RU2347092C2 - Gas turbine engine reducer - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: gas-turbine engine reducer comprises drive gear installed on input shaft and engaged to fixed intermediate gears, which, in their turn, are engaged to driven gear of internal engagement installed on output shaft of reducer. Intermediate gears are made as double and comprising gears with larger and smaller external diameter of toothing. Larger gear is engaged with drive gear and driven gear of internal engagement, which is installed on external output shaft of reducer. Gear with smaller diameter installed closer to output from reducer is engaged with driven gear of external engagement, which is installed on internal output shaft of reducer. Drive and driven gears are telescopically fixed on shafts with the possibility of self-adjustment on intermediate gears. Intermediate gears are installed in reducer gear on roller bearing on the input side and ball bearing on the output side. At that number of double intermediate gears makes from 3 to 5, and ratio of larger intermediate gear toothing width along pitch circle to width of internal engagement driven gear toothing along pitch circle makes from 1.5 to 3.

EFFECT: higher reliability of reducer.

1 dwg

Description

Изобретение относится к редукторам авиационных турбореактивных двигателей.The invention relates to gearboxes for aircraft turbojet engines.

Известен планетарный дифференциальный редуктор для привода соосных винтов авиационного газотурбинного двигателя (С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.497, рис.11.7д).Known planetary differential gearbox for driving coaxial propellers of an aircraft gas turbine engine (S. A. Vyunov. Design and design of aircraft gas turbine engines, Moscow, "Mechanical Engineering", 1981, p. 497, Fig. 11.7d).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность и повышенная сложность, так как для поддержания постоянного передаточного числа от турбины к переднему и заднему винтам лопасти винтов необходимо выполнять поворотными относительно втулки винта, для этого в редукторе размещается сложная система управления лопастями винта.A disadvantage of the known design is its low reliability and increased complexity, since in order to maintain a constant gear ratio from the turbine to the front and rear screws, the rotor blades must be rotated relative to the rotor hub, for this a complex rotor rotor control system is located in the gearbox.

Наиболее близким к заявляемому является соосный планетарный редуктор с остановленным водилом, у которого ведущая шестерня внутреннего зацепления, установленная на входном валу, находится в зацеплении с неподвижными промежуточными (сателлитными) шестернями, которые установлены на подшипниках скольжения и в свою очередь находятся в зацеплении с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на выходном валу (патент US №6622473 ВВ от 05.12.2001 г.).Closest to the claimed one is a coaxial planetary gear with a stopped carrier, in which the drive gear of internal gear mounted on the input shaft is engaged with fixed intermediate (satellite) gears, which are mounted on sliding bearings and in turn are engaged with the driven gear internal gear mounted on the output shaft (US patent No. 6622473 BB dated 12/05/2001).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных нагрузок на подшипники скольжения промежуточных (сателлитных) шестерен, на которые действуют окружные усилия как от ведущей, так и от ведомой шестерен, а также из-за неравномерности нагрузок, передаваемых от ведущей шестерни на промежуточные (сателлитные) шестерни.A disadvantage of the known design adopted for the prototype is its low reliability due to the increased loads on the plain bearings of the intermediate (satellite) gears, which are subject to circumferential forces from both the driving and driven gears, and also due to the unevenness of the loads transmitted from the drive gear to the intermediate (satellite) gears.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности редуктора газотурбинного двигателя путем снижения нагрузок на подшипники промежуточных (сателлитных) шестерен и выравнивания нагрузок на эти шестерни.The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the reliability of the gearbox of a gas turbine engine by reducing the loads on the bearings of the intermediate (satellite) gears and balancing the loads on these gears.

