Смазка и охлаждение редуктора с эпициклоидальной зубчатой передачей
Изобретение относится к смазке и охлаждению редуктора с эпициклоидальной зубчатой передачей, в частности, в турбомашине авиационного двигателя. Редуктор содержит центральное зубчатое колесо (14), внешние коронные колеса (16, 20) и сателлитные шестерни (28), установленные на водиле (30). Средства смазки и охлаждения редуктора содержат цилиндрическую оболочку (52), установленную на водиле (30) и образующую ковш для сбора масла. Ковш окружает неподвижные масляные магистрали (56), включающие радиальные трубопроводы (62, 64, 66), питающие жиклеры (68), ориентированные к зонам зубчатых зацеплений сателлитных шестерен (28) с внешними коронными колесами (16, 20) редуктора. Изобретение позволяет обеспечить смазку и охлаждение редуктора непрерывным образом путем подачи масла под давлением во вращающиеся соединения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение касается смазки и охлаждения редуктора с эпициклоидальной зубчатой передачей, в особенности, для турбомашины, такой как авиационный двигатель.
Редуктор с эпициклоидальной зубчатой передачей позволяет передавать значительные мощности. В турбореактивном двигателе он может быть использован для привода вращающихся в противоположном направлении винтов с помощью ведущего вала, который вращается значительно быстрее, чем винты.
Классически эпициклоидальная зубчатая передача содержит планетарное зубчатое колесо или центральное зубчатое колесо, планетарное коронное колесо или внешнее коронное колесо и сателлитные шестерни, которые находятся в зацеплении с планетарным зубчатым колесом и с коронным колесом, при этом для работы зубчатой передачи держатель одного из этих трех элементов должен быть заторможен. Когда водило сателлитов неподвижно во вращении, центральное зубчатое колесо и коронное колесо являются соответственно приводным и приводимым, или наоборот. Смазка и охлаждение зубчатых зацеплений и валов сателлитных шестерен не создают никаких проблем и осуществляются жиклерами, которые неподвижны во вращении и могут постоянно подавать масло в зоны зацепления сателлитных шестерен с центральным зубчатым колесом и с коронным колесом и к валам сателлитных шестерен.
Однако в наиболее частом случае внешнее коронное колесо закреплено неподвижно и центральное зубчатое колесо и водило сателлитов являются приводящими и приводимыми. Смазка зон зубчатого зацепления и валов сателлитных шестерен ставит проблемы, которые решаются в современной технике сложными сетями каналов подачи масла под давлением с использованием уплотнений для подвижных соединений или вращающихся соединений, которые подвергаются износу и которые следует регулярно проверять и менять.
Настоящее изобретение, в частности, имеет целью обеспечение охлаждения и смазки такого редуктора непрерывным образом и без использования сложной сети каналов для подачи масла под давлением во вращающиеся соединения.
Для достижения этой цели предлагается редуктор с эпициклоидальной зубчатой передачей, содержащий центральное зубчатое колесо, внешнее коронное колесо и сателлитные шестерни, находящиеся в зацеплении с центральным зубчатым колесом и с внешним коронным колесом и свободно вращающиеся на водиле, причем этот редуктор содержит средства смазки и охлаждения путем подачи масла в зоны зубчатых зацеплений и на валы сателлитных шестерен, отличающийся тем, что средства смазки и охлаждения содержат цилиндрическую оболочку, жестко соединенную с водилом и образующую ковш для сбора масла, окружающий неподвижные средства подачи масла.
Для обеспечения смазки и охлаждения зон зубчатых зацеплений сателлитных шестерен и их валов вращения в соответствии с изобретением достаточно снабдить водило сателлитов цилиндрической оболочкой, которая окружает неподвижные средства подачи масла. Масло, подаваемое этими средствами, под действием центробежных сил собирается в цилиндрической оболочке, откуда оно может быть направлено к зонам зубчатых зацеплений сателлитных шестерен и к валам этих сателлитных шестерен без необходимости использования для этого вращающихся соединений.
Эти средства смазки и охлаждения характеризуются, таким образом, простотой и надежностью, а также совместимостью со средствами питания маслом других пунктов смазки и охлаждения в турбомашине, что позволяет устанавливать общий насос для подачи масла в редуктор и другие пункты смазки и охлаждения.
В соответствии с другой характеристикой изобретения цилиндрическая оболочка содержит радиальные или, по существу, радиальные каналы для питания маслом жиклеров, направленных в зоны зубчатых зацеплений и к валам сателлитных шестерен.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения неподвижные средства подачи масла содержат, по меньшей мере, одну масляную магистраль, параллельную валу центрального зубчатого колеса и несущую инжекторы, ориентированные радиально к цилиндрической оболочке, содержащей кольцевые отсеки, разделенные радиальными перегородками и связанные каждый с каналами, питающими жиклеры.
Такая компоновка позволяет более равномерно и бесперебойно подавать масло к различным зонам смазки и охлаждения.
Практически цилиндрическая оболочка и водило сателлитов могут быть расположены с обеих сторон центрального зубчатого колеса и соединены осевыми стержнями, расположенными между сателлитными шестернями.
