силовая пропеллерная установка и планетарный редуктор

Формула изобретения

1. Силовая пропеллерная установка, содержащая поршневой двигатель с корпусом и коленчатым валом, два коаксиальных пропеллера и планетарный редуктор, связанный с коленчатым валом и выполненный в виде солнечной и коронной шестерен, а также установленных между ними на водилах сателлитов, причем солнечная шестерня размещена на коленчатом валу, а коронная установлена с возможностью вращения, отличающаяся тем, что редуктор выполнен одноступенчатым планетарным, при этом коронная шестерня установлена в корпусе с возможностью одностороннего вращения и связана с корпусом посредством муфты, один пропеллер соединен с водилами, а другой закреплен на коленчатом валу и выполнен меньшего диаметра.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что муфта выполнена в виде муфты свободного хода, элементы которой установлены между коронной шестерней и корпусом.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что элементы муфты свободного хода выполнены в виде подпружиненых храповых зубьев.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что муфта выполнена фрикционной.

5. Установка по пп. 1 - 4, отличающаяся тем, что муфта снабжена механизмом управления.

6. Планетарный редуктор пропеллерной силовой установки, содержащий корпус, вал двигателя с установленной на нем солнечной шестерней, ступицу с закрепленным на ней пропеллером, коронную шестерню, связанную с корпусом при помощи промежуточных элементов с возможностью вращательного движения вокруг своей оси, и сателлиты, установленные на водилах и расположенные между солнечной и коронной шестернями, причем водила связаны со ступицей, отличающийся тем, что промежуточные элементы выполнены в виде подпружиненных зубьев храповой муфты, установленных в корпусе с обеспечением однонаправленного вращения коронной шестерни, ступица выполнена заодно с водилами, вал двигателя размещен в осевом отверстии ступицы, а коронная шестерня выполнена в виде втулки с кольцевым буртиком на внешней ее поверхности, причем с одной стороны буртика расположена опорная поверхность корпуса, а другая его сторона связана с зубьями храповой муфты.

7. Редуктор по п. 6, отличающийся тем, что ступица размещена на валу при помощи подшипника качения.

8. Редуктор по пп. 6 и 7, отличающийся тем, что осевое отверстие ступицы выполнено сквозным , а на конце вала двигателя установлен маховик.

9. Редуктор по п. 8, отличающийся тем, что маховик выполнен в виде дополнительного пропеллера.

10. Редуктор по пп. 6 - 9, отличающийся тем, что пропеллер закреплен на торцевой поверхности ступицы.

11. Редуктор по пп. 6 - 10, отличающийся тем, что кольцевой буртик втулки связан с зубьями храповой муфты при помощи выполненных в виде колец соединительного элемента и фиксатора, установленных последовательно на внешней поверхности втулки, на торцевых поверхностях буртика и фиксатора выполнены выемки, а на торцевых поверхностях соединительного элемента - выступы, причем соединительный элемент установлен между буртиком и фиксатором, его выступы расположены в выемках последних, а на внещней цилиндрической поверхности фиксатора выполнены впадины, контактирующие с зубьями храповой муфты.

12. Редуктор по пп. 6 - 11, отличающийся тем, что между опорной поверхностью корпуса и кольцевой поверхностью буртика установлен уплотнительный элемент.

13. Редуктор по пп. 6 - 12, отличающийся тем, что опорная поверхность корпуса выполнена в виде кольцевой крышки, в отверстии которой расположена ступица, а между цилиндрическими поверхностями отверстия и ступицы установлены уплотнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к силовым пропеллерным установкам, преимущественно летательных аппаратов, с двумя коаксиально расположенными пропеллерами, приводимыми во вращение поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Известна силовая пропеллерная установка с двумя коаксиально расположенными винтами, каждый из которых связан с валом поршневого двигателя при помощи редуктора.

Указанный аналог имеет большие массогабаритные показатели и малую надежность из-за высоких удельных нагрузок в шестернях редуктора.

Известна силовая пропеллерная установка, содержащая поршневой двигатель с корпусом и валом, два коаксиально расположенных пропеллера и планетарный редуктор, связанный с коленчатым валом и выполненный в виде солнечной и коронной шестерен, а также установленных между ними на водилах сателлитов, причем солнечная шестерня размещена на коленчатом валу, а коронная установлена с возможностью вращения.