Сущность технического решения заключается в том, что в редукторе газотурбинного двигателя с установленной на входном валу ведущей шестерней, находящейся в зацеплении с неподвижными промежуточными шестернями, которые в свою очередь находятся в зацеплении с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на выходном валу редуктора, согласно изобретению, промежуточные шестерни выполнены двойными и состоящими из большей и меньшей по внешнему диаметру зубчатого венца шестерен, причем большая шестерня находится в зацеплении с ведущей шестерней и с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на внешнем выходном валу редуктора, а расположенная ближе к выходу из редуктора шестерня с меньшим диаметром находится в зацеплении с ведомой шестерней внешнего зацепления, установленной на внутреннем выходном валу редуктора, при этом ведущая и ведомые шестерни закреплены на валах телескопически с возможностью самоустановки на промежуточных шестернях, а промежуточные шестерни установлены в корпусе редуктора на роликовом со стороны входа и шариковом со стороны выхода подшипниках, при этом: К=3…5, a H/h=1,5…3, где:The essence of the technical solution lies in the fact that in the gearbox of a gas turbine engine with a drive gear installed on the input shaft, meshed with stationary intermediate gears, which in turn are meshed with the driven gear of internal gearing mounted on the output shaft of the gearbox, according to the invention, the intermediate gears are double and consisting of a larger and smaller in the outer diameter of the gear ring gears, and the large gear is meshed with the buckets gears with a driven gear of internal gear installed on the external output shaft of the gearbox, and a gear with a smaller diameter located closer to the output from the gearbox is meshed with the driven gear of external gearing installed on the internal output shaft of the gearbox, while the drive gear and driven gears are fixed on the shafts telescopically with the possibility of self-installation on the intermediate gears, and the intermediate gears are installed in the gearbox on the roller on the input side and the ball on the sides exit bearings, wherein: K = 3 ... 5, a H / h = 1,5 ... 3, wherein:

К - число двойных промежуточных шестерен,K is the number of double intermediate gears,

Н - ширина зубчатого венца большей промежуточной шестерни по делительной окружности.H is the width of the gear ring of the larger intermediate gear in a pitch circle.

h - ширина зубчатого венца ведомой шестерни внутреннего зацепления по делительной окружности.h is the width of the ring gear of the driven gear of the internal gearing along the pitch circle.

Выполнение промежуточных шестерен двойными позволяет поделить мощность, поступающую на редуктор, на большее количество потоков (~в 2 раза) по сравнению с редуктором с однорядными промежуточными шестернями, что снижает окружную нагрузку на зуб ведомых шестерен и повышает надежность редуктора.The double gears can be used to divide the power supplied to the gearbox by a larger number of flows (~ 2 times) compared to the gearbox with single-row gears, which reduces the peripheral load on the tooth of the driven gears and increases the reliability of the gearbox.

Выполнение промежуточных шестерен с большим и меньшим внешним диаметром зубчатого венца позволяет снизить до минимума разницу оборотов внешнего и внутреннего выходных валов редуктора, что повышает надежность вентилятора и редуктора газотурбинного двигателя.The implementation of the intermediate gears with a larger and smaller outer diameter of the ring gear allows minimizing the difference in the speed of the external and internal output shafts of the gearbox, which increases the reliability of the fan and gearbox of the gas turbine engine.

Находящаяся в зацеплении с большей промежуточной шестерней ведомая шестерня внутреннего зацепления и расположенная ближе к выходу редуктора промежуточная шестерня с меньшим диаметром зубчатого венца, находящаяся в зацеплении с ведомой шестерней внешнего зацепления, создают на зубьях ведомых шестерен окружные усилия, направленные в противоположные стороны, что значительно, в несколько раз, снижает нагрузку на ось и на подшипники, на которых установлены промежуточные шестерни в корпусе редуктора, что повышает надежность редуктора в целом.Engaged with a larger intermediate gear, the driven gear of internal gearing and located closer to the output of the gearbox, the intermediate gear with a smaller diameter of the ring gear, meshed with the driven gear of the external gear, create circular forces on the teeth of the driven gears, directed in opposite directions, which significantly several times, reduces the load on the axis and on the bearings on which the intermediate gears are installed in the gear housing, which increases the reliability of the gear scrap.

Установка промежуточных шестерен в корпусе редуктора на роликовом и на шариковом подшипниках позволяет фиксировать промежуточные шестерни в осевом и радиальном направлениях и снижает количество необходимого для смазки редуктора масла, повышая таким образом надежность редуктора, особенно на режимах авторотации газотурбинного двигателя в условиях дефицита смазки. При этом, в виду минимальных нагрузок на опору со стороны выхода редуктора, подшипник промежуточных шестерен со стороны выхода редуктора выполнен шариковым, так как обладает меньшей несущей способностью по сравнению с роликовым.The installation of the intermediate gears in the gear case on roller and ball bearings allows the intermediate gears to be fixed in axial and radial directions and reduces the amount of oil necessary for lubricating the gearbox, thereby increasing the reliability of the gearbox, especially in autorotation modes of a gas turbine engine in conditions of lack of lubrication. In this case, in view of the minimum loads on the support from the output side of the gearbox, the bearing of the intermediate gears from the output side of the gearbox is made ball-shaped, since it has a lower bearing capacity compared to roller.