Изобретение касается также турбомашины, такой как авиационный турбовинтовой двигатель, отличающейся тем, что она содержит редуктор с эпициклоидальной зубчатой передачей описанного выше типа, который связывает вал турбины с одним или двумя валами привода винтов.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 схематично изображает вид в осевом разрезе редуктора с эпициклоидальной зубчатой передачей в турбомашине из известного уровня техники;
Фиг.2 схематично изображает вид спереди редуктора по фиг.1;
Фиг.3 схематично изображает вид спереди редуктора по изобретению;
Фиг.4 схематично изображает вид этого редуктора в аксиальном разрезе;
Фиг.5 изображает вид в аксиальном разрезе редуктора по изобретению, установленного в турбомашине.
Обратимся вначале к фиг.1, которая схематично изображает известный редуктор с эпициклоидальной зубчатой передачей, установленный в турбомашине, такой как турбовинтовой авиационный двигатель, с двумя противоположно вращающимся винтами, которые приводятся во вращение от вала 10 турбины редуктором 12 с эпициклоидальной зубчатой передачей, содержащей, в основном, центральное зубчатое колесо или планетарное зубчатое колесо 14, жестко соединенное при вращении с валом 10 турбины, первое неподвижное коронное колесо 16, установленное на неподвижном элементе 18 турбомашины, второе внешнее подвижное коронное колесо 20, закрепленное на конце вала 22, для привода во вращение одного из винтов двигателя, причем этот вал расположен к выходу и удерживается при вращении подшипниками 24 на элементе 26 неподвижного кожуха двигателя, при этом редуктор содержит также сателлиты 28, которые находятся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 14, первым внешним неподвижным коронным колесом 16 и со вторым подвижным внешним коронным колесом 20, и которые свободно вращаются в водиле 30, жестко соединенном с валом 31, который проходит в сторону выхода для привода во вращение второго винта двигателя.
Точнее говоря, каждая сателлитная шестерня 28 имеет первый периферийный зубчатый венец 32 с внешними зубьями, который находится в зацеплении с внутренними зубьями второго коронного колеса 20, и второй зубчатый венец 34, соосный с первым и образованный на входном конце сателлитной шестерни 28, при этом этот второй зубчатый венец 34 находится в зацеплении с внутренними зубьями первого неподвижного коронного колеса 16.
Каждое зубчатое колесо 28, кроме того, установлено с возможностью вращения на цилиндрическом суппорте 36 водила 30 в подшипниках 38, например роликовых подшипниках.
Смазка и охлаждение редуктора 12 обеспечиваются жиклерами 40, 42, 44, размещенными на неподвижных элементах двигателя и ориентированными к зонам внешних зубчатых зацеплений 32 сателлитных шестерен 28 со вторым внешним коронным колесом 20, зубчатых зацеплений 34 сателлитных шестерен 28 с первым внешним коронным колесом 16 и периферийных зубчатых зацеплений 32 сателлитных шестерен 28 с центральным зубчатым колесом 14 соответственно, как схематически изображено на фиг.1.
Другие жиклеры 46 и 48 используются для смазки и охлаждения подшипников 50, в которых вращается вал 10, и подшипников 24, в которых вращается вал 22, жестко соединенный со вторым внешним коронным колесом 20.
На фиг.2 изображены основные компоненты редуктора 12, а именно центральное зубчатое колесо 14, первое внешнее неподвижное коронное колесо 16, второе внешнее коронное колесо 20, жестко соединенное с валом 22, и сателлитные шестерни 28, в количестве четырех в данном примере осуществления, при этом стрелки показывают направление вращения шестерен и внешнего подвижного коронного колеса 20 и водила 30.
Видно, что когда центральное зубчатое колесо 14 приводится во вращение в направлении, противоположном вращению часовых стрелок, сателлитные шестерни 28 и внешнее подвижное коронное колесо 20 приводятся во вращение в направлении по часовым стрелкам, тогда как водило 30 вращается в направлении, обратном движению часовых стрелок.
В известном примере осуществления смазка и охлаждение зон зацепления зубьев сателлитных шестерен с центральным зубчатым колесом 14 и с коронными колесами 16 и 20 осуществляются только прерывисто, так как жиклеры 40, 42 и 44 неподвижны и не могут следовать за орбитальным вращением сателлитных шестерен 28 внутри коронных колес. Кроме того, известный уровень техники не решает проблему смазки и охлаждения сателлитных шестерен.
Настоящее изобретение позволяет решить эту проблему просто, надежно и экономично с помощью устройства, схематично изображенного на фиг.3 и 4, и которое содержит, в основном, цилиндрическую оболочку 52, расположенную на входной стороне редуктора 12 внутри внешнего неподвижного коронного колеса 16, причем эта цилиндрическая оболочка 52 вращается совместно с водилом 30, с которым она скреплена осевыми стержнями 54, которые проходят внутри редуктора 12 между сателлитными шестернями 28.