Надежность прототипа высока за счет выполнения редуктора планетарным. Однако габариты установки высоки, в частности, за счет увеличения длины консоли вала двигателя из-за необходимости выдержки сравнительно большого расстояния между вращающимися в разные стороны пропеллеров. Недостатком являются также высокие требования к точности изготовления деталей редуктора и его сборке. Основным недостатком прототипа является наличие знакопеременных нагрузок на валу двигателя при изменении режимов работы его, из-за изменения направления момента инерции вращающегося пропеллера, что приводит к необходимости увеличения массы и габаритов редуктора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является редуктор пропеллерной силовой установки, содержащий корпус, вал двигателя с установленной на нем солнечной шестерней, ступицу с закрепленным на ней силовым пропеллером, коронную шестерню, связанную с корпусом при помощи промежуточных элементов с возможностью вращательного движения вокруг своей оси, и сателлиты, установленные на водилах и расположенные между солнечной и коронной шестернями, причем водила связаны со ступицей.

Недостатками прототипа являются его большие осевые габариты, что приводит к увеличению нагрузок в зацеплении, низкая надежность и достаточно высокие требования к точности изготовления его деталей.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности при одновременном уменьшении осевых габаритов установки.

Это достигается тем, что в силовой установке, содержащей поршневой двигатель с корпусом и коленчатым валом, два коаксиально расположенных пропеллера, и планетарный редуктор, связанный с коленчатым валом и выполненный в виде солнечной и коронной шестерен, а также установленных между ними на водилах сателлитов, причем солнечная шестерня размещена на коленчатом валу, а коронная установлена с возможностью вращения, редуктор выполнен одноступенчатым, при этом коронная шестерня установлена в корпусе с возможностью однонаправленного вращения и связана с последним посредством муфты, один пропеллер соединен с водилами, а другой закреплен на коленчатом валу и выполнен меньшего диаметра.

Кроме того, муфта выполнена свободного хода, элементы которой установлены между коронной шестерней и корпусом и могут быть выполнены в виде подпружиненных храповых зубьев.

Муфта может быть выполнена фрикционной и снабжена, например, механизмом управления, связанным с муфтой.

В планетарном редукторе, содержащем корпус, вал двигателя с установленной на нем солнечной шестерней, ступицу с закрепленным на ней силовым пропеллером, коронную шестерню, связанную с корпусом при помощи промежуточных элементов с возможностью вращательного движения вокруг своей оси и сателлиты, установленные на водилах и расположенные между солнечной и коронной шестернями, причем водила связаны со ступицей, промежуточные элементы выполнены в виде подпружиненных зубьев храповой муфты, установленных в корпусе с обеспечением однонаправленного вращения коронной шестерни, ступица выполнена заодно с водилами, вал двигателя размещен в осевом отверстии ступицы, а коронная шестерня выполнена в виде втулки с кольцевым буртиком на внешней ее поверхности, причем с одной стороны буртика расположена опорная поверхность корпуса, а другая его поверхность связана с зубьями храповой муфты. Кроме того, ступица размещена на валу при помощи подшипника качения, а осевое отверстие ступицы выполнено сквозным, причем на конце вала двигателя установлен маховик, который может быть выполнен в виде дополнительного пропеллера. При этом силовой пропеллер может быть закреплен на торцевой поверхности ступицы.

Кольцевой буртик втулки связан с зубьями храповой муфты при помощи выполненных в виде колец соединительного элемента и фиксатора, установленных последовательно на внешней поверхности втулки, на торцевых поверхностях буртика и фиксатора выполнены выемки, а на торцевых поверхностях соединительного элемента - выступы, причем соединительный элемент установлен между буртиком и фиксатором, его выступы расположены в выемках последних, а на внешней цилиндрической поверхности фиксатора выполнены впадины, контактирующие с зубьями храповой муфты.

Между опорной поверхностью корпуса и кольцевой поверхностью буртика установлен уплотнительный элемент.

При этом опорная поверхность корпуса выполнена в виде кольцевой крышки, в отверстии которой расположена ступица, а между цилиндрическими поверхностями отверстия и ступицы установлены уплотнения.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема силовой установки; на фиг. 2 - вариант выполнения установки с муфтой свободного хода, поперечный разрез; на фиг. 3 - то же, с управляемой муфтой; на фиг. 4 - продольный разрез планетарного редуктора; на фиг. 5 - то же, вариант выполнения со сквозным отверстием в ступице; на фиг. 6 - схематичное расположение элементов коронной шестерни.

