрии зубчатой передачи, представленной на фиг.1, с двумя направляющими типовыми конструктивными элементами;

Фиг.3 - вид в разрезе, выполненном по линии III-III, зубчатой передачи, представленной на фиг.1, в шестеренчатой коробке передач.

Как показано на фиг.3, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения турбореактивный двигатель (не показан) содержит шестеренчатую коробку передач 100. Шестеренчатая коробка передач 100 предназначена для приведения в движение вспомогательных механизмов, устанавливаемых на валах блока зубчатых колес, удерживаемого в коробке 100. Такая коробка 100 обозначается, как правило, аббревиатурой AGB (Accessory Gear Box - коробка привода агрегатов).

Как это показано на фиг.1, блок зубчатых колес в данном случае содержит три шестерни 10, 20, 30 с зубьями 11, 21, 31 соответственно. Шестерни 10, 20, 30 устанавливаются последовательно, образуя кинематическую цепь. Главный вал приводит во вращение шестерню 10. Вращательное движение передается шестерне 20 при помощи зубьев 11, находящихся в зацеплении с зубьями 21, при этом шестерни 10, 20 образуют первую зубчатую передачу, а шестерни 20, 30 - вторую зубчатую передачу.

Шестерня 20 жестко соединяется на вращающемся валу 201. Таким образом, шестерня 20, приводимая во вращательное движение передней шестерней 10, в свою очередь, приводит во вращение вал 201.

Вал 201 удерживается при помощи подшипников 71, 72, располагаемых соответствующим образом по обе стороны шестерни 20 для придания направления вращению вала 201 в коробке 100. Подшипники 71, 72 в данном случае представлены шарикоподшипниками.

Шестерня 20 содержит цилиндрическую коронную шестерню 28, которая включает в себя внешнюю поверхность 281, внутреннюю поверхность 283 и две оконечные поперечные поверхности 282. Внешняя поверхность 281 состоит из трех полос: одной центральной и двух боковых. Зубья 21 располагаются на центральной полосе, две боковые полосы ими не располагают.

Диск 40 устанавливается между валом 201 и коронной шестерней 28 и соединяет вал 201 с шестерней 20, при этом диск преимущественно устанавливается способом горячей посадки. Диск 40 содержит две концентрические коронные шестерни 44, 45, при этом внешняя коронная шестерня 44 соединяется радиальными спицами 42 с внутренней коронной шестерней 45.

Внешняя поверхность коронной шестерни 44 диска 40 опирается на внутреннюю поверхность 283 коронной шестерни 28, при этом внутренняя поверхность коронной шестерни 45 жестко соединена с валом 201.

Спицы 42 диска 40 выполнены таким образом, что они имеют «рассекаемые» участки 422, установленные для того, чтобы ослаблять возникающий между валом 201 и шестерней 20 момент вращения, превышающий установленную пороговую величину.

Как это показано на фиг.1, направляющий типовой конструктивный элемент 50 устанавливается для направления вращательного движения шестерни 20 внутри коробки 100, когда шестерня не соединена с валом. Типовой конструктивный элемент 50 располагается, находясь в резерве, параллельно шестерне 20.

Направляющий типовой конструктивный элемент 50 содержит цилиндрическую деталь 59, образующую державку для направляющих роликов 51-54, 57, при этом ролики разделены на два комплекта по четыре направляющих ролика 51-54, 57, располагаемых соответственно на каждой поперечной поверхности детали 59.

Четыре ролика 51-54 располагаются на наиболее близко расположенной к шестерне поперечной поверхности, при этом оси вращения роликов 51-54 ориентированы параллельно оси вала 201. Ролики 51-54 содержат колею, по которой направляется внешняя поверхность 281 коронной шестерни 28, когда диск 40 больше не соединен с валом 201.

Четыре ролика 57 расположены на поперечной поверхности, противолежащей относительно роликов 51-54, причем оси вращения роликов 57 направлены перпендикулярно оси вала 201. Ролики 57 содержат колею, по которой направляется боковая поверхность коронной шестерни 28, когда диск 40 больше не соединен с валом.

Как это показано на фиг.2, коробка содержит второй направляющий типовой конструктивный элемент 60, устанавливаемый для направления вращательного движения шестерни 20, когда она находится в отсоединенном состоянии. Типовой конструктивный элемент 60 располагается (в качестве резервного) параллельно шестерне 20 в коробке 100.

Направляющий типовой конструктивный элемент 60 содержит цилиндрическую деталь 69, образующую державку для направляющих роликов 63, 65-68, при этом ролики разделяются на два комплекта по четыре ролика в каждом 63, 65-68, располагаемых соответственно на каждой поперечной детали 69.

Четыре ролика 63 устанавливаются на наиболее близкой к шестерне поперечной поверхности, при этом оси вращения роликов 63 ориентированы параллельно оси вала 201. Ролики 63 имеют колею, по которой направляется внешняя поверхность 283 коронной шестерни 28, когда диск 40 больше не соединен с валом 201.

