RU2559676C2

RU2559676C2 - Helicopter drivetrain

Info

Publication number: RU2559676C2
Application number: RU2013137197/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Прокшин; Александр Петрович Бабак; Сергей Николаевич Серов; Андрей Михайлович Трубицин; Юрий Александрович Чебан
Original assignee: Андрей Михайлович Трубицин
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-08-10
Also published as: RU2013137197A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, in particular to helicopter drivetrain designs. Helicopter drivetrain includes engine via clutch connected by its shaft with reduction gear driving shaft kinematically connected with shaft of helicopter rotor, with rotor hub carrying pivotally connected with it blades with roots provided with followers for connection with swash plate. Engine shaft is connected with half-clutch having grooves made with curved walls and located in parallel to its axis. Flat spring packs enter these grooves which packs are connected with driven half-clutch. The half-clutch is connected with possibility of free relative rotation with reduction gear driving shaft connected with drum by ratchet wheel. Teeth of ratchet wheel are located with possibility to engage with teeth on journal box connected with driven half-clutch by cylindrical spline coupling and having groove. On the outer surface, carrier with axial grooves is located in which grooves corresponding journal box teeth are located. The carrier has inner hollow cylindrical tang the outer surface of which is equipped with circular flange. On the outer surface, shoes with grooves for flange are located which shoes are provided with axial grooves and being able to contact with yoke teeth. Between yoke teeth and shoe grooves, arc-shaped springs are installed. Between the carrier and the journal box, springs are installed which springs are able to rest on corresponding butt ends of the carrier and the journal box.

EFFECT: higher helicopter drivetrain reliability during periods of unstable motion and in case of flight in autorotation regime when engine fails.

4 dwg

Description

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

Известна трансмиссия вертолета, содержащая двигатель (двигатели), посредством муфт и редуктора связанный с валами несущего винта (винтов) вертолета (Механические передачи вертолетов / Под ред. В.Н. Кестельмана. - М.: Машиностроение, 1983. - 120 с).Known transmission helicopter containing the engine (s), through couplings and gear connected with the shafts of the rotor (screws) of the helicopter (Mechanical transmission of helicopters / Under the editorship of VN Kestelman. - M.: Engineering, 1983. - 120 s).

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

Известна узел главного редуктора трансмиссии вертолета, содержащий корпус, установленный в нем зубчатый венец с размещенными по его периферии опорами качения, связанный с валом винта (Долин В.Н. Конструкция вертолетов. - М.: Машиностроение, 1971, с. 100-118).A known node of the main gearbox of a helicopter transmission, comprising a housing, a gear rim installed in it with rolling bearings arranged around its periphery, connected with a propeller shaft (V. Dolin, Design of helicopters. - M.: Mashinostroenie, 1971, p. 100-118) .

Однако известный узел главного редуктора трансмиссии вертолета плохо приспособлен к использованию в легких вертолетах, имеет большую массу, сложную конструкцию и низкую надежность при малом ресурсе.However, the known node of the main gearbox of the helicopter transmission is poorly adapted for use in light helicopters, has a large mass, complex structure and low reliability with a small resource.

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 №2155889 RU. Опубл. 10.09.2000 г. ).Known cam clutch with hydraulic control, containing a cam coupling, rigidly connected to the gear shaft and axially movable coupling half, the movement of which is carried out by a hydraulic system (Patent No. 2155889 RU. Publish. 09.09.2000).

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 .

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности трансмиссии вертолета в периоды неустановившегося движения - в режимах запуска, прогрева двигателя, выхода на рабочий (полетный) режим и в случае полета в режиме авторотации при отказе двигателя.The objective of the present invention is to increase the reliability of the transmission of a helicopter during periods of unsteady movement - in the modes of starting, warming up the engine, entering the operating (flight) mode, and in the case of flight in autorotation mode in case of engine failure.