Силовая пропеллерная установка содержит поршневой двигатель с корпусом 1 и коленчатым валом 2, два коаксиально расположенных пропеллера 3 и 4 и планетарный редуктор 5, связанный с коленчатым валом 2 и выполненный в виде солнечной 6 и коронной 7 шестерен, а также установленных между ними на водилах 8 сателлитов 9, причем солнечная шестерня 6 размещена на коленчатом валу 2, а коронная шестерня 7 установлена с возможностью вращения, при этом редуктор 5 выполнен одноступенчатым, коронная шестерня 7 установлена в корпусе 1 с возможностью однонаправленного вращения и связана с последним посредством муфты 10, пропеллер 3 соединен с водилами 8, а пропеллер 3 закреплен на коленчатом валу 2 и выполнен меньшего диаметра. Муфта 10 может быть выполнена в виде муфты свободного хода, элементы 11 которой установлены между коронной шестерней 7 и корпусом 1. Элементы 11 муфты свободного хода могут быть выполнены в виде подпружиненных храповых зубьев 12. Муфта 10 может быть выполнена фрикционной и связана с механизмом 13 управления.

Планетарный редуктор силовой установки содержит корпус 1 (см. фиг. 4-6), вал двигателя 2 с установленной на нем солнечной шестерней 3, ступицу 4 с закрепленным на нем силовым пропеллером (не показан), коронную шестерню 5, связанную с корпусом 1 при помощи промежуточных элементов 6 с возможностью вращательного движения вокруг своей оси, и сателлиты 7, установленные на водилах 8 и расположенные между солнечной 3 и коронной 7 шестернями, причем водила 8 связаны со ступицей 4, промежуточные элементы 6 выполнены в виде подпружиненных зубьев 12 храповой муфты, установленных в корпусе 1 с обеспечением однонаправленного вращения коронной шестерни 7, ступица 4 выполнена заодно с водилами 8, вал двигателя 2 размещен в осевом отверстии ступицы 4, а коронная шестерня 7 выполнена в виде втулки 9 с кольцевым буртиком 10 на внешней ее поверхности, при этом с одной стороны буртика 10 расположена опорная поверхность корпуса 1, а другая его сторона связана с зубьями 12 храповой муфты. Ступица 4 может быть размещена на валу 2 при помощи подшипника качения 11. Осевое отверстие ступицы 4 может быть выполнено сквозным, а на конце вала 2 установлен маховик, который может быть выполнен в виде дополнительного пропеллера (см. фиг. 1-3), при этом силовой пропеллер может быть закреплен на торцевой поверхности ступицы 4.

Кольцевой буртик 10 втулки 9 может быть связан с зубьями 12 храповой муфты при помощи выполненных в виде колец соединительного элемента 13 и фиксатора 14, установленных последовательно на внешней поверхности втулки 9, на торцевых поверхностях буртика 10 и фиксатора 14 выполнены выемки 15, а на торцевых поверхностях соединительного элемента - выступы 16, причем соединительный элемент установлен между буртиком 10 и фиксатором 14, его выступы 16 расположены в выемках 15 последних, а на внешней поверхности фиксатора 14 выполнены впадины 17, контактирующие с зубьями 12 храповой муфты.

Между опорной поверхностью корпуса 1 и кольцевой поверхностью буртика 10 может быть установлен уплотнительный элемент 18.

Опорная поверхность корпуса 1 может быть выполнена в виде кольцевой крышки 19, в отверстии которой расположена ступица 4, а между цилиндрическими поверхностями отверстия и ступицы 4 установлены уплотнения 20.

Силовая установка работает следующим образом.