Четыре ролика 65-68 располагаются на поперечной поверхности, противоположной роликам 63, при этом оси вращения роликов 65-68 ориентированы перпендикулярно оси вала 201. Ролики 65-68 имеют колею, по которой направляется боковая поверхность 282 коронной шестерни 28, когда диск 40 больше не соединен с валом 201.

В процессе нормального функционирования блока зубчатых колес передняя шестерня 10 приводит во вращение шестерню 20, при этом образуемый момент вращения меньше пороговой величины. Вращательное движение через шестерню 20 передается задней шестерне 30. Направляющие типовые конструктивные элементы 50, 60 остаются в резерве, т.е. незадействованными, и размещаются на определенном расстоянии от шестерни 20.

Заедание вала 201 приводит к нарушению процесса вращения. Между шестерней 20 и валом 201 образуется максимальный момент, превышающий пороговую величину, который ослабляет спицы 42. «Плавкий» участок 422 каждой спицы 42 не выдерживает и отделяет шестерню 20 от вала 201, при этом шестерня 20 приводится во вращение, а заклинивший вал 201 остается неподвижным.

Отсоединенная шестерня 20 не может свободно осуществлять осевые и поперечные перемещения. Если шестерня 20 приводится передней шестерней 10 в движение в поперечном направлении, то внешняя поверхность 281 коронной шестерни 28 вступает в соприкосновение, по меньшей мере, с одним из направляющих роликов 51-54, 63, имеющих параллельную ось. Движения шестерни 20 в поперечном направлении являются принужденными, и в коробке 100 шестерне 20 придается направление вращения относительно вала 201.

В случае, если шестерня 20 приводит переднюю шестерню 10 в движение в продольном направлении, то боковые поверхности коронной шестерни 28 вступают в соприкосновение, по меньшей мере, с одним из направляющих роликов 57, 65-68, имеющих перпендикулярную ось. Осевые движения шестерни 20 являются вынужденными, в связи с этим придается направление вращения шестерни 20 относительно вала 201.

Два направляющих типовых конструктивных элемента 50, 60 позволяют заставить шестерню 20 выполнять осевые и поперечные движения и обеспечить вращение шестерни 20 только вокруг вала 201. Таким образом, отсоединенная шестерня не вступает в соприкосновение с коробкой 100 и направляется в ней. Несмотря на неисправность вала 201 эффективность зацепления носит оптимальный характер, и кинематическая цепь сохраняется.

Как это показано на фиг.3, направляющие типовые конструктивные элементы 50, 60 содержат равное количество роликов, имеющих перпендикулярную и параллельную оси. Однако представляется возможным увеличивать количество роликов, имеющих ось с радиальным направлением, относительно роликов с параллельной осью, или наоборот в зависимости от искомого направления.

Для придания направления шестерне 20 может быть достаточно использовать только один типовой конструктивный элемент. Вместе с тем обеспечение направления носит оптимальный характер, если с обеих сторон шестерни 20 устанавливаются прочно соединенные два направляющих типовых конструктивных элемента 50.

Диск 40, насаженный в горячем состоянии между шестерней 20 и валом 201, в случае поломки легко снимается. Его можно заменить быстро, просто и с минимальными расходами. В случае заедания вала 201, энергия, формируемая максимальным моментом, поглощается диском 40, и нет необходимости заменять дорогостоящие детали, например вал 201 и шестерню 20.

В газотурбинном двигателе изобретение позволяет шестеренчатой коробке передач приводить в движение вспомогательные механизмы несмотря на неисправность вала системы зубчатых колес.

1. Зубчатая передача, содержащая шестерню (20), жестко соединенную с валом (201), которая устанавливается для вращения в державке при помощи рассекаемого элемента, используемого для отсоединения шестерни (20) от вала (201) в случае возникновения максимального момента между шестерней (20) и валом (201), при этом направляющий типовой конструктивный элемент (50) шестерни (20), находящийся в резерве, устанавливается для удержания шестерни (20), вращающейся в державке (100), в случае отсоединения шестерни (20) от вала (201), отличающаяся тем, что рассекаемый элемент устанавливается неподвижно с помощью горячей посадки между шестерней (20) и валом (201).

2. Зубчатая передача по п.1, в которой рассекаемый элемент выполнен в форме диска (40), устанавливаемого способом горячей посадки между шестерней (20) и валом (201), при этом диск (40) содержит несколько рассекаемых радиальных спиц (42).

3. Зубчатая передача по одному из пп.1 или 2, в которой направляющий типовой конструктивный элемент (50) содержит направляющие ролики (51-54, 57), ось вращения которых направлена перпендикулярно или параллельно оси вращения вала (201).

4. Зубчатая передача по п.3, в которой часть поверхности (282, 281) шестерни (20) взаимодействует с роликами (51-54, 57).

5. Шестеренчатая коробка передач, содержащая несколько зубчатых передач, по меньшей мере, одна из которых является зубчатой передачей по одному из пп.1-4.

6. Шестеренчатая коробка передач по п.5, которая приводит в движение вспомогательные механизмы в газотурбинном двигателе.

7. Газотурбинный двигатель, содержащий шестеренчатую коробку передач вспомогательных механизмов по п.6.