ХВОСТОВОЙ РЕДУКТОР ТРАНСМИССИИ ВЕРТОЛЕТА

Изобретение относится к конструкции зубчатой передачи, а более конкретно - к установке зубчатых колес в корпусе редуктора, и может быть использовано в конструкции хвостового редуктора трансмиссии, предназначенной для привода во вращение рулевого винта вертолета.

Известна конструкция хвостового редуктора трансмиссии вертолета (книга В.А.Данилов. «Вертолет Ми-8», Москва, «Транспорт», 1988, с.113, Рис.6.11), включающая пару конических зубчатых колес со спиральными зубьями, угол между осями вращения которых равен 90°. Кроме конической передачи хвостовой редуктор имеет механизм изменения шага рулевого винта. На фланце выходного вала хвостового редуктора закреплен рулевой винт вертолета. Хвостовой редуктор состоит из картера, стакана с ведущим зубчатым колесом, крышки с ведомым зубчатым колесом и механизма изменения шага рулевого винта, которые установлены в трех цилиндрических расточках картера. В расточках в двух внутренних перегородках картера установлены в обоймах передние роликовые подшипники, являющиеся опорами зубчатых колес. В стакане выполнены две расточки под подшипники: под шариковый подшипник - в наружной части стакана, на который опирается наружный конец ведущего вала, и под роликовый и шариковый подшипники - во фланцевой части стакана. Ведущее зубчатое колесо соединено с помощью шлиц с втулкой, которая в свою очередь соединена с помощью шлиц с концом ведущего вала. Втулка установлена на трех подшипниках: одном шариковом и двух роликовых. Конец ведущего вала заканчивается шлицами, с которыми соединена наклонная часть хвостового вала трансмиссии. Крышка ведомого зубчатого колеса выполнена в виде конуса с двумя фланцами: большим и малым, с диафрагмой со стороны большого фланца и с маслоулавливающим карманом в ней и с расточкой под обойму для двухрядного шарикового подшипника задней или наружной опоры ведомого зубчатого колеса. Со стороны малого фланца крышки имеется расточка под обойму для двухрядного шарикового подшипника, на который опирается ведомый вал. Ведомое зубчатое колесо по технологическим соображениям выполнено отдельно от ведомого вала и соединено с ним своей ступицей с помощью шлиц на конце вала. Ступица ведомого колеса опирается на передний роликовый подшипник и задний двухрядный шариковый подшипник, установленный в диафрагме крышки. Ведомый вал - пустотелый, внутри него проходит шток механизма управления шагом рулевого винта. На хвостовике вала имеется фланец для крепления рулевого винта.

Установка на серийных вертолетах типа МИ-8 более мощной силовой установки потребовала от хвостового редуктора увеличения пропускаемой пиковой мощности и существенного увеличения ресурса. Конструктивное выполнение подшипниковых опор зубчатых колес описанного хвостового редуктора не позволяет выполнить эти требования.

Недостатком конструкции такого хвостового редуктора является сложность и многодетальность сборной конструкции узла шлицевых соединений ведущего зубчатого колеса, приводящие при работе соединения в условиях перекоса на шлицах к разрушению шлиц в соединении втулки с ведущим зубчатым колесом, шлиц ведущего вала и к разрушению наружного подшипника ведущего вала.

Вследствие неопределенности распределения нагрузок на подшипники при трехопорной установке соединения ведомый вал - ведомое зубчатое колесо, места соединения по шлицам оказываются "зажаты". Это приводит к закусыванию, схватыванию шлиц в шлицевом соединении внутреннего конца ведомого вала со ступицей ведомого зубчатого колеса в его задней опоре.

Упомянутые недостатки конструкции приводят к снижению ресурса хвостового редуктора.

Кроме того, требуется улучшение условий смазки подшипниковых узлов ведомого вала (в частности, выявлено перетекание части масла по ведомому валу во втулку рулевого винта) и упрощение литья конусной крышки вследствие сложности отливки крышки с литым маслоулавливающим карманом в ее диафрагме.

Задачей заявляемого изобретения является модернизация, упрощение конструкции, увеличение пропускной пиковой мощности и существенное увеличение ресурса хвостового редуктора, а также обеспечение полной взаимозаменяемости с существующими хвостовыми редукторами, устанавливаемыми на серийно выпускаемых вертолетах.

Другой задачей изобретения является усовершенствование системы смазки подшипниковых узлов ведомого вала с одновременным упрощением литой конструкции крышки хвостового редуктора.