Поставленная задача решается тем, что трансмиссия вертолета содержит двигатель, посредством муфты своим валом соединенный с ведущим валом редуктора, кинематически связанным с валом несущего винта вертолета, со ступицей винта, несущего шарнирно связанные с ней лопасти с комелями, снабженными поводками для связи с автоматом перекоса посредством управляющих шагом лопастей звеньев, в которой вал двигателя соединен с полумуфтой, имеющей пазы, выполненные с криволинейными стенками и расположенные параллельно ее оси, в которых расположены пакеты, составленные из плоских пружин, связанные с ведомой полумуфтой, соединенной с возможностью свободного относительного вращения с ведущим валом редуктора, жестко соединенным с барабаном, храповым колесом, выполненным на его внутреннем торце, зубья которого расположены с возможностью зацепления с аналогичными зубьями, выполненными на буксе, связанной с ведомой полумуфтой цилиндрическим шлицевым соединением и имеющей проточку, причем на внешней цилиндрической поверхности размещено водило с осевыми пазами, в которых расположены соответствующие зубья буксы в виде шпонок, в упомянутом водили выполнен внутренний пустотелый цилиндрический выступ, наружная поверхность которого оснащена кольцевым гребнем, кроме того, на наружной поверхности расположены колодки с проточками для гребня, снабженные на наружной поверхности осевыми пазами, имеющие возможность контакта с зубьями вилки, связанными жестко с водилом, а между названными зубьями вилки и пазами колодок установлены пружины дугообразной формы, кроме того, между водилом и буксой установлены пружины, имеющие возможность опоры на соответствующие торцы водила и буксы.The problem is solved in that the helicopter transmission comprises an engine, by means of a coupling with its shaft connected to the drive shaft of the gearbox kinematically connected to 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 swashplate controlling the pitch of the blades of the links, in which the motor shaft is connected to a coupling half having grooves made with curved walls and parallel to its axis, in which chum salmon made up of flat springs connected with a driven coupling half, which is able to rotate freely with the drive shaft of the gearbox, rigidly connected to the drum, a ratchet wheel made on its inner end, the teeth of which are arranged to mesh with similar teeth made on the axle box connected with the driven half-coupling by a cylindrical splined connection and having a groove, and on the outer cylindrical surface there is a carrier with axial grooves in which are located the corresponding teeth of the axle box in the form of dowels, in the aforementioned carrier an internal hollow cylindrical protrusion was made, the outer surface of which is equipped with an annular ridge, in addition, pads with grooves for the ridge are provided on the outer surface, provided with axial grooves on the outer surface, which can contact the fork teeth, tightly connected to the carrier, and between the aforementioned teeth of the fork and the grooves of the pads, arc-shaped springs are installed, in addition, springs are installed between the carrier and the axle box having bearing on the corresponding ends of the carrier and axle boxes.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием и чертежами, на которых:The present invention is illustrated by a detailed description and drawings, in which:

Фиг. 1 - показан общий вид трансмиссии вертолета с частичным разрезом, согласно изобретению;FIG. 1 - shows a General view of the transmission of the helicopter with a partial section according to the invention;

Фиг. 2 - характеризует вид сверху, то же что и на фиг 1;FIG. 2 - characterizes a top view, the same as in Fig 1;

Фиг. 3 - приведен разрез вертикальной плоскостью А-А, то же что и на фиг. 1;FIG. 3 shows a section through a vertical plane AA, the same as in FIG. one;

Фиг. 4 - иллюстрирует разрез продольной плоскостью Б-Б в увеличенном масштабе, то же что и на фиг 2.FIG. 4 illustrates a section through a longitudinal plane BB on an enlarged scale, the same as in FIG. 2.

Трансмиссия вертолета содержит двигатель 1, соединенный своим валом 2 с муфтой, образованной полумуфтой 3, пакетами плоских пружин 4, входящими в профилированные пазы В полумуфты 3 и связанными с полумуфтой 5 (Фиг. 1, 2).The helicopter transmission comprises an engine 1 connected by its shaft 2 to a coupling formed by a coupling half 3, packs of flat springs 4 included in the profiled grooves B of the coupling half 3 and connected to the coupling half 5 (Fig. 1, 2).

Полумуфта 5 расположена с возможностью вращения на ведущем валу 6 редуктора 7. Вал 6 жестко связан с барабаном 8, во внутренней полости которого расположено храповое колесо 9. На внешней цилиндрической поверхности полумуфты 5 выполнены зубья, образующие подвижное зубчатое (шлицевое) соединение с буксой 10, которая снабжена храповым колесом (слева по чертежу) и кольцевой проточкой справа. Между заплечиком буксы 10 и водилом 11 установлены пружины 12 (Фиг. 4). Кроме того, шпонка 14 соединена с буксой 10 посредством водила 11.The coupling half 5 is rotatably mounted on the drive shaft 6 of the gearbox 7. The shaft 6 is rigidly connected to the drum 8, in which the ratchet wheel 9 is located. On the outer cylindrical surface of the coupling half there are teeth forming a movable gear (spline) connection with the axle box 10, which is equipped with a ratchet wheel (left on the drawing) and an annular groove on the right. Between the shoulder of the axle box 10 and the carrier 11, springs 12 are installed (Fig. 4). In addition, the key 14 is connected to the axle box 10 through the carrier 11.

