Редуктор кількості обертів із системою гнучкого з’єднання між сателітною обоймою і нерухомим кронштейном

1. Редуктор кількості обертів, призначений, зокрема, для передачі крутильного моменту між газовою турбіною і компресором у газотурбінному двигуні, що містить планетарну шестірню (2), коаксіальну з віссю редуктора і з'єднану з турбіною, сателітну обойму, яка з'єднана з першим елементом газотурбінного двигуна каоксіально з планетарною шестірнею (2) і містить сателіти (4), що входять у з убчасте зчеплення з планетарною шестірнею (2) і коронною шестірнею (3), яка закріплена на другому елементі газотурбінного двигуна і входить у з убчасте зчеплення з сателітами, при цьому один з указаних першого й другого елементів є нерухомою конструкцією газотурбінного двигуна, а інші елементи приводять в обертання компресор, при цьому сателітна обойма містить, з одного боку, кільцевий сепаратор (8), що містить пари гнізд, які призначені для встановлення опорних підшипників (5) паралельно до осі редуктора і на яких обертається один із сателітів (4), і осьові гнізда (11), кожне з яких розташоване між двома суміжними сателітами (4а, 4b), а, з другого боку, кільцевий кронштейн (12) сепаратора, який з'єднаний з першим елементом і містить осьові стійки (14), при цьому кожна стійка (14) встановлена в одне з гнізд (11) і закріплена на суміжній ділянці (9) сепаратора (8) за допомогою шти фта (15), розташованого по суті в середній радіальній площині сепаратора, який відрізняє ться тим, що гнізда (11) стійок (14) розташовані радіально на перетині ліній сил суміжних сателітів (4а, 4b), кожний штифт (15) кріплення стійки (14) на суміжній ділянці (9) 2 (19) 1 3 81609 4 (20) упирається в деталь, на якій закріплений 7. Редуктор за будь-яким з пп. 1-6, який шти фт (15), а другий фланець (23) притиснутий до відрізняє ться тим, що штифт (15) виконаний внутрішнього кільця (24) за допомогою гайки (21), шляхом формування на кінці стійки (14) і що взаємодіє з різьбою штифта (15). розташований паралельно до осі редуктора. 6. Редуктор за будь-яким з пп. 1-5, який 8. Редуктор за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняє ться тим, що штифт (15) жорстко відрізняє ться тим, що коронна шестірня (3) з'єднаний з відповідною стійкою (14) і закріплена на нерухомій конструкції газотурбінного розташований перпендикулярно до осі редуктора. двигуна, і кронштейн (12) сепаратора приводить в обертання компресор. Даний винахід відноситься до редуктора кількості обертів, призначеного, зокрема, для забезпечення передачі крутильного моменту між газовою турбіною і компресором у газотурбінному двигуні. Редуктор переважно складається з таких чотирьох елементів: планетарна шестерня, що приводиться в рух валом турбіни, коронна шестерня, коаксіальна з планетарною шестернею, сателіти, що входять у зубчасте зчеплення з планетарною шестернею і коронною шестернею, і сателітна обойма. Зміни знижувального передатного числа такого вузла досягають шляхом зміни кількості зубів кожної з шестерень і шляхом зміни конструкції редуктора. Відомі два типи конфігурації: - планетарні редуктори, у яких сателітна обойма є нерухомою, а коронна шестерня вільною в обертанні. Оптимальний діапазон роботи такого типу редуктора відповідає знижувальному передатному числу, що знаходиться в межах від 1 до 3; - епіциклічні редуктори, в яких коронна шестерня є нерухомою, а сателітна обойма вільною в обертанні. Оптимальний діапазон роботи такого типу редуктора відповідає знижувальному передатному числу, рівному 3 і вище. У випадку, коли редуктор забезпечує передачу крутильного моменту між газовою турбіною і компресором у газотурбінному двигуні, рухливий елемент редуктора, яким є або коронна шестерня, або сателітна обойма, з'єднаний з приводним валом компресора, а другий елемент з'єднаний з нерухомою конструкцією газотурбінного двигуна. Вибір конфігурації редуктора залежить, таким чином, від визначення знижувального передатного числа. Основною хибою епіциклічної конфігурації є те, що, незважаючи на менші габарити порівняно до планетарного редуктора, сателіти піддаються впливу відцентрового силового поля