Цилиндрическая оболочка 52 образует центробежный ковш для сбора масла, подаваемого двумя диаметрально противоположно установленными масляными магистралями 56, которые размещены от входа редуктора 12 вдоль вала, несущего центральное зубчатое колесо 14, и которые снабжены инжекторами 58, подающими масло в соседние кольцевые отделения, образованные внутри цилиндрической оболочки 52 внутренними радиальными перегородками 60. Каждое кольцевое отделение цилиндрической оболочки 52 связано с двумя радиальными или, по существу, радиальными каналами 62, 64, 66, которые простираются наружу и снабжены на свободных концах жиклерами 68, ориентированными в зоны смазки и охлаждения, то есть к подшипникам 38 сателлитных шестерен 28 и к зонам зубчатого зацепления сателлитных шестерен 28 с внешним неподвижным коронным колесом 16, внешним подвижным коронным колесом 20 и, при необходимости, с центральным зубчатым колесом 14.
Как изображено на фиг.3, жиклеры 68 расположены с угловым смещением относительно сателлитных шестерен 28 таким образом, чтобы располагаться на входе этих шестерен по отношению к их направлению вращения и направлять по касательной струи масла на зубья шестерен в зоне, где они входят в зацепление с зубьями первого коронного колеса 16, второго коронного колеса 20 и центрального зубчатого колеса 14 соответственно.
На фиг.5 схематично изображена компоновка редуктора 12 по изобретению в турбомашине типа, представленного на фиг.1.
Смазка и охлаждение центрального зубчатого колеса 14 могут быть осуществлены жиклером 44, установленным на выходном конце масляной магистрали 56 для подачи масла внутрь цилиндрической оболочки 52. Так как центральное зубчатое колесо 14 имеет внешний диаметр, значительно меньший внутреннего диаметра коронных колес 16 и 20, смазка зон зацепления периферийных зубьев 32 сателлитных шестерен 28 с центральным зубчатым колесом 14 в двух диаметрально противоположных неподвижных точках может быть достаточной и создавать гораздо меньше проблем, чем прерывистая смазка зон 32 и 34 зубчатых зацеплений сателлитных шестерен 28 с внешними коронными колесами 20 и 16 соответственно.
В остальном на фиг.5 изображены те же элементы, что и на фиг.4, соединенные с компонентами турбомашины на фиг.1.
Изобретение применимо также к редуктору с эпициклоидальной зубчатой передачей, содержащей только одно внешнее коронное колесо. В этом случае, например, внешнее коронное колесо 16 удаляется, а второе внешнее коронное колесо 20 сохраняется. Регулируя шаг винтов, то есть угловое расстояние между лопастями, образующими винты, регулируют скорость одного винта относительно другого, при этом торможение одного винта позволяет повысить скорость другого до достижения равновесия.
1. Редуктор с эпициклоидальной зубчатой передачей, содержащий центральное зубчатое колесо (14), внешнее коронное колесо (16, 20) и сателлитные шестерни (28), находящиеся в зацеплении с центральным зубчатым колесом (14) и с внешним коронным колесом (16, 20) и установленные с возможностью свободного вращения на водиле (30), причем редуктор содержит средства смазки и охлаждения путем подачи масла на зубчатые венцы (32, 34) и валы сателлитных шестерен (28), отличающийся тем, что средства смазки и охлаждения содержат цилиндрическую оболочку (52), жестко соединенную с водилом (30) и образующую ковш для сбора масла, окружающий неподвижные средства (56) подачи масла.
2. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что цилиндрическая оболочка (52) содержит радиальные каналы (62, 64, 66) для подачи масла в жиклеры (68), ориентированные к зубчатым венцам и валам сателлитных шестерен (28).
3. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что неподвижные средства подачи масла содержат, по меньшей мере, одну масляную магистраль (56), параллельную валу центрального зубчатого колеса (14) и снабженную инжекторами (58), ориентированными радиально к цилиндрической оболочке (52), содержащей кольцевые отсеки, разделенные радиальными перегородками, каждый из которых связан с каналами (62, 64, 66), питающими жиклеры (68).
4. Редуктор по п.3, отличающийся тем, что неподвижные средства подачи масла содержат две параллельные и диаметрально противоположные масляные магистрали (56) с инжекторами (58), ориентированными к кольцевым отсекам цилиндрической оболочки (52).
5. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что жиклеры (68) расположены на входе сателлитных шестерен по отношению к их направлению вращения и ориентированы по касательной к зубьям сателлитных шестерен в зоны зацепления этих зубьев с внешним коронным колесом (16, 20).
6. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что цилиндрическая оболочка (52) и водило (30) расположены по оси с обеих сторон центрального зубчатого колеса (14) и соединены посредством осевых стержней (54), проходящих между сателлитными шестернями (28).
7. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что он содержит два внешних коаксиальных коронных колеса (16, 20), зубья которых находятся в зацеплении с периферийными зубьями сателлитных шестерен (28), при этом одно из коронных колес является неподвижным, а другое выполнено с возможностью вращения.
8. Турбомашина, в частности, для авиационного двигателя, отличающаяся тем, что она содержит редуктор с эпициклоидальной зубчатой передачей по п.1, связывающий вал (10) турбины с одним или двумя валами привода винтов.
