RU2636449C1

RU2636449C1 - Helicopter transmission

Info

Publication number: RU2636449C1
Application number: RU2016133045A
Authority: RU
Inventors: Константин Валерьевич Иванников; Олег Владимирович Комарницкий; Владимир Михайлович Медведев; Виктор Алексеевич Сигаев; Юрий Викторович Шибанов
Original assignee: Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт приборостроения", АО "ГосНИИП"
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2017-11-23

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: transmission comprises the engine shaft, which is linked to the drive shaft of the main rotor transmission by virtue of the externally actuated clutch and the expansion clutch. The externally actuated clutch is designed as the drive collar, fastened to the engine shaft by the hub, connected to the bearing disc by virtue of the guide members. The collar has the bearing sleeve towards the bearing disc. The controlled sleeve is coaxially mounted on the bearing sleeve. There are slotted holes on the outside of the controlled sleeve from one end, and there is the overrunning clutch from the other. The driving metal discs that are suitable for the movement along the guide members and the pressure disc, which is spring-mounted towards the bearing disc and is connected to the controlled drive, are placed between the drive collar and the bearing disc. The controlled friction discs are placed among the driving metal discs and are suitable for the axial movement along the slotted holes on the outer surface of the controlled sleeve.EFFECT: weight reduction and decrease in dimensions.6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиастроения и может быть использовано в трансмиссиях, преимущественно, легких пилотируемых и беспилотных вертолетов.The invention relates to the field of aircraft construction and can be used in transmissions, mainly of light manned and unmanned helicopters.

Известны трансмиссии вертолетов, соединяющие двигатель с главным редуктором несущего винта через компенсирующие обгонные муфты и муфты сцепления (см., например, В.Н. Далин, С.В. Михеев «Конструкция вертолетов» М.: Издательство МАИ, 2001 г., стр. 185-234).There are known helicopter transmissions connecting the engine to the main rotor gearbox through compensating overrunning clutches and clutches (see, for example, V.N. Dalin, S.V. Mikheev, “Design of Helicopters”, Moscow: MAI Publishing House, 2001, p. . 185-234).

В известных технических решениях муфты устанавливаются для компенсации угловых и линейных смещений валов при их соединении с двигателем и редуктором. Для плавной (безударной) раскрутки редуктора с несущим винтом, отключения двигателя при его аварийной остановке в трансмиссиях дополнительно используются муфты сцепления: фрикционная и зубчатая для передачи крутящего момента, а также обгонная (свободного хода) для отключения двигателя от редуктора.In known technical solutions, couplings are installed to compensate for the angular and linear displacements of the shafts when they are connected to the motor and gearbox. For smooth (unstressed) spinning of the gearbox with the main rotor, shutdown of the engine during its emergency stop in the transmissions, clutches are additionally used: friction clutch and gear clutch for transmitting torque, as well as freewheel (freewheel) to disconnect the motor from the gearbox.

В известных технических решениях муфты устанавливаются, как правило, по отдельности («цепочкой») между двигателем и редуктором, что требует дополнительных опор для каждой муфты и ведет к увеличению расстояния между двигателем и редуктором, а также массы всей конструкции вертолета.In well-known technical solutions, couplings are installed, as a rule, separately ("chain") between the engine and gearbox, which requires additional supports for each clutch and leads to an increase in the distance between the motor and gearbox, as well as the weight of the entire helicopter structure.

Известна кулачковая муфта с гидравлическим управлением, содержащая кулачковую полумуфту, жестко связанную с валом редуктора, и подвижную в осевом направлении полумуфту, перемещение которой осуществляется гидравлической системой (Патент РФ №2155889, опубликован 10.09.2000 г.).A hydraulic cam clutch is known, comprising a cam coupling half rigidly connected to the gearbox shaft and an axially movable coupling half, the movement of which is carried out by a hydraulic system (RF Patent No. 2155889, published September 10, 2000).

Однако известная кулачковая муфта имеет большую массу, невозможность синхронизации полумуфт в условиях вращения при включении, что затрудняет его применение в летательных аппаратах в периоды неустановившегося движения - в режимах запуска, прогрева двигателя, выхода на рабочий режим и в случаях полета в режиме авторотации при отказе двигателя.However, the known cam clutch has a large mass, the impossibility of synchronizing the coupling halves during rotation when turned on, which makes it difficult to use in aircraft during periods of unsteady movement - in start-up, warm-up, go to operating mode and in cases of flight in autorotation mode in case of engine failure .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является техническое решение по патенту РФ №2559676, опубликован 10.08.2015 г., с управляемой муфтой сцепления, кулачковой обгонной и компенсационной муфтами, который принят за прототип.The closest in technical essence and the achieved result is the technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2559676, published on 08/10/2015, with a controlled clutch, cam overrunning and compensating clutches, which is adopted as a prototype.