Указанные задачи решены благодаря тому, что в хвостовом редукторе трансмиссии вертолета, содержащем пару конических зубчатых колес, соединенных с ведущим и ведомым валами, картер, с внутренними перегородками для установки наружных колец подшипников передней опоры каждого из зубчатых колес, стакан, установленный в первой расточке картера для установки наружных колец подшипников задней опоры ведущего зубчатого колеса, конусную крышку, закрепленную большим фланцем во второй расточке картера, с диафрагмой для установки наружных колец подшипников задней опоры ведомого зубчатого колеса и с маслозаборником, подшипниковый узел наружной опоры ведомого вала, установленный со стороны малого фланца в конусной крышке, и механизм изменения шага рулевого винта, в соответствии с предлагаемым изобретением между шлицевым концом ведомого вала и ступицей ведомого зубчатого колеса установлена с возможностью осевого перемещения промежуточная втулка с наружными и внутренними шлицами, причем профиль наружных шлиц промежуточной втулки по форме и размерам выполнен соответствующим профилю зуба цилиндрической шестерни, при этом ведущее зубчатое колесо, выполненное заодно с ведущим валом, установлено на двух подшипниковых опорах, а внутренние кольца подшипников передней и задней опор ведущего зубчатого колеса установлены непосредственно на носке зубчатого колеса и на ведущем валу, соответственно.

Введение «плавающей», то есть жестко не зафиксированной, подвижной в осевом направлении промежуточной шлицевой втулки с эвольвентными шлицами, форма и размер которых в соединении со ступицей ведомого зубчатого колеса (наружные шлицы) соответствуют полноразмерному профилю зуба цилиндрической шестерни, обеспечило необходимую подвижность соединения и передачу только крутящего момента. Наружные шлицы промежуточной втулки в виде профиля зуба цилиндрической шестерни имеют большую контактную высоту, поэтому для выравнивания контактных напряжений, для получения равноценных контактных напряжений наружного и внутреннего шлицевых соединений промежуточной втулки длина ее наружных шлиц соответственно укорочена.

Благодаря развязке через эвольвентные шлицы промежуточной втулки осевые силы не передаются на ведомый вал. Предложенное выполнение шлицевого узла разделило функции элементов трехопорного соединения ведомого зубчатого колеса и ведомого вала и снизило нагрузки на подшипники опор.

Выполнение ведущего зубчатого колеса заодно с ведущим валом исключило необходимость установки наружного подшипникового узла в стакане. За счет исключения двух шлицевых и одного подшипникового узлов уменьшилась вероятность перекосов в соединениях редуктора. Установка ведущего зубчатого колеса на двух подшипниковых опорах с непосредственной установкой внутренних колец подшипников на носке и валу ведущего зубчатого колеса упростила конструкцию узлов. Укороченный носок и усиленный вал ведущего зубчатого колеса позволили усилить подшипниковые узлы и увеличить ширину венцов зубчатых колес, что существенно увеличило ресурс хвостовой трансмиссии вертолета.

Предложенная конструкция хвостового редуктора, в частности, позволяет увеличить размеры венцов зубчатых колес и высоту зубьев, установить подшипники большей грузоподъемности без увеличения габаритов картера и при сохранении посадочных и присоединительных крепежных узлов хвостовой трансмиссии для серийно выпускаемых вертолетов.

Кроме того, в соответствии с пунктом 2 формулы изобретения маслозаборник содержит верхний и нижний маслоулавливающие карманы в виде двух отдельных от конусной крышки отливок, присоединенных к диафрагме в горловине конусной крышки со стороны ее большого фланца, а к верхнему маслоулавливающему карману маслозаборника присоединен маслопровод для подвода масла к подшипниковому узлу наружной опоры ведомого вала.

Выполнение маслозаборника в виде двух отдельно отлитых маслоулавливающих карманов существенно упростило литье конусной крышки ведомого зубчатого колеса за счет упрощения формы диафрагмы. Крепление маслоулавливающих карманов такого маслозаборника в горловине конусной крышки со стороны ее большого фланца осуществляется с помощью шпилек по крепежным отверстиям в опорном поясе диафрагмы. Форма и положение маслоулавливающих карманов выбраны из соображений обеспечения оптимальной подачи захватываемого зубчатыми колесами масла (причем при любом положении редуктора в соответствии с положением рулевого винта справа или слева по полету) к ближнему и дальнему подшипниковым узлам опор ведомого вала. Наличие расположенной вдоль стенки конусной крышки протяженной дюралевой трубки продольного маслопровода обеспечивает подачу масла от верхнего маслоулавливающего кармана маслозаборника к дальнему подшипниковому узлу наружной опоры ведомого вала (вместо канала, высверленного в отливке крышки в теле ее диафрагмы, в устройстве-аналоге).

Нестандартные технические решения, используемые в конструкции, позволили осуществить дальнейшую модернизацию хвостового редуктора серийного вертолета.

Конструкция хвостового редуктора трансмиссии вертолета поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - продольный разрез хвостового редуктора (повернуто на 90° относительно расположения его на вертолете);

на фиг.2 - место А фиг.1.

Хвостовой редуктор трансмиссии вертолета состоит из картера 1, ведущего конического зубчатого колеса 2, выполненного заодно с ведущим валом 3, ведомого зубчатого колеса 4 с ведомым валом 5 и механизма изменения шага рулевого винта 6 (фиг.1). Картер выполнен с внутренними перегородками 7 и с тремя расточками: в одной из них установлен стакан 8, прикрепленный к фланцу картера 1 с помощью шпилек 9, к другой расточке прикреплена конусная крышка 10, а со стороны третьей расточки установлен механизм изменения шага рулевого винта 6. Шток 11 механизма изменения шага рулевого винта 6 проходит по оси внутри ведомого вала 5.