Установка ведущей и ведомых шестерен на валах телескопически, с возможностью самоустановки этих шестерен на расположенных по окружности промежуточных шестернях, позволяет выравнивать передаваемую нагрузку между всеми промежуточными шестернями, что повышает надежность редуктора газотурбинного двигателя.The installation of the drive and driven gears on the shafts telescopically, with the possibility of self-installation of these gears on the circumferential gears located around the circumference, makes it possible to equalize the transmitted load between all the intermediate gears, which increases the reliability of the gas turbine engine gearbox.

При числе двойных промежуточных шестерен К<3 снижается надежность редуктора из-за увеличения контактных и изгибных напряжений в зубьях редуктора, а при К>5 уменьшается передаточное число редуктора, что снижает экономичность и надежность газотурбинного двигателя и редуктора.When the number of double intermediate gears K <3, the reliability of the gearbox decreases due to an increase in contact and bending stresses in the teeth of the gearbox, and when K> 5 the gear ratio of the gearbox is reduced, which reduces the efficiency and reliability of the gas turbine engine and gearbox.

При H/h<1,5 излишне повышается вес редуктора и снижается надежность из-за повышенной мощности, передаваемой на внешний выходной вал редуктора, а при H/h>3 снижается надежность редуктора из-за повышенных напряжений в зубьях ведомой шестерни внутреннего зацепления.At H / h <1.5, the weight of the gearbox unnecessarily increases and reliability decreases due to the increased power transmitted to the external output shaft of the gearbox, and at H / h> 3 the reliability of the gearbox decreases due to increased stresses in the teeth of the driven gear of internal gearing.

На чертеже изображен продольный разрез редуктора газотурбинного двигателя.The drawing shows a longitudinal section of the gearbox of a gas turbine engine.

Редуктор 1 газотурбинного двигателя состоит из ведущей шестерни 2, установленной телескопически, с осевыми и радиальными зазорами, с возможностью самоустановки с помощью шлицевого соединения 3 на входном валу 4, а также ведомых шестерен 5 и 6 внешнего и внутреннего зацепления, соответственно, установленных телескопически, с возможностью самоустановки с помощью шлицевых соединений 7 и 8 на внутреннем 9 и внешнем 10 выходных валах редуктора 1. Выходные валы 9 и 10 установлены на подшипниках качения 11 и 12 соответственно. Ведущая 2 и ведомые 5 и 6 шестерни находятся в зацеплении с расположенными по окружности двойными промежуточными шестернями 13, причем ведущая шестерня 2 и ведомая шестерня 6 внутреннего зацепления с зубчатым венцом 14 находятся в зацеплении с большей по внешнему диаметру 15 зубчатого венца 16 промежуточной шестерней 17, расположенной со стороны входного вала 4, а ведомая шестерня 5 внешнего зацепления находится в зацеплении с меньшей по внешнему диаметру зубчатого венца 18 промежуточной шестерней 19, расположенной со стороны выходных валов 9 и 10. Шестерни 17 и 19, образующие двойную промежуточную шестерню 13, установлены в неподвижном корпусе 20 редуктора 1 с помощью шарикового подшипника 21, расположенного со стороны выходных валов 9 и 10, а также с помощью роликового подшипника 22, расположенного со стороны входного вала 4. Число равномерно расположенных по окружности двойных промежуточных шестерен 13 выбрано равным 3…5, что обеспечивает необходимое для газотурбинного двигателя передаточное число редуктора, снижает нагрузку на зубчатые венцы 16 и 18 шестерен 17 и 19, а также обеспечивает равномерное распределение нагрузки между промежуточными шестернями 13.The gearbox 1 of the gas turbine engine consists of a pinion gear 2 mounted telescopically, with axial and radial clearances, with the possibility of self-installation using a spline connection 3 on the input shaft 4, as well as driven gears 5 and 6 of the external and internal gears, respectively, mounted telescopically, with the possibility of self-installation using splined joints 7 and 8 on the internal 9 and external 10 output shafts of the gearbox 1. Output shafts 9 and 10 are mounted on rolling bearings 11 and 12, respectively. The drive gear 2 and the driven gears 5 and 6 are meshed with circumferentially arranged double intermediate gears 13, the drive gear 2 and the driven gear 6 of the internal gearing with gear ring 14 are engaged with the larger gear diameter 16 of the outer gear 16 of the intermediate gear 17, located on the side of the input shaft 4, and the driven gear 5 of the external gearing is engaged with a smaller outer diameter of the ring gear 18 of the intermediate gear 19 located on the side of the output shafts 9 and 10. the gears 17 and 19, forming a double intermediate gear 13, are installed in the stationary housing 20 of the gearbox 1 using a ball bearing 21 located on the side of the output shafts 9 and 10, and also using a roller bearing 22 located on the side of the input shaft 4. The number is evenly located around the circumference of the double intermediate gears 13 is selected equal to 3 ... 5, which provides the gear ratio of the gearbox necessary for the gas turbine engine, reduces the load on the gears 16 and 18 of the gears 17 and 19, and also ensures equal Measuring load distribution between the intermediate gears 13.

