DE2504880A1

DE2504880A1 - Kraftuebertragungsanordnung fuer hubschrauber

Info

Publication number: DE2504880A1
Application number: DE19752504880
Authority: DE
Inventors: Kenneth Watson
Original assignee: Westland Aircraft Ltd
Current assignee: Westland Group PLC
Priority date: 1974-02-18
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1975-08-21
Also published as: FR2261179A1; IT1029726B; US3977632A; FR2261179B1

Description

dem Zwischenzahnrad so angetrieben wird,, daß selbst im Fall eines Motorfehlers das zur Verfügung stehende Drehmoment aus dem anderen Motor über alle drei Antriebszahnräder auf das Rotorsystem übertragen wird. Bei der speziellen Ausführungsform ist der Antri. eb zum zusätzlichen Endantriebszahnrad auch zur Verbindung mit einem Schwanzrotor ausgebildet."

Aus Sicherheitsgründen ist es erwünscht, daß Doppel- bzw. Zwillingsund Mehrmotor-Hubschrauber in der Lage sein sollen, einen einwandfreien Betrieb zu ergeben, wenn ein oder mehrere Motoren ausfallen. Bei manchen derartigen Hubschraubern ist die Ubertragungsanordnung so ausgelegt, daß die Drehmomentabgabe zun Rotorsystem über individuelle Endantriebszahnräder erreicht wird, die den entsprechenden Motoren zugeordnet sind und die so ausgebildet sind, daß im Falle eines Motorschadens die Kraft aus dem verbleibenden Motor oder den verbleibenden Motoren über eine entsprechende verringerte Anzahl von Endantriebszahnrädern übertragen wird· Beispielsweise muß bei einem Doppelmotor-Hubschrauber, der ein solches System verwendet, die gesamte verbleibende Kraft über ein einziges Endantriebszahnrad übertragen werden, wenn ein Motor ausfällt. Dies ergibt eine außerordentlich starke Beschränkung für die normale Leistungsfähigkeit der Übertragung wegen der ErmUdungsschäden im einzelnen Motor hervorrufenden Belastung·

Gemäß der Erfindung wird bei einer Kraftübertragungsanordnung für Hubschrauber mit einer Vielzahl von Motoren, die die Wellenleistung zum Antrieb eines Rotorsystems erzeugen, zur Übertragung des Drehmomentes von den Motoren auf das Rotorsystem und mit einer Antriebswellenanordnung und einem zugeordneten Zahnradgetriebe je Motor mit einem individuellen Endantriebszahnrad zum Übertragen eines Drehmomentes von jedem Motor auf ein gemeinsames Abgaberad zur Verbindung mit dem Rotorsystem vorgeschlagen, daß ein gemeinsames Zwischenzahnrad die entsprechenden Zahn-

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räder miteinander verbindet, damit das zur Verfügung stehende Motordrehmoment unter dem vollen Kompliment der Endantriebszahnräder verteilt wird,

Mit einem derartigen Kraftübertragungssystem wird das zur Verfügung stehende Motordrehmoment über die gleiche Anzahl von Endantriebszahnrädern übertragen, gleichgültig wieviele Motoren im Betrieb sind. Damit eine Kraftaufteilung auf die zwei oder mehr Endantriebsräder gewährleistet ist, weist die Antriebswellenanordnung, die jedem Motor zugeordnet ist, vorzugsweise einen torsionsmäßig flexiblen Wellenteil auf, damit ein Drehmoment zwischen dem Zwischenrad und dem zugeordneten End antriebsrad übertragen wird.

Die Antriebswellenanordnung kann eine horizontal verlaufende Antriebswelle zur Verbindung mit dem zugeordneten Motor umfassen, welche über ein Kegelrad, das eine erste Stufe der Drehzahlvemngerung darstellt, mit einem vertikal nach oben verlaufenden ersten Wellenteil verbunden ist, das ein Stirnrad antreibt, welches mit dem Zwischenrad kämmt.