Ведущее зубчатое колесо 2 с ведущим валом 3 установлено на двух подшипниковых опорах: передней и задней (в отличие от трех подшипниковых опор в аналоге). Передняя опора выполнена в виде роликового подшипника 12, воспринимающего радиальную нагрузку, наружное кольцо которого закреплено в одной из перегородок 7 картера 1. Внутреннее кольцо подшипника 12 передней опоры установлено непосредственно на носке ведущего зубчатого колеса 2 и закреплено от осевого смещения гайкой 13.

Задняя опора выполнена в виде одного роликового подшипника 14 и одного шарикового подшипника 15, наружные кольца которых закреплены с помощью стальных обойм в стакане 8, а внутренние кольца подшипников 14 и 15 установлены на ведущем валу 3 и закреплены от осевого смещения гайкой 16.

Ведомое зубчатое колесо 4 соединено с внутренним концом ведомого вала 5 с помощью промежуточной шлицевой втулки 17 (фиг.1, 2), с наружными 18 и внутренними 19 эвольвентными шлицами, причем профиль наружных шлиц 18 промежуточной втулки 17 по форме и размерам выполнен соответствующим полноразмерному профилю зуба прямозубой цилиндрической шестерни. Поскольку наружные шлицы 18 промежуточной втулки 17 имеют большую контактную высоту, для получения равноценных контактных напряжений наружного и внутреннего шлицевых соединений промежуточной втулки 17 длина ее наружных шлиц 18 соответственно укорочена. С одной стороны (фиг.2) своими шлицами 18 втулка 17 опирается на кольцевой буртик, выполненный с внутренней стороны ступицы ведомого зубчатого колеса 2, а между торцом наружных шлицев 18 промежуточной втулки 17 и донышком 20 гайки 21, ограничивающим ее осевое перемещение, выполнен зазор.

Ведомое зубчатое колесо 4 с ведомым валом 5 установлены на трех подшипниковых опорах. Изменено распределение роликовых и шариковых подшипников в узлах подшипниковых опор и уменьшено их количество в сравнении с аналогом. Передняя опора ведомого зубчатого колеса 4 выполнена в виде одного роликового подшипника 22 и одного шарикового подшипника 23, наружные кольца которых установлены в перегородках 7 картера 1, а внутренние их кольца установлены на носке ступицы ведомого зубчатого колеса 4.

Задняя опора ведомого зубчатого колеса 4 и передняя опора ведомого вала 5 выполнены в виде роликового подшипника 24, наружное кольцо которого установлено в диафрагме 25 конусной крышки 10, а внутреннее кольцо - снаружи на конце ступицы ведомого зубчатого колеса 4.

Наружная или задняя опора ведомого вала 5 выполнена в виде шарикового подшипника 26, наружное кольцо которого установлено в конусной крышке 10 со стороны малого ее фланца, а внутреннее кольцо - на ведомом валу 5.

В конусной крышке 10 со стороны ее большого фланца установлен маслозаборник, состоящий (фиг.1) из верхнего маслоулавливающего кармана 27 и нижнего маслоулавливающего кармана 28, выполненных в виде двух отдельных отливок, которые присоединены к опорному поясу диафрагмы 25 в горловине литой конусной крышки 10 с помощью шпилек. К верхнему маслоулавливающему карману 27 прикреплен маслопровод 29, проходящий вдоль стенки конусной крышки 10 к шариковому подшипнику 26 наружной опоры ведомого вала 5. Форма и расположение маслоулавливающих карманов 27, 28 в соответствии с изображением на чертеже (фиг.1) обеспечивают оптимальную подачу масла к подшипниковым узлам ведомого вала 5 при установке рулевого винта как справа, так и слева по полету вертолета.

Предложенное компактное выполнение узлов установки зубчатых колес и валов позволило модернизировать хвостовой редуктор вертолета МИ-8: увеличить ширину зубчатых венцов и диаметр подшипников при сохранении габаритов редуктора и с сохранением присоединительных элементов. Введение в узел соединения ведомого зубчатого колеса с ведомым валом промежуточной шлицевой втулки и применение эвольвентных шлиц в ее соединении с ведомым зубчатым колесом, по форме и размерам, соответствующих профилю зуба цилиндрической шестерни, разделили функции опорных узлов соединения ведомый вал - ведомое зубчатое колесо, улучшили распределение нагрузок на подшипниковые узлы, исключили закусывание шлиц и преждевременный износ шлицевых соединений и подшипников. Заявляемые отличия в конструкции хвостового редуктора приводят к увеличению пропускаемой пиковой мощности, увеличению ресурса трансмиссии в несколько раз и к повышению надежности вертолета.