Водило 11 снабжено внутренним выступом в виде цилиндра с кольцевым гребнем Г на его наружной поверхности, который имеет возможность контакта с колодками 15 (Фиг. 3, 4). Последние придавлены к наружной поверхности указанного выступа посредством пружин 16, в форме дуги, касающихся внутренних поверхностей вилок Д, выполненных заодно с водилом 11. Причем указанные вилки расположены в соответствующих пазах Е колодок 15 и сопряжены с ними своими боковыми поверхностями.The carrier 11 is provided with an internal protrusion in the form of a cylinder with an annular ridge G on its outer surface, which has the ability to contact with the pads 15 (Fig. 3, 4). The latter are pressed to the outer surface of the protrusion by means of springs 16, in the form of an arc, touching the inner surfaces of the forks D, made integral with the carrier 11. Moreover, these forks are located in the corresponding grooves E of the pads 15 and are connected with them by their side surfaces.

Вал несущего винта 17 соединен с втулкой несущего винта 18, в подшипниках которой размещены комели 19, снабженные поводками 20 и связанные с лопастями 21 (Фиг. 1, 2). Поводки 20 шарнирно звеньями соединены со звеньями 22, соединенными также с ротором автомата перекоса 23. Якорь 24 автомата перекоса установлен на сферической поверхности ползуна 25 с возможностью перемещения вдоль вала несущего винта 17. Ползун 25 шарнирно связан с двуплечим рычагом 26, который соединен с тягой управления шагом 22, дифференциальный шаг может быть задан тягами 28 и 29, шарнирно соединенными с якорем 24 автомата перекоса. Букса 10 соединена со скобой 30, установленной с возможностью перемещения по стеблю 31, связанному с корпусом вертолета, своим зубом зацепленной с зубом качалки 32, соединенной со штоком 33. На корпусе вертолета размещены датчики 34 и 35 для регистрации частот вращения водила 11 и барабана 8. Звеньями 36 и 37 шарнирно соединенными друг с другом, а также с ротором 23 и с валом несущего винта 17 образован синхронизирующий шлиц-шарнир.The rotor shaft 17 is connected to the rotor hub 18, in the bearings of which are comels 19, equipped with leashes 20 and connected with the blades 21 (Fig. 1, 2). Leashes 20 are pivotally connected to links 22, also connected to the rotor of the swash plate 23. The anchor 24 of the swash plate is mounted on the spherical surface of the slider 25 with the possibility of movement along the rotor shaft 17. The slider 25 is pivotally connected to the two-arm lever 26, which is connected to the control rod step 22, the differential step can be set by rods 28 and 29, pivotally connected to the armature 24 of the swashplate. The axle box 10 is connected to the bracket 30, mounted for movement along the stem 31 associated with the helicopter body, engaged with its tooth in the rocking tooth 32, connected to the rod 33. Sensors 34 and 35 are placed on the helicopter body for detecting the rotation speeds of carrier 11 and drum 8 The links 36 and 37 are pivotally connected to each other, as well as to the rotor 23 and to the rotor shaft 17, a synchronizing slot-joint is formed.

Работает трансмиссия вертолета следующим образом.The transmission of the helicopter works as follows.

Запуск и прогрев двигателя 1 производится при малой частоте вращения его вала 2, который посредством муфты переменной жесткости, образованной пакетами плоских пружин 4, входящими в профилированные пазы полумуфты 3, вращает полумуфту 5. Последняя через шлицевое соединение приводит во вращение водило 11, своими вилками воздействующее на колодки 15, которые при малой частоте вращения не преодолевают сопротивление пружин 16. Букса 10 находится в правом (по чертежу) положении и зубья храповых колес расцеплены. При увеличении частоты вращения вала 2 двигателя 1 колодки 15 входят во фрикционный контакт с внутренней поверхностью барабана 8, возникающий момент трения через редуктор 7 передается на вал несущего винта 17 и он начинает вращаться. Дальнейшее увеличение частоты вращения вала 2 увеличивает момент трения пропорционально второй степени (квадрату) частоты и достигает значения, при котором частоты вращения барабана 8 и водила 11 совпадут. Это фиксируется датчиками 34 и 35 для регистрации частот вращения, которые подают сигнал, после чего срабатывает устройство управления штоком 33 (на чертеже не показано). Устройство управления штоком 33 через качалку 32 освобождает скобу 30. При этом пружины 12 перемещают буксу 10 влево, и зубья храповых колес входят в зацепление. Крутящий момент вала двигателя непосредственно передается с ведущего вала 6 редуктора и трансмиссия приходит в состояние готовности к полету.The engine 1 is started and warmed up at a low rotational speed of its shaft 2, which, by means of a variable stiffness clutch formed by flat spring packs 4 included in the profiled grooves of the coupling half 3, rotates the coupling half 5. The latter drives the carrier 11 through the spline connection, acting with its forks on the pads 15, which at a low speed do not overcome the resistance of the springs 16. The axle box 10 is in the right (according to the drawing) position and the teeth of the ratchet wheels are disengaged. With an increase in the frequency of rotation of the shaft 2 of the engine 1, the pads 15 enter into frictional contact with the inner surface of the drum 8, the frictional moment arising through the gearbox 7 is transmitted to the rotor shaft 17 and it starts to rotate. A further increase in the rotational speed of the shaft 2 increases the friction moment in proportion to the second degree (square) of the frequency and reaches a value at which the rotational speeds of the drum 8 and carrier 11 coincide. This is fixed by sensors 34 and 35 for recording rotation frequencies that give a signal, after which the rod control device 33 is triggered (not shown in the drawing). The rod control device 33 through the rocker 32 releases the bracket 30. In this case, the springs 12 move the axle box 10 to the left, and the teeth of the ratchet wheels engage. The torque of the motor shaft is directly transmitted from the drive shaft 6 of the gearbox and the transmission is ready for flight.