порядку 2000г, що створює серйозні проблеми на рівні опорних підшипників, у яких встановлені сателіти. Ізолюючи сателіт редуктора, відзначено, що опорний підшипник цього сателіта піддається дії радіального зусилля, яке дорівнює дворазовому тангенціальному зусиллю, створюваному зубчастим зчепленням. Окрім того, в епіциклічному редукторі також присутні значні відцентрові сили. Оскільки сателітна обойма, як правило, з'єднана з нерухомою конструкцією у випадку планетарного редуктора або з трансмісійним валом у випадку редуктора з епіциклічною зубчастою передачею однією зі своїх передніх сторін, опорні підшипники сателітів і сателітна обойма в цілому піддаються впливу крутильних моментів і будуть деформуватися і передавати напруги і деформації на елементи, на яких закріплена сателітна обойма. Ці деформації призводять також до порушення зубчастого зчеплення і передчасного зносу редуктора. Для того щоб під час роботи зводити до мінімуму де формації сателітної обойми в редукторі з епіциклічною зубчастою передачею, в [окументі US5391125] який є найближчим аналогом даного винаходу, запропоновано редуктор кількості обертів для передачі крутильного моменту між газовою турбіною і компресором у газотурбінному двигуні, що містить планетарну шестерню, коаксіальну з віссю редуктора і з'єднану з турбіною, сателітну обойму, з'єднану з компресором коаксіально з планетарною шестернею і яка містить декілька сателітів, що знаходяться у зубчастому зчепленні з планетарною шестернею, і коронну шестерню, яка закріплена на конструкції газотурбінного двигуна і з якою знаходяться в зубчастому зчепленні сателіти. В цьому епіциклічному редукторі сателітна обойма містить кільцевий сепаратор із множиною шийок, які призначені для встановлення опорних підшипників паралельно валу редуктора і на кожній з яких обертається один із сателітів, і множину осьових гнізд, кожне з яких знаходиться між двома суміжними сателітами, і, з другого боку, кільцевий кронштейн сепаратора, з'єднаний з компресором і який містить множину осьових стійок, при цьому кожна стійка встановлена в одному з гнізд сепаратора і закріплена з суміжною ділянкою сепаратора за допомогою штифта, розташованого в середній радіальній площині сепаратора. Кожний штифт, розташований перпендикулярно до осі редуктора, вставлений в отвір, виконаний у відповідній стійці, й у два отвори, виконані радіально обабіч стійки в осьовій стінці, відповідно за допомогою вкладишів. Таке з'єднання на кшталт жорсткого закріплення дозволяє уникнути будь-якого перекосу або осьового зсуву між сепаратором і кронштейном сепаратора, які можуть виникати в газотурбінному двигуні, зокрема авіаційному газотурбінному двигуні, внаслідок вібрацій, що відбуваються в результаті турбулентності навколишнього повітря або теплових розширень. 5 81609 6 Редуктор відповідно до даного винаходу Фіг.1 - осьове зображення редуктора, що відрізняється від цього найближчого аналога тим, показує тангенціальні зусилля, породжувані що гнізда стійок розташовані радіально на зубчастим зчепленням сателітів, і їхню перетинанні зусиль суміжних сателітів, і тим, що результуючу на опорні підшипники сателітів; кожний кріпильний штифт стійки на суміжній Фіг.2 - перспективне зображення половини ділянці сепаратора жорстко закріплений на одній із редуктора, розрізаного по площині, що проходить деталей, утвореній зазначеною стійкою і вказаною через його вісь; ділянкою сепаратора, і встановлений на іншій Фіг.3 - перспективне зображення редуктора деталі за допомогою з'єднання типу кульового відповідно до даного винаходу без коронної пальця, яке є жорстким у відношенні до вала шестерні і без бічного фланця, що служить редуктора і гнучким при нахилі й осьовому зсуві, осьовим упором для опорних підшипників при цьому з'єднання між штифтом і другою сателітів; деталлю забезпечується за допомогою муфти, що Фіг.4 - перспективне зображення сателітної охоплює шти фт і розташована в отворі іншої обойми відповідно до даного винаходу; деталі, при цьому зазначена муфта містить два Фіг.5 - перспективне зображення кронштейну кільцеві кінцеві фланці і декілька осьових втулок