Трансмиссия вертолета содержит двигатель, посредством муфты своим валом соединенный с ведущим валом редуктора, кинематически связанным с валом несущего винта вертолета, со ступицей винта, несущей шарнирно связанные с ней лопасти с комлями, снабженными поводками для связи с автоматом перекоса. Вал двигателя соединен с полумуфтой, имеющей пазы, выполненные с криволинейными стенками и расположенные параллельно ее оси, в которые входят пакеты из плоских пружин, связанные с ведомой полумуфтой. Полумуфта соединена с возможностью свободного относительного вращения с ведущим валом редуктора, соединенным с барабаном храповым колесом. Зубья храпового колеса расположены с возможностью зацепления с зубьями на буксе, связанной с ведомой полумуфтой цилиндрическим шлицевым соединением и имеющей проточку. На внешней поверхности расположено водило с осевыми пазами, в которых размещены соответствующие зубья буксы. Водило имеет внутренний пустотелый цилиндрический выступ, наружная поверхность которого оснащена кольцевым гребнем. На наружной поверхности расположены колодки с проточками для гребня, снабженные осевыми пазами, имеющие возможность контакта с зубьями вилки. Между зубьями вилки и пазами колодок установлены пружины дугообразной формы. Между водилом и буксой установлены пружины, имеющие возможность опоры на соответствующие торцы водила и буксы.The helicopter transmission comprises an engine, by means of a coupling with its shaft connected to the drive shaft of the gearbox, kinematically connected with the rotor shaft of the helicopter, with a hub of the rotor bearing hinges connected to it with blades equipped with leashes for communication with the swash plate. The motor shaft is connected to a coupling half having grooves made with curved walls and located parallel to its axis, which includes packages of flat springs connected to the driven coupling half. The coupling half is connected with the possibility of free relative rotation with the drive shaft of the gearbox connected to the drum with a ratchet wheel. The teeth of the ratchet wheel are arranged to mesh with the teeth on the axle box connected to the driven half-coupling by a cylindrical spline connection and having a groove. On the outer surface there is a carrier with axial grooves in which the corresponding axle box teeth are placed. The carrier has an internal hollow cylindrical protrusion, the outer surface of which is equipped with an annular ridge. On the outer surface there are pads with grooves for the comb, provided with axial grooves that have the ability to contact with the teeth of the fork. Between the forks of the fork and the grooves of the pads, spring-shaped springs are installed. Between the carrier and the axle box springs are installed, which can be supported on the respective ends of the carrier and axle boxes.

Однако известная трансмиссия вертолета является сложной, имеет большие габариты и массу, что исключает ее применение в сверхлегких вертолетах, особенно в летательных аппаратах сосной схемы и беспилотных вертолетах.However, the known helicopter transmission is complex, has large dimensions and mass, which excludes its use in ultralight helicopters, especially in pine aircraft and unmanned helicopters.

Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение расстояния между двигателем и редуктором несущего винта с одновременным снижением веса и габаритов конструкции вертолета.The technical task of the invention is to reduce the distance between the engine and the rotor gear while reducing the weight and dimensions of the structure of the helicopter.