Jedes Stirnrad in einer solchen Anordnung kann über einen vertikal nach oben verlaufenden zweiten Wellenteil mit dem zugeordneten Endantriebsrad verbunden sein, wobei die zweiten Wellenteile vorzugsweise torsionsmäßig flexibel, ausgebildet sind, damit cig ^H*? tifrrrirnTmiffi.j flTMifral oucgubili 4« etd, damit sie die torsionsmäßig flexiblen Antriebswellenteile zur Kraftaufteilung unter den Endantriebsrädern bilden.

Vorzugsweise sind die Endantriebsräder Ritzel, die mit dem Ausgangszahnrad an in Umfangsrichtung versetzten Stelle kämmen, so daß eine zweite Stufe der Drehzahlverringerung erzielt wird.

Bei bevorzugten Ausfuhrungsformen ist das Abgabezahnrad in Rotationsrichtung starr mit und zwischen den Enden einer in vertikaler Richtung ver-

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laufenden Rotorsystem-Antriebswelle angeordnet, dessen oberes Ende zweckmäßigerweise so ausgebildet ist, daß es mit dem Hubschrauber-Rotorsystem verbunden werden kann. In einem solchen Fall kann das Zwischenzahnrad zweckmäßigerweise drehbar am unteren Ende der Rotorsystem-Antriebswelle befestigt sein.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfiidung kann wenigstens ein weiteres Stirnrad mit dem Zwischenzahnrad kämmen und über eine individuelle, in vertikaler Richtung nach oben verlaufende Antriebswelle verbunden sein, damit ein weiteres Ritzel angetrieben wird, das mit dem Abgabezahnrad kämmt, so daß ein weiterer Drehmomentantriebspfad zwischen den Zwischenzahnrädern und Abgabezahnrädern erhalten wird, um somit das durch jedes Endantriebsritzel zu übertragende Drehmoment zu verringern.

Das oder eines der Stirnräder kann über eine vertikal nach abwärts gerichtete Welle mit einem Kegelrad verbunden sein, das so angeordnet ist, daß es eine in horizontaler Richtung verlaufende Abgabeantriebswelle zum Antrieb eines Schwanzrotors antreibt.

So wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die für einen Doppelmotor-Hubschrauber anwendbar ist, eine Kraftübertragung zur Übertragung eines Drehmomentes von den Motoren auf das Rotorsystem eines soüien Hubschraubers vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kraftübertragungsanordnung für jede Maschine eine horizontal angeordnete Antriebswelle zur Verbindung mit dem Motor, ein Kegelrad, das die Antriebswelle mit einem vertikal nach oben verlaufenden ersten Wellenteil verbindet, welches ein Stirnrad und über ein vertikal nach oben verlaufendes torsionsmäßig flexibles zweites Wellenteil ein Ritzel antreibt, wobei die Ritzel mit einem gemeinsamen Abgabezahnrad kämmen, das in Drehrichtung starr zwischen den Enden einer vertikal verlaufenden Rotorsystem-Antriebswelle befestigt ist, deren oberes Ende mit dem

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Hubschrauberrotorsystem verbindbar ist, daß ein Zwischenzahnrad drehbar am unteren Ende der Rotorsystem-Antriebswelle 20 befestigt ist und mit jedem der Stirnräder kämmt und ein weiteres Ritzel mit dem Abgabezahnrad kämmt und über eine vertikal nach unten verlaufende, torsionsmäßig flexible Welle mit einem weiteren Stirnrad in Verbindung steht, das mit dem Zwischenzahnrad kämmt, und daß das Stirnrad über eine vertikal nach abwärts verlaufende Welle mit einem Kegelrad verbunden ist, das an eine horizontal verlaufende Abgabeantriebswelle zur Verbindung mit einem Schwanzrotor gekoppelt ist.

Eine derartige Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Endansicht einer Kraftübertragungsanordnung nach vorliegender

Erfindung für einen Doppelmotor-Hubschrauber Fig. 2 eine Teilschnittansicht nach der Linie A-A der Fig. 1 Fig» 3 eine Teilschnittansicht nach der Linie B-B der Fig. 1 und Fig. 4 eine Teilschnittansicht nach der Linie C-C der Fig. 1.