сепаратора; між фланцями, при цьому принаймні одна зі Фіг.6 - зображення в розтині з'єднання між втулок виконана з еластомеру. стійкою і сепаратором; Таке розташування сприяє наданню гнучкості Фіг.7 - зображення в розтині муфти, показаної в з'єднаннях "планетарні шестерні - сателіти" і на Фіг.6; "сателіти - коронна шестерня". Його суттєвою Фіг.8 - зображення в розібраному вигляді перевагою є зменшення можливості порушення кращого варіанта виконання муфти в розтині по контакту між зубами шестерень. площині, що містить вісь муфти; Така втулка з еластомеру забезпечує, в разі Фіг.9 - зображення в розтині муфти, показаної потреби, нахил сепаратора відносно до на Фіг.8; кронштейну сепаратора, з'єднаного з першим Фіг.10 - перспективне зображення варіанта елементом. виконання з'єднання між сепаратором і Переважно кожен з кільцевих кінцевих кронштейном сепаратора; фланців муфти містить радіально внутрішній Фіг.11 - зображення в розтині з'єднання, фальц і радіально зовнішній фальц, розташовані показаного на Фіг.10. один навпроти одного, при цьому згадані фальці На Фіг.1 і 2 показаний редуктор 1 з віссю X, що відділені один від одного кільцевим ребром містить планетарну шестерню 2 з віссю X, що жорсткості, а втулки містять жорстке внутрішнє містить по периферії зубчастий вінець 2d, коронну кільце, кінці якого заходять у радіально внутрішні шестерню 3 з віссю X, що має діаметр більший за фальці фланців, жорстке зовнішнє кільце, яке такий планетарної шестерні 2, і що містить на розташоване між радіально зовнішніми ребрами своїй радіально внутрішній стінці зубчастий вінець жорсткості фланців і містить на своїх кінцях 3d, і між планетарною шестернею 2 і коронною радіально внутрішні пази навпроти радіально шестернею 3 - множину сателітів 4, їхня кількість зовнішніх фальців фланців, а втулку з еластомеру дорівнює 5 на Фіг.1, які містять по периферії вставляють між внутрішнім кільцем і зовнішнім зубчастий вінець 4d, що входить у зчеплення із кільцем і між ребрами жорсткості фланців. зубчастими вінцями 2d і 3d планетарної шестерні У кільцеві порожнини, обмежені радіально 2 і коронної шестерні 3. Сателіти 4 встановлені з зовнішніми фальцами фланців і радіально можливістю обертання на опорних підшипниках 5, внутрішніми пазами зовнішнього кільця, паралельних осі X, кінці яких установлені в парах вставляють пружні прокладки. шийок, виконаних одна навпроти одної у двох Кожна з кільцевих порожнин додатково містить бічних фланцях 7а і 7b сепаратора 8, у якому протиекструзійне кільце, призначене для того, щоб встановлені сателіти 5, при цьому обидва бічних перешкодити видавлюванню еластомеру, при фланці 7а і 7b жорстко з'єднані між собою за цьому протиекструзійне кільце вставляють між допомогою містків 9, виконаних між двома пружною прокладкою і передньою стороною сусідніми сателітами. радіально внутрішнього паза зовнішнього кільця. Переважно містки 9 і один з бічних фланців 7а Для стопоріння муфти на шти фті один з фланців виконані у вигляді єдиної деталі, що утворює муфти упирається в деталь, на якій закріплений опорний картер для опорних підшипників 5 шти фт, а другий фланець притискається до сателітів 4, а др угий бічний фланець 7b являє внутрішнього кільця гайкою, що взаємодіє з собою кришку, що виконує роль осьового упора різьбою штифта. для опорних підшипників 5 сателітів 4. Опорні Відповідно до першого варіанта виконання підшипники 5, у кількості п'яти на даних шти фт жорстко з'єднаний із відповідною стійкою і кресленнях, рівномірно розподілені навколо осі X розташований перпендикулярно до осі редуктора. редуктора 1 і розташовані на половині відстані від Відповідно до другого варіанта виконання зубчасти х вінців 2d і 3d. шти фт виконаний шляхом формування на кінці Як для планетарного редуктора, в якому стійки і розташований паралельно до осі сепаратор 8 є нерухомим при обертанні навколо редуктора. осі X, а коронна шестерня 3 є рухливою, так і для Інші переваги й відмітні ознаки даного редуктора з епіциклічною зубчастою передачею, в винаходу будуть очевидні з нижченаведеного якому коронна шестерня 3 жорстко закріплена на опису з посиланням на