Поставленная задача решается тем, что в трансмиссии вертолета, включающей вал двигателя, соединенный с ведущим валом редуктора несущего винта посредством управляемой муфты сцепления и компенсационной муфты, управляемая муфта сцепления выполнена в виде закрепляемого на валу двигателя ступицей ведущего фланца, соединенного направляющими элементами с упорным диском, фланец в сторону упорного диска имеет опорную втулку, на которой коаксиально установлена ведомая втулка, фиксированная в осевом направлении и проворачивающаяся в свободном состоянии относительно ведущей втулки, снаружи ведомой втулки с одного конца выполнены пазы, а с другой установлена обгонная муфта, между ведущим фланцем и упорным диском размещены с возможностью свободного осевого перемещения по направляющим элементам ведущие металлические диски и подпружиненный в сторону упорного диска нажимной диск, соединенный с управляемым приводом, между ведущими металлическими дисками размещены ведомые фрикционные диски с возможностью их свободного осевого перемещения по пазам на наружной поверхности ведомой втулки, закрепляемая на валу редуктора своей ступицей компенсационная муфта имеет фланец, соединенный упругими элементами с фланцем своей ведущей полумуфты, на внутреннем диаметре которой закреплена по своему наружному диаметру обгонная муфта.The problem is solved in that in the transmission of the helicopter, including the engine shaft, connected to the drive shaft of the rotor gearbox by means of a controlled clutch and a compensation clutch, the controlled clutch is made in the form of a drive flange fixed to the motor shaft, connected by guide elements to a thrust disk, the flange in the direction of the thrust disc has a support sleeve on which the driven sleeve is coaxially mounted, fixed in the axial direction and turning freely relative to the drive sleeve, grooves are made on the outside of the drive sleeve, and an overrunning clutch is installed on the other side, driving metal disks and a pressure disk spring-loaded towards the stop disk are arranged between the drive flange and the thrust disk with axial displacement along the guide elements driven drive, between the leading metal disks are driven friction discs with the possibility of their free axial movement along the grooves on the outer surface of the driven compensation sleeve, mounted on the gearbox shaft with its hub, the compensation coupling has a flange connected by elastic elements to the flange of its drive coupling half, on the inner diameter of which an overrunning coupling is fixed in its outer diameter.

Направляющие элементы выполнены в виде шпилек.Guide elements are made in the form of studs.

Для подпружинивания нажимного диска использованы тарельчатые пружины.Belleville springs are used to spring the pressure plate.

Нажимной диск установлен на опорной втулке и через радиальные прорези в ней связан с управляемым приводом тягой, пропущенной через полый вал редуктора двигателя.The pressure disk is mounted on the support sleeve and, through radial slots in it, is connected to the drive controlled by a rod passed through the hollow shaft of the engine gearbox.

По другому возможному варианту нажимной диск через прорези в ведущем фланце двигателя соединен установленной на ступице двигателя буксой управляемого привода.In another possible embodiment, the pressure disk through the slots in the drive flange of the engine is connected mounted on the hub of the engine axle box controlled drive.

Упругие элементы компенсационной муфты выполнены в виде металлических штырей с упругими втулками на концах.The elastic elements of the expansion joint are made in the form of metal pins with elastic bushings at the ends.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием и фиг. 1, на которой показана конструктивная схема трансмиссии вертолета.The present invention is explained in detail with reference to FIG. 1, which shows a structural diagram of a helicopter transmission.

Трансмиссия вертолета включает вал двигателя 1, соединенный с ведущим валом 2 редуктора несущего винта 3 посредством управляемой муфты сцепления 4 и компенсационной муфты 5. Управляемая муфта сцепления выполнена в виде закрепляемого на валу двигателя ступицей ведущего фланца 6, соединенного направляющими элементами 7 с упорным диском 8, фланец в сторону упорного диска имеет опорную втулку 9, на которой коаксиально установлена ведомая втулка 10, фиксированная в осевом направлении и проворачивающаяся в свободном состоянии относительно ведущей втулки. Снаружи ведомой втулки с одного конца выполнены пазы 11, а с другой установлена обгонная муфта 12, между ведущим фланцем и упорным диском размещены с возможностью свободного осевого перемещения по направляющим элементам ведущие металлические диски 13 и подпружиненный в сторону упорного диска нажимной диск 14, соединенный с управляемым приводом. Между ведущими металлическими дисками размещены ведомые фрикционные диски 15 с возможностью их свободного осевого перемещения по пазам на наружной поверхности ведомой втулки. Закрепляемая на валу редуктора своей ступицей компенсационная муфта имеет фланец 16, соединенный упругими элементами 23 штырей 17 с фланцем 18 своей ведущей полумуфты, на внутреннем диаметре которой закреплена по своему наружному диаметру обгонная муфта.The helicopter transmission includes a motor shaft 1, connected to the drive shaft 2 of the rotor gearbox 3 by means of a controlled clutch 4 and a compensation clutch 5. The controlled clutch is made in the form of a drive flange 6 fixed to the motor shaft, connected by guide elements 7 to a thrust disk 8, the flange in the direction of the thrust disk has a supporting sleeve 9, on which the driven sleeve 10 is coaxially mounted, fixed in the axial direction and turning in a free state relative to the leading second sleeve. Outside the driven sleeve, grooves 11 are made at one end and an overrunning clutch 12 is installed at the other end, leading metal disks 13 and a pressure disk 14 spring-loaded towards the thrust disk are mounted between the drive flange and the thrust disk with the axle spring connected to the controlled driven. Between the leading metal disks, the driven friction disks 15 are placed with the possibility of their free axial movement along the grooves on the outer surface of the driven sleeve. The compensation coupling fixed on the shaft of the gearbox with its hub has a flange 16 connected by elastic elements 23 of the pins 17 to the flange 18 of its driving coupling half, on the inner diameter of which an overrunning clutch is fixed in its outer diameter.