При отказе двигателя в полете его вал 2 останавливается, храповые колеса расцепляются, и лопасти 21 несущего винта переходят в режим авторотации. Подобно основному режиму полета, управление основным шагом и дифференциальным шагом лопастей осуществляется через подводки 20 и звенья 22 автоматом перекоса. Ротор 23 последнего управляется тягами 28 и 29 через якорь 24. Шаг зависит от положения двуплечего рычага 26, управляемого посредством тяги 27.When the engine fails in flight, its shaft 2 stops, the ratchet wheels disengage, and the rotor blades 21 go into autorotation mode. Like the main flight mode, the control of the main step and the differential pitch of the blades is carried out through the inlet 20 and links 22 by a swashplate. The rotor 23 of the latter is controlled by rods 28 and 29 through the armature 24. The step depends on the position of the two shoulders lever 26, controlled by rod 27.

Во всех режимах звенья 26 и 27, образующие шлиц шарнир, согласуют частоты вращения вала несущего винта 17 и ротора 23 автомата перекоса.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 устраняется в соединении вала двигателя 2 и полумуфты 5 переменной крутильной жесткостью, поскольку при увеличении амплитуды колебаний пакеты пружин 4 меняют длину за счет контакта с профилированными пазами полумуфты 3 и их изгибная жесткость увеличивается, что влечет за собой увеличение собственной частоты крутильных колебаний, и муфта автоматически выходит из резонанса.The possibility of torsion resonance is eliminated in the connection of the shaft of the motor 2 and the coupling half 5 with variable torsional stiffness, since with an increase in the oscillation amplitude, the spring packs 4 change length due to contact with the profiled grooves of the coupling half 3 and their bending stiffness increases, which entails an increase in the natural frequency of torsional vibrations , and the clutch automatically exits the resonance.

Предложенная трансмиссия вертолета повышает надежность вертолета в периоды неустановившегося движения - в режимах запуска, прогрева двигателя, выхода на рабочий (полетный) режим и в случае полета в режиме авторотации при отказе двигателя.The proposed transmission of the helicopter increases the reliability of the helicopter during periods of unsteady movement - in the modes of starting, warming up the engine, entering the operating (flight) mode and in the case of flight in autorotation mode in case of engine failure.

Claims

A helicopter transmission containing an engine, by means of a clutch with its shaft connected to the drive shaft of the gearbox kinematically connected to the rotor shaft of the helicopter, with a hub of the rotor bearing pivotally connected blades with knots equipped with leashes for communication with the swash plate by means of pitch control blades, characterized in that the motor shaft is connected to a coupling half having grooves made with curved walls and located parallel to its axis, in which packages made up of pl springs connected with the driven half coupling connected with the possibility of free relative rotation with the drive shaft of the gearbox, rigidly connected to the drum, a ratchet wheel made on its inner end, the teeth of which are located with the possibility of engagement with similar teeth made on the axle box connected with the driven a half-coupling with a cylindrical splined connection and having a groove, and on the outer cylindrical surface there is a carrier with axial grooves in which the corresponding axle teeth are located In the form of dowels, in the aforementioned carrier an internal hollow cylindrical protrusion is made, the outer surface of which is equipped with an annular ridge, in addition, pads with grooves for the ridge are located on the outer surface, provided on the outer surface with axial grooves that can contact the fork teeth rigidly connected with the carrier, and between the aforementioned teeth of the fork and the grooves of the pads, arc-shaped springs are installed, in addition, springs are installed between the carrier and the axle box, which can be supported according to dropping ends drove and axle boxes.