Die dargestellte Kraftübertragungsanordnung für einen Doppelmotor-Hubschrauber ist in Fig. 1 mit IT bezeichnet und weist horizontal verlaufende Antriebswellen 12 und 13 auf, die mit ersten und zweiten Motoren (nicht dargestellt) verbindbar sind. Jede Antriebswelle 12 und 13 treibt ein Kegelrad 14, einen vertikal nach oben verlaufenden ersten Wellenteil 15_f ein Stirnrad 16 (Fig. 1 und 3), einen vertikal nach oben verlaufenden, torsionsmäßig flexiblen zweiten Wellenteil 17 und ein Endantriebszahnrad in Form eines Ritzels 18 (Figuren 1 und 4) auf.

Die beiden Ritzel sind um den Umfang eines Abgqbezahnrades 19 herum, mit dem sie kämmen, mit Abstand versetzt angeordnet; das Abgabezahnrad 19 ist dabei in Rotationsrichtung starr zwischen den Enden einerJLn vertika-

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ler Richtung verlaufenden hohlen Rotorsystem-Antriebswelle 20 angeordnet, die mit dem oberen Ende mit einer Rotornabe 2t (Fig. 1) verbunden ist, welche eine Vielzahl von radial verlaufenden Armen 22 zur Befestigung von Rotorblättern besitzt.

Ein drittes Ritzel 23 (Fig. 1 und 4) kämmt ferner mit dem Abgabezahnrad 19 an einer Stelle, die im Abstand von den Ritzeln 18 angeordnet ist, und ist wie die Ritzel 18 über eine torsionsmäßig flexible Antriebswelle 24 mit einem Stirnrad 25 (Fig. 1 und 3) und auf diese Weise mit einer Welle 26 und einem Kegelrad 27 (Fig. 1 und 2) verbunden, welches eine horizontal angeordnete Abgabewelle 28 antreibt, die über eine weitere Wellenanordnung mit einem Schwanzrotor in Verbindung steht.

Aus den Figuren 1 und 3 ergibt sich, daß die beiden Stirnräder 16 und das Stirnrad 25 einzeln mit einem Zwischenzahnrad 29 kämmen, das in den dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Lager 30 in der Nähe des unteren Endes der Welle 20 zur unabhängigen konzentrischen Drehung auf diesem Ende der Welle 20 befestigt ist.

Freilaufvorrichtungen (nicht dargestellt) sind in den Antriebswellen 12 und 13vorgesehen, damit ein Einmotor-Betrieb und Eigendrehungsvorgänge ermöglicht werden.

Beim normalen Doppelmotorbetrieb der dargestellten Übertragungsanordnung wird jede Antriebswelle 12 und 13 in Richtung der in Fig. 1 gezeigten Pfeile durch den entsprechenden Motor (nicht dargestellt) angetrieben; Die Lastaufteilung zwischen den Motoren wird durch die untereinander gekoppelte Getriebeanordnung erreicht, die die Stirnräder 16 und das Zwischenzahnrad 29 aufweist, und die Lastaufteilung zwischen den Ritzeln 18 und 23 wird durch die torsionsmäßig flexiblen Antriebswellenteile und 24 erreicht, die aus der verhältnismäßig steifen Zwischenverbindungs-

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Getriebeanordnung angetrieben werden. Die Kraft zum Antrieb der Abgabewelle 28, die einen Schwanzrotor antreibt, wird über das Stirnrad 25 und das Kegelrad 27 abgenommen.

Die Anordnung ist so gewählt, daß während eines normalen Doppelmotorbetriebes der Kraftweg von jedem Motor hinter den Kegelrädern 14 so aufgespalten wird, daß zwei Drittel der zur Verfügung stehenden Leistung aus jedem Motor direkt in das zugeordnete Ritzel 18 gehen, während das verbleibende Drittel der zur Verfügung stehenden Kraft aus jedem Motor durch das Zwischenzahnrad 29 auf das Stirnrad 25 und von dort auf das Ritzel 23 und die Welle 28 übertragen wird. Während des Doppelmotorbetriebes wird somit der Endantrieb zum Abgabezahnrad 19 zwischen den Ritzeln 18 und 23 aufgeteilt.