Направляющие элементы 7 выполнены в виде шпилек.The guide elements 7 are made in the form of studs.

Нажимной диск 14 установлен на опорной втулке и через радиальные прорези в ней связан с управляемым приводом тягой 20, пропущенной через полый вал редуктора двигателя.The pressure disk 14 is mounted on the support sleeve and through the radial slots in it is connected to the drive driven by a thrust 20, passed through the hollow shaft of the engine gearbox.

Нажимной диск через прорези в ведущем фланце 6 двигателя соединен установленной на ступице двигателя буксой (на фиг. 1 букса не показана) управляемого привода.The pressure disk through the slots in the driving flange 6 of the engine is connected to the axle box mounted on the engine hub (not shown in FIG. 1) of the controlled drive.

Упругие элементы компенсационной муфты выполнены в виде металлических штырей 17 с упругими втулками 23 на концах.The elastic elements of the expansion joint are made in the form of metal pins 17 with elastic bushings 23 at the ends.

Трансмиссия вертолета работает следующим образом.Helicopter transmission operates as follows.

Перед запуском двигателя тягой 20 управляемого привода расцепляется нормально включенная пружиной 19 фрикционная муфта.Before starting the engine with a thrust 20 of a controlled drive, the friction clutch normally connected by the spring 19 is disengaged.

Запуск и прогрев двигателя производится при малой частоте вращения его вала 1. При увеличении частоты вращения вала 1 по показаниям датчика оборотов двигателя 22 постепенно отпускается тяга 20 (пилотом на пилотируемом вертолете или автопилотом на беспилотном). Возникающий момент трения фрикционной муфты через элементы 7, диски 15, втулку 10, муфту 12, фланец 18, штыри 17, втулки 23 и фланец 16 передается на вал редуктора 2 несущего винта 3 и он начинает вращаться. Увеличение частоты вращения вала 2 фиксируется датчиком 21 и при достижении расчетных оборотов тяга 20 отпускается, муфта полностью включается. Крутящий момент вала двигателя непосредственно передается с ведущего вала редуктора и трансмиссия приходит в состояние готовности к полету.The engine is started and warmed up at a low speed of rotation of its shaft 1. With an increase in the frequency of rotation of the shaft 1, according to the testimony of the engine speed sensor 22, the thrust 20 is gradually released (by a pilot on a manned helicopter or autopilot on an unmanned). The frictional clutch friction moment arising through elements 7, disks 15, bushing 10, clutch 12, flange 18, pins 17, bushing 23 and flange 16 is transmitted to the rotor shaft 2 of the rotor 3 and it starts to rotate. The increase in the rotational speed of the shaft 2 is detected by the sensor 21 and when the estimated speed is reached, the thrust 20 is released, the clutch is fully engaged. The torque of the motor shaft is directly transmitted from the drive shaft of the gearbox and the transmission is ready for flight.

При отказе двигателя в полете его вал 1 останавливается, обгонная муфта 12 расцепляется и несущий винт переходит в режим авторотации. Во всех режимах звенья 26 и 27, образующие шлиц-шарнир, согласуют частоты вращения вала несущего винта 17 и ротора 23 автомата перекоса.If the engine fails in flight, its shaft 1 stops, overrunning clutch 12 disengages and the rotor enters autorotation mode. In all modes, the links 26 and 27, forming a slot-hinge, match the rotational speed of the rotor shaft 17 and the rotor 23 of the swashplate.

Возможность появления крутильного резонанса и взаимный перекос валов 1 и 2 устраняется подбором упругих втулок 23.The possibility of torsion resonance and the mutual skew of the shafts 1 and 2 is eliminated by the selection of elastic bushings 23.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет в пределах незначительной длины главного вала разместить без дополнительных опор как фрикционную, так и обгонную муфты, которые включаются автоматически по мере раскрутки двигателя до рабочих оборотов.Thus, the proposed technical solution allows, within an insignificant length of the main shaft, to accommodate without friction both friction and overrunning clutches, which turn on automatically as the engine spins up to operating revolutions.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом позволяет не только максимально приблизить двигатель к редуктору, но и сократить общую длину вертолета и его вес, а также улучшить центровку за счет меньшей, потребной для уравновешивания двигателя, массы общевертолетного оборудования.The proposed technical solution, in comparison with the prototype, allows not only to bring the engine closer to the gearbox as much as possible, but also to reduce the total length of the helicopter and its weight, as well as to improve alignment due to the lower mass required for balancing the engine, the equipment of general helicopter equipment.