додані креслення, на яких: нерухомій конструкції, а сепаратор 8 є рухливим 7 81609 8 при обертанні навколо осі X, кожний опорний внутрішній діаметр, що дорівнює зовнішньому підшипник 5 піддається впливу зусилля, діаметру шти фта 15, і кінці внутрішньої втулки 24 перпендикулярного до площини, що містить вісь X встановлені у фальцах, виконаних один навпроти і вісь зазначеного опорного підшипника, причому одного в кільцевих фланцях 22 і 23. Еластомерна величина цього зусилля еквівалентна втулка 25 установлена між внутрішньою втулкою дворазовому тангенціальному зусиллю, 24 і зовнішньою втулкою 26 і між кільцевими породжуваному зубчастим зчепленням. кінцевими фланцями 22 і 23. Радіально зовнішня На Фіг.1 стрілкою Fa показаний напрямок сили, втулка 26 має зовнішній діаметр, що дорівнює що діє на опорний підшипник 5 а сателіта 4а, і діаметру отвору 17 містка 9. Зовнішня втулка 26 стрілкою Fb - напрямок сили, що діє на опорний запресована в отвір 17 і охоплює еластомерну підшипник 5b сателіта 4b, суміжного із сателітом втулку 25. Між кільцевими фланцями 22 і 23 і 4а. Ці дві сили Fa і Fb перетинаються в точці 10, радіально зовнішньою стінкою отвору 17 або що знаходиться всередині діаметра коронної кінцями радіально зовнішньої втулки 26 шестерні 3 і в середній радіальній площині установлені пружні прокладки 28 і 29, що сепаратора 8. забезпечують можливість нахилу або осьового Відповідно до даного винаходу містки 9 і зсуву зовнішньої втулки 26 щодо внутрішньої принаймні один з бічних фланців 7а і 7b містять втулки 27 при деформації еластомерної втулки 25. осьові гнізда 11, у кожному з яких знаходиться Між пружними прокладками 28 і 29 і точка 10 перетинання ліній сил Fa і Fb двох передньою поверхнею зовнішньої втулки 26 суміжних сателітів 4а, 4b. установлені протиекструзійні кільця, позначені Позицією 12 позначений кільцевий кронштейн позиціями 30 і 31. сепаратора, показаний на Фіг.2, з віссю X, що Внутрішня 24 і зовнішня 26 втулки виконані у містить на своїй передній стороні 13 множину вигляді жорстких металевих кілець. паралельних до осі X стійок 14, у кількості п'яти на Протиекструзійні кільця 30 і 31 забезпечують даних кресленнях, кожна з яких встановлена в утримання матеріалу еластомерної втулки 25 у осьовому гнізді 11. кільцевому просторі, виконаному для її Кожна стійка 14 закріплена на суміжному встановлення. містку 9 за допомогою штифта 15, геометрична Радіально зовнішня частина штифта 15 вісь якого перпендикулярна до осі X редуктора 1 і запресована в отвір 16 стійки 14 через вкладиш перетинається з останньою. Штифт 15 жорстко 32, показаний на Фіг.6. Ця радіально зовнішня закріплений на стійці 14 і з'єднаний із суміжним частина містить розширену голівку 33. При містком 9 за допомогою з'єднання типу кульового затягуванні гайки 21 на кільцевому фланці 23, пальця, що радіально стопорить кронштейн 12 останній притискає внутрішню втулк у 24 до сепаратора, але сприяє до деякої міри нахилу кільцевого фланця 22, який у свою чергу кронштейну 12 сепаратора або його невеличкому притискається до радіальної внутрішньої щодо осі осьовому зсуву щодо сепаратора 8, щоб X сторони стійки 14. У такий спосіб муфта 20 забезпечити гнучкість з'єднань між планетарною утримується в нерухомому положенні радіально шестернею 2 і сателітами 4, і між сателітами 4 і щодо осі X редуктора 1. коронною шестернею 3. Суттєвою перевагою в На Фіг.8 і 9 показаний кращий варіант даному випадку є зменшення можливості виконання муфти 20, яка відрізняється від муфти порушення контакту з убчасти х вінців 2d, 4d і 3d. 20, показаної на Фіг.7, тим, що кожен з кільцевих Геометричні осі штифтів 15 знаходяться в кінцевих фланців 22 і 23 містить виконані один середній радіальній площині сателітів 4 і навпроти одного радіально внутрішній фальц 40 і проходять через точки 10 перетинання сил Fa і Fb радіально зовнішній фальц 41, розділені двох суміжних опорних підшипників 5 а, 5b. кільцевим ребром жорсткості 42. На Фіг.5 у перспективі окремо показаний Зовнішній діаметр радіально внутрішнього кронштейн 12 сепаратора. На цій фігурі видно, що фальца 40 дорівнює зовнішньому діаметру