Крутящий момент от коленчатого вала 2 поршневого двигателя передается на пропеллер 3 большего диаметра (см. фиг. 1-3) через солнечную шестерню 6, сателлиты 9 и водила 8 при неподвижной коронной шестерне 7, зафиксированной от проворота относительно корпуса 1 при помощи муфты 10, например, свободного хода. Пропеллер 4 меньшего диаметра жестко закреплен на коленчатом валу 2 и вращается с пропеллером 3 в одном направлении. Жесткая связь пропеллера 4 с валом 2 позволяет использовать его одновременно в качестве маховика двигателя внутреннего сгорания и движителя, что повышает эффективность работы силовой установки. При этом в сравнении с традиционным маховиком двигателя указанное его выполнение позволяет значительно уменьшить его массу из-за возможности увеличения его среднего диаметра, а значит и уменьшения нагрузки в механизмах установки и повысить надежность их работы. В сравнении же с прототипом, в котором маховик связан с валом двигателя через редуктор, жесткая связь с валом позволяет снизить неравномерность вращения вала двигателя за счет увеличения скорости его вращения, что также повышает надежность работы механизмов установки. Кроме того, установка пропеллера 4 меньшего диаметра коаксиально с пропеллером 3 позволяет эффективней использовать площадь, занимаемую движителем за счет повышения эффективности использования его комлевой части, а также повышения эффективности охлаждения двигателя, находящегося примерно в пределах окружности пропеллера 4, а расположение, в свою очередь пропеллера 3 большего диаметра за пропеллером 4 позволяет повысить эффективность работы последнего за счет устранения его концевых вихревых потоков.

При снижении нагрузки двигателя, например при изменении режима его работы, момент инерции пропеллера 3 может превышать крутящий момент двигателя, в результате чего меняется направление действия силы в зацеплениях планетарного редуктора 5, что приводит к необходимости повышения требований к прочности его элементов, а значит и массы и габаритов редуктора. При установке муфты 10 в редукторе 5 избыточный момент инерции воспринимается коронной шестерней 7, которая получает возможность однонаправленного вращения в направлении реакции силы в зацеплении с сателлитом 9. Указанный эффект может быть достигнут за счет установки между коронной шестерней 7 и корпусом 1 муфты свободного хода, элементы 11 которой, например подпружиненные храповые зубья 12, расположены в корпусе 1 и взаимодействуют с выемками коронной шестерни 7. Муфта 10 может быть выполнена также фрикционной (см. фиг. 3). Предпочтительно при этом снабдить ее механизмом 13 управления, связанным, например, с органом управления двигателем. Управляемой может быть и муфта с храповыми зубьями 12. Наличие механизма 13 управления позволяет разрывать кинематическую связь коленчатого вала 2 с пропеллером 3, например, при запуске двигателя.

Установка в редукторе 5 муфты 10 позволяет также избежать серьезных аварий при заклинивании двигателя за счет возможности вращения пропеллера 3 при этом в режиме авторотации. При конкретном выполнении планетарного редуктора (см. фиг. 4-6) вращение вала 2 двигателя с установленной на нем солнечной шестерней 3 передается через сателлиты 7 водилам 8, выполненным заодно со ступицей 4, на которой закреплен силовой пропеллер.

Выполнение водил 8 и ступицы 4 заодно позволяет значительно уменьшить осевые габариты редуктора, а значит и нагрузки в его зацеплениях из-за снижения величины перекосов в последних.

Размещение вала 2 в осевом (глухом или сквозном) отверстии ступицы 4, например, посредством подшипника качения 11 позволяет уменьшить перекосы в зацеплениях редуктора за счет совместного углового перемещения осей элементов зацепления.

Возможность углового смещения оси коронной шестерни 5 совместно с осями сателлитов 7 и солнечной шестерни 3 осуществляется за счет выполнения коронной шестерни 5 в виде втулки 9 с кольцевым буртиком 10 и связи последнего с зубьями 12 храповой муфты посредством установленных последовательно соединительного элемента 13 и фиксатора 14, причем соединительный элемент 13 установлен между буртиком 10 и фиксатором 14, его торцевые выступы 16 расположены в выемках 15 буртика 10 и фиксатора 14, а впадины 17 последнего контактируют с зубьями 12 храповой муфты.

Изобретение позволяет повысить эффективность работы и надежность, уменьшить габариты и массу установки, что в свою очередь повышает экономичность двигателя и расширяет функциональные возможности транспортных средств, снабженных пропеллерной силовой установкой. (56) Патент США N 2214529, кл. F 02 B 75/18, 1940.

Заявка Великобритании N 2165024, кл. F 16 H 1/22, 1986.

Заявка ФРГ N 1198206, кл. В 64 D 35/00, 1965.