Изложенные технические решения могу быть использованы как на пилотируемых, так и на беспилотных вертолетах различной весовой категории. Наиболее эффективно технические решения могут быть использованы при создании беспилотных многофункциональных вертолетов с поршневыми двигателями в категории взлетных масс 150-1500 килограмм.The technical solutions outlined can be used both on manned and unmanned helicopters of various weight categories. The most effective technical solutions can be used to create unmanned multifunctional helicopters with piston engines in the take-off mass category of 150-1500 kilograms.

Claims

1. Трансмиссия вертолета, включающая вал двигателя, соединенный с ведущим валом редуктора несущего винта посредством управляемой муфты сцепления и компенсационной муфты, отличающаяся тем, что управляемая муфта сцепления выполнена в виде ведущего фланца, закрепляемого на валу двигателя ступицей, соединенного направляющими элементами с упорным диском, фланец в сторону упорного диска имеет опорную втулку, на которой коаксиально установлена ведомая втулка, фиксированная в осевом направлении и проворачивающаяся в свободном состоянии относительно ведущей втулки, снаружи ведомой втулки с одного конца выполнены пазы, а с другой установлена обгонная муфта, между ведущим фланцем и упорным диском размещены с возможностью свободного осевого перемещения по направляющим элементам ведущие металлические диски и подпружиненный в сторону упорного диска нажимной диск, соединенный с управляемым приводом, между ведущими металлическими дисками размещены ведомые фрикционные диски с возможностью их свободного осевого перемещения по пазам на наружной поверхности ведомой втулки, закрепляемая на валу редуктора своей ступицей компенсационная муфта имеет фланец, соединенный упругими элементами с фланцем своей ведущей полумуфты, на внутреннем диаметре которой закреплена по своему наружному диаметру обгонная муфта.1. The transmission of the helicopter, including the engine shaft, connected to the drive shaft of the rotor gearbox by means of a controlled clutch and a compensation clutch, characterized in that the controlled clutch is made in the form of a drive flange fixed to the motor shaft by a hub connected by guide elements with a thrust disk, the flange towards the thrust disk has a support sleeve on which the driven sleeve is coaxially mounted, axially fixed and rotated in a free state relative to relative to the driving sleeve, grooves are made on the outside of the driven sleeve on one end, and an overrunning clutch is installed on the other side, leading metal disks and a pressure disk spring-loaded towards the thrust disk are connected between the leading flange and the thrust disk along the guide elements and connected to the controlled drive, between the leading metal disks placed driven friction disks with the possibility of their free axial movement along the grooves on the outer surface of the driven sleeve, closing The compensation coupling, which is brazed on the shaft of the gearbox by its hub, has a flange connected by elastic elements to the flange of its driving coupling half, on the inner diameter of which an overrunning clutch is fixed in its outer diameter.

2. Трансмиссия вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие элементы выполнены в виде шпилек.2. The transmission of the helicopter under item 1, characterized in that the guide elements are made in the form of studs.

3. Трансмиссия вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что для подпружинивания нажимного диска использованы тарельчатые пружины.3. The helicopter transmission according to claim 1, characterized in that plate springs are used to spring the pressure disk.

4. Трансмиссия вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что нажимной диск установлен на опорной втулке и через радиальные прорези в ней связан с управляемым приводом тягой, пропущенной через полый вал редуктора двигателя.4. The transmission of the helicopter according to claim 1, characterized in that the pressure disk is mounted on the support sleeve and, through radial slots in it, is connected to a drive controlled by a rod passed through the hollow shaft of the engine gearbox.

5. Трансмиссия вертолета по п. 1 или 4, отличающаяся тем, что нажимной диск через прорези в ведущем фланце двигателя соединен с буксой управляемого привода, установленной на ступице двигателя.5. The helicopter transmission according to claim 1 or 4, characterized in that the pressure disk through the slots in the drive flange of the engine is connected to the axle box of the controlled drive mounted on the engine hub.

6. Трансмиссия вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что упругие элементы компенсационной муфты выполнены в виде металлических штырей с упругими втулками на концах.6. The transmission of the helicopter according to claim 1, characterized in that the elastic elements of the expansion joint are made in the form of metal pins with elastic bushings at the ends.