стійки 14 мають практично прямокутний перетин, і внутрішньої втулки або кільця 24. Після складання кожна з них на своєму кінці містить радіальний кінці внутрішнього кільця 24 знаходяться в отвір 16 для встановлення в нього радіально радіально внутрішніх фальцах 40. зовнішньої частини штифта 15. Еластомерна втулка 25, що її висота менша за Навпроти радіального отвору 16 відповідний таку внутрішнього кільця, розташована між місток 9 містить радіальний отвір 17, у якому кільцевими ребрами жорсткості 42 кільцевих встановлюють муфту 20, що охоплює радіально фланців 22 і 23. внутрішню частину шти фта 15, як це показано на Зовнішня втулка або кільце 26, що його висота Фіг.6, при цьому муфта 20 утримується на штифті більша за таку внутрішнього кільця 24, містить на 15 за допомогою гайки 21, що взаємодіє з різьбою, своїх кінцях радіально внутрішні пази, виконаною на радіально внутрішньому кінці позначені позиціями 43 і 44, розділені висотою шти фта 15. кільця, яка практично дорівнює висоті Детально показана на Фіг.7 муфта 20 містить еластомерної втулки 25. два кільцеві кінцеві фланці, позначені позиціями Після складання радіально внутрішні пази 43 і 22 і 23, щонайменше три коаксіальні втулки 24, 25 44 зовнішнього кільця знаходяться навпроти і 26, установлені між кільцевими фланцями 22 і 23, радіально зовнішніх фальців 41 кільцевих кінцевих при цьому проміжна втулка 25 виконана з фланців 22 і 23 й обмежують разом з останніми еластомерного матеріалу. Радіально внутрішня кільцеві порожнини, позначені на Фіг.9 позиціями втулка 24, а також кільцеві фланці 22 і 23 мають 45 і 46, у кожну з яких установлюють 9 81609 ущільнювальну прокладку 28, 29 і протиекструзійне кільце 30, 31. Діаметри радіально внутрішніх пазів 43 і 44 злегка перевищують зовнішній діаметр кільцевих фланців 22 і 23, і кінці зовнішнього кільця 26 охоплюють із зазором кільцеві фланці 22 і 23, щоб сприяти деформації еластомерної втулки 25 і зсуву між внутрішнім 24 і зовнішнім 26 кільцями. Точка перетинання сил, що діють на опорні підшипники 5а, 5b двох сусідніх сателітів 4а і 4b, переважно знаходиться в центральній зоні муфти 20. Зусилля, що діє на шти фт 15 і муфту 20, є радіальним зусиллям, перпендикулярним до осі шти фта 15, і не створює крутильного моменту на рівні з'єднання типу кульового пальця. Внутрішнє кільце 24 насаджене на штифт 15, а зовнішнє кільце 26 насаджене на місток 9. У докладно описаному вище прикладі штифт 15 насаджений на стійку 14, і з'єднання типу кульового пальця розташовано між штифтом 15 і містком 9, але для фахівця очевидно, що штифт 15 може бути насаджений на місток 9, і з'єднання типу кульового пальця буде в цьому випадку знаходитися між штифтом 15 і стійкою 14. На Фіг.10 і 11 показаний варіант виконання даного винаходу, що відрізняється від вищеописаного тим, що шти фт 15 виконаний шляхом формування на кінці стійки 14 і розташований паралельно до осі X редуктора 1. Відповідний місток 9 містить отвір 17, розташований у середній площині сепаратора 8 і призначений для встановлення муфти 20, аналогічної муфті, описаній з посиланням на Фіг.9. Муфта 20 охоплює шти фт 15, а кільцевий фланець 22 упирається в кільцевий заплечик 50, виконаний на стійці 14. Муфта 20 утримується на шти фті 15 за допомогою гайки 21, що притискається до шайби 51, яка у свою чергу притискається до кільцевого фланця 23. Перевагою такого рішення є скорочення габаритів і зниження виробничих витрат. Дійсно, муфту 20 установлюють паралельно осі X і на кінці шти фта 15. Вищеописаний редуктор 1 знаходить своє застосування у приводному механізмі компресора, що обертається від турбіни в авіаційному газотурбінному двигуні. В цьому випадку планетарна шестерня 2 з'єднана з валом турбіни. Кронштейн 12 сепаратора в цьому випадку з'єднаний з нерухомою конструкцією двигуна, а коронна шестерня 3 з'єднана з приводним валом компресора у випадку планетарного редуктора. У випадку редуктора з епіциклічною зубчастою передачею кронштейн 12 сепаратора з'єднаний з приводним валом компресора, а коронна шестерня 3 з'єднана з нерухомою конструкцією газотурбінного двигуна. 10 11 81609 12 13 81609 14