Im Falle eines Einmotor-Betriebes geht ein Drittel der zur Verfügung stehenden Leistung aus dem Betriebsmotor direkt in das zugeordnete Ritzel 18, während die Übrigen zwei Drittel der zur Verfügungj&tehenden Leistung über die Zwischenverbindungsgetriebeanordnung übertragen und auf das andere Ritzel 18 und das Ritzel 23 übertragen werden, so daß in diesem Falle auch die zur Verfügung stehende Leistung zum Antrieb des Abgabezahnrades 19 zwischen den drei Ritzeln aufgeteilt wird, die mit dem Abgabezahnrad 19 kämmen. ■

Aus dem Grunde, daß stets die zur Verfügung stehende Motorleistung zwischen dem vollen Kompliment von Endantriebsritzeln in der vorbeschriebenen Weise aufgeteilt wird, ermöglicht die Übertragung eine erhöhte Einmotorleistung mit einer Konstruktion, die aufder Doppelmotor-Leistungsbedingung basiert. Die abwechselnden Leistungspfade aus jedem Motor, die in einer Übertragungsanordnung nach vorliegender Erfindung vorgesehen sind, ergeben zusätzliche Sicherheitseigenschaften für Doppelmotor-Hubschrauber, wobei beide Motoren fortgesetzt das Abgabezahnrad unter ver-

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sdiedenen Fehlerbedingungen antreiben, die bei bekannten Anordnungen den Leistungspfad aus einem Motor unwirksam machen würden. Beispielsweise macht ein Fehler in einer der torsionsmäßig flexiblen Antriebswellen 17, 24 den Leistungspfad aus einem der Motoren nicht unwirksam. Ferner wird auch der Antrieb für den Schwanzrotor dur-ch einen alternativen Leistungspfad umfaßt, da de im Falle eines Fehlers in dem Zwischenverbindungsgetriebe, das normalerweise den Antrieb ergibt, dies automatisch eine Umkehr auf die Antriebspfadbedingung ergeben würde ^ die während der Eigendrehung wirksam sein würde, wenn beide Motoren außer Betrieb sind und bei der das Getriebe 27 von dem Abgabezahnrad 19 Über das Ritzel 23 angetrieben wird.

Die vorbeschrieben® AusfUhrungsform der Erfindung ist zur Befestigung oberhalb eines Hubschrauberrumpfes ausgelegt, damit eine Verbindung zu zwei horizontal angeordneten Motoren erzielt wird; das vordere Ende des Rumpfes liegt dabei in Ric.htung des Pfeiles A (Fig. 2). Die dargestellte Konfiguration, bei der die erforderliche Drehzahlreduzierung in nur zwei Stufen erzielt wird - die erste Stufe umfaßt die Kegelräder 14 und die zweite Stufe spiralförmig konforme Zahnformen an den Ritzeln und dem Abgabezahnrad 19 mit großem Durchmesser - ergibt eine kompakte, flache Anordnung, die in idealer Weise fUr einen derartigen Einsatz geeignet ist*

Es können in dnfacher Weise zusätzliche Ritzel um das Abgabezahnrad 19 mit einer Verbindung Über torsionsmäßig flexible Antriebswellen zu Stirnrädern, die mit dem Zwischenzahnrad 29 kämmen, vorgesehen sein, damit zusätzliche Leistungspfade erzielt werden, auf die die zur Verfugung stehende Motorleistung verteilt wird, Ferner ist die Erfindung nicht auf die Verwendung in Doppelmotor-Hubschraubern beschränkt und gibt auch eine vorteilhafte Lastaufteilung zwischen einer beliebigen Anzahl von Endantriebszahnrädern in Huberschraubern mit mehr als zwei

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Motoren, sowohl während des normalen Mehrmotorbetriebes als auch während eines Betriebes, bei dem ein oder mehrere Motoren abgeschaltet oder ausgefallen sind«

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Claims

- ίο -

Patentansprüche

■»—·—·—."

1.ykraftUbertragungsariordnung für Hubschrauber mit einer Vielzahl von

Motoren, die die Wellenleistung zum Antrieb eines Rotorsystems erzeugen, zur Übertragung des Drehmoments von den Motoren zum Rotorsystem und mit einer Antriebswellenanordnung und einem zugeordneten Zahnradgetriebe mit Motor mit einem individuellen Endantriebszahnrad zum Übertragen eines Drehmomentes von jedem Motor auf ein gemeinsames Abgaberad zur Verbindung mit dem Rotorsystem, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Zwischenzahnrad (29) die entsprechenden Zahnräder miteinander verbindet, damit das zur Verfügung stehende Motordrehmoment unter dem vollen Komplement der Endantriebszahnräder (18) verteilt wird.

2. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle eine torsionsmäßig flexible Antriebswelle zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen dem Zwischenzahnrad (29) und dem zugeordneten Endtriebszahnrad (18) aufweist.

3. KraftUbertragungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gkennzeichnet, daß die Antriebswellenanordnung eine horizontal verlaufende Antriebswelle (12, 13) aufweist, die über ein Kegelrad (14) mit einem vertikal nach oben verlaufenden ersten Wellenteil (15) verbunden ist, der ein Stirnrad (16) antreibt, das mit dem Zwischenzahnrad (29) kämmt.

4. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stirnrad (16) über einen vertikal nach oben verlaufenden zweiten Wellenteil (17) mit dem zugeordneten Endantriebszahnrad (18) verbunden ist.

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5. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 2_S 3_f 4_S dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Wellenteile (17) iorsionsmäßig flexibel sind.

6. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5_g dadurch gekennzeichnet, daß die Endantriebszahnräder (18) Zahnritzel sind_ff die mit dem Ausgangszahnrad (19) in im Abstand um den Umfang versetzten Stellungen kämmen.

7. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet;, daß das Ausgangszahnrad (19) in Rotationsrichtung starr »it und zwischen den Enden einer vertikal verlaufenden Rotorsystem-Antriebswelle (20) befestigt sind,

8. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Rotorsystem-Antriebswelle (20) so ausgelegt ist, daß es mit dem Hubschrauber-Rotorsystem (22) verbunden werden kann, und daß das Zwischenzahnrad (29) drehbar um das untere Ende der Welle (20) befestigt ist.

9. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiteres Stirnrad (25) mit dem Zwischenzahnrad (29) kämmt und über eine individuelle, vertikal nach oben verlaufende Welle (24) mit einen zugeordneten Ritzel (23) verbunden ist, das mit dem Ausgangszahnrad (19) kämmt.

10. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw· eines der weiteren Stirnräder (25) über eine vertikal ■. nach abwärts verlaufende Welle (26) mit einem Kegelrad (27) verbunden ist, das eine in horizontaler Richtung verlaufende Abgabeantriebswelle (28) antreibt.

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Π. Kraftübertragungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeantriebswelle (28) mit einem Schwanzrotor in Verbindung steht.

12. Kraftübertragungsanordnung für Doppelmotor-Hubschrauber zur Übertragung eines Drehmomentes von den Motoren auf ein Rotorsystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsanordnung für jede Maschine eine horizontal angeordnete Antriebswelle (12, 13) zur Verbindung mit dem Motor, ein Kegelrad (14), das die Antriebswelle (12, 13) mit einem vertikal nach oben verlaufenden ersten Wellenteil (15) verbindet, welches ein Stirnrad (16) und über ein vertikal nach oben verlaufendes torsionsmäßig flexibles zweites Wellenteil (17), ein Ritzel (18) antreibt, wobei die Ritzel mit einem gemeinsamen Abgabezahnrad (19) kämmen, das in Drehrichtung starr zwischen den Enden einer vertikal verlaufenden Rotorsystem-Antriebswelle (20) befestigt ist, deren oberes Ende mit einem Hubschrauberrotorsystem verbindbar ist, daß ein Zwischenzahnrad (29) drehbar am unteren Ende der Rotorsystem-Antriebswelle (20) befestigt ist und mit jedem der Stirnräder (16) kämmt und ein weiteres Ritzel (23) mit dem Abgabezahnrad (19) kämmt und über eine vertikal nach unten verlaufende, torsionsmäßig flexible Welle (24) mit einem weiteren Stirnrad (25) in Verbindung steht, das mit dem Zwischenzahnrad (29) kämmt, und daß das Stirnrad (25) über eine vertikal nach abwärts verlaufende Welle (26) mit einem Kegelrad (27) verbunden ist, das an eine horizontal verlaufende Abgabeantriebswelle (28) zur Verbindung mit einem Schwanzrotor gekoppelt ist.

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