Работает устройство следующим образом. При работе редуктора 1 газотурбинного двигателя передаваемая мощность на редуктор 1 поступает по валу 4 через ведущую шестерню 2, которая за счет радиальных зазоров по шлицевому соединению 3 с валом 4 может самоустанавливаться между расположенными по окружности промежуточными шестернями 17, что способствует равномерному распределению нагрузки на эти шестерни, повышая таким образом надежность редуктора 1. Аналогичным образом самоустанавливаются и ведомые шестерни 5 и 6 по промежуточным шестерням 19 и 17. Равномерному распределению нагрузки между промежуточными шестернями 13 также способствует радиальная податливость шестерен 2, 5 и 6, которые выполнены с малой толщиной обода. Так как выходные валы 9 и 10 редуктора 1 вращаются в противоположные стороны, то окружные усилия промежуточной шестерни 19 меньшего диаметра частично парируются окружными усилиями шестерен 2 и 4, что существенно уменьшает нагрузку на подшипники 21 и 22, повышая таким образом надежность редуктора 1.The device operates as follows. When the gearbox 1 of the gas turbine engine is operating, the transmitted power to the gearbox 1 is transmitted through the shaft 4 through the drive gear 2, which, due to radial clearances along the spline connection 3 with the shaft 4, can self-adjust between the intermediate gears 17 located around the circumference, which contributes to the uniform distribution of the load on these gears , thus increasing the reliability of the gearbox 1. Similarly, the driven gears 5 and 6 are self-adjusting along the intermediate gears 19 and 17. Uniform load distribution m Between the intermediate gears 13 also contributes to the radial compliance of the gears 2, 5 and 6, which are made with a small thickness of the rim. Since the output shafts 9 and 10 of the gearbox 1 rotate in opposite directions, the circumferential forces of the intermediate gear 19 of smaller diameter are partially parried by the circumferential forces of the gears 2 and 4, which significantly reduces the load on the bearings 21 and 22, thereby increasing the reliability of the gearbox 1.

Claims (1)

Редуктор газотурбинного двигателя с установленной на входном валу ведущей шестерней, находящейся в зацеплении с неподвижными промежуточными шестернями, которые в свою очередь находятся в зацеплении с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на выходном валу редуктора, отличающийся тем, что промежуточные шестерни выполнены двойными и состоящими из большей и меньшей по внешнему диаметру зубчатого венца шестерен, причем большая шестерня находится в зацеплении с ведущей шестерней и с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на внешнем выходном валу редуктора, а расположенная ближе к выходу из редуктора шестерня с меньшим диаметром находится в зацеплении с ведомой шестерней внешнего зацепления, установленной на внутреннем выходном валу редуктора, при этом ведущая и ведомые шестерни закреплены на валах телескопически с возможностью самоустановки на промежуточных шестернях, а промежуточные шестерни установлены в корпусе редуктора на роликовом со стороны входа и шариковом со стороны выхода подшипниках, при этом: К=3…5, a H/h=1,5…3, где К - число двойных промежуточных шестерен,
Н - ширина зубчатого венца большей промежуточной шестерни по делительной окружности,
h - ширина зубчатого венца ведомой шестерни внутреннего зацепления по делительной окружности. The gearbox of a gas turbine engine with a drive gear installed on the input shaft, meshed with stationary intermediate gears, which in turn are meshed with the internal gear driven gear mounted on the output shaft of the gearbox, characterized in that the intermediate gears are double and consist of a larger and smaller in the outer diameter of the gear ring of gears, the larger gear being engaged with the pinion gear and the driven gear of the internal gear mounted on the external output shaft of the gearbox, and a gear with a smaller diameter located closer to the output from the gearbox is engaged with the driven gear of external gearing mounted on the internal output shaft of the gearbox, while the drive and driven gears are telescopically mounted on the shafts with the possibility of self-installation on intermediate gears, and intermediate gears are installed in the gear housing on the roller bearings from the input side and ball bearings from the output side, with: K = 3 ... 5, a H / h = 1,5 ... 3, where K is the number double intermediate gears
N is the width of the gear ring of the larger intermediate gear along the pitch circle,
h is the width of the ring gear of the driven gear of the internal gearing along the pitch circle.