Характеристика редукторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Назначение редукторов

Редуктором называют устройство, предназначенное для понижения частоты вращения ротора при передаче крутящего момента от турбины к потребителю мощности. Редукторы входят в состав ТВД и ТВаД, у которых в качестве движителей используют воздушные винты. Кроме того, в конструкциях ТВВД и у некоторых современных ТРДД с большой степенью двухконтурности также применяют редукторы.

В конструкциях ГТД необходимость использования редукторов обусловлена следующим. Для турбины повышение оборотов ротора позволяет сконструировать её более компактной, с меньшими диаметральными размерами. Поэтому при передаче крутящего момента от высокооборотной турбины к потребителю должно быть произведено понижение частоты вращения ротора. (У созданных ГТД обороты ротора турбины имеют уровень от 6000 до 15000 об / мин. А обороты винта у ТВД находятся в диапазоне от 700 до 1200 об/мин. У ТВВД оптимальные обороты винтовентилятора также имеют сравнительно низкий уровень - от 1200 до 1800 об / мин).

Отношение числа оборотов ротора турбины к числу оборотов воздушного винта (или вентилятора) называют передаточным числом редуктора: i = П^рб / Пвинта. Это число может находиться в пределах от 5 до 15. А у редукторов, используемых в вертолётах для привода винтов от ТВаД, передаточное число имеет ещё большую величину - от 15 до 25.

Авиационные редукторы являются компактными высокотехнологичными устройствами. Их удельная масса на 1-2 порядка меньше, чем у редукторов общего машиностроения. Но даже несмотря на это, масса редукторов составляет значительную долю в общей массе авиационного двигателя. Причём практически половина её приходится на массу зубчатых колёс основной кинематической цепи и на массу корпуса редуктора.

Отличительной особенностью авиационных редукторов является относительно высокий уровень тепловыделения в его узлах трения (в зубчатых зацеплениях и в подшипниковых узлах), что связано с их высокими контактными нагрузками. Поэтому для редукторов характерна повышенная величина потребной прокачки масла для охлаждения и смазки указанных узлов трения. И как следствие, у двигателей, в состав которых входит редуктор, значительное внимание конструкторы вынуждены уделять вопросам эффективного охлаждения масла с целью обеспечения минимально возможной его входной температуры. Особенно остро этот вопрос назрел у высокоэкономичных ТВВД большой мощности

редуктор кинематический схема

Основные требования к редуктору

1. Минимальные диаметральные размеры конструкции узла.

2. Минимальная масса.

3. Высокий КПД (не менее 0,99).

Надёжность работы в течение установленного ресурса, гарантирующая высокую степень безопасности полётов.

Ниже приведено обоснование существа этих требований.

1 На характер поля скоростей на входе в компрессор и на величину овх влияют диаметральные размеры редуктора. При этом, они однозначно определяют минимально возможное значение диаметра втулки первой ступени компрессора.

2 По статистике доля редуктора составляет 20.30 % от общей массы двигателя. Этим обусловлена важность требования по обеспечению минимально возможной массы данного узла. У созданных авиационных ТВД масса редукторов (кг) по статистике составляет

Стремление к снижению массы редуктора вызывает необходимость применения в его конструкции высококачественных материалов, допускающих высокие нагрузки. ( Так, например, контактные напряжения в зубчатых зацеплениях могут достигать 15-10 МПа).

3 Выполнение требования по обеспечению высокого КПД редуктора важно с точки минимизации общих потерь мощности двигателя. При этом КПД редуктора зависит не только от потерь на трение в подшипниках и в зубчатых колёсах, но часть энергии в этом узле теряется вследствие эффекта гидроторможения масла, обильно подаваемого для охлаждения и смазки его трущихся пар. Указанные потери энергии в редукторе в виде тепла поступают в масло, вызывая его подогрев.

В важности выполнения рассматриваемого требования можно убедиться на простом арифметическом примере. Так, при прочих равных условиях потери тепла у редуктора с КПД 0,98 вдвое больше, чем у редуктора, имеющего КПД 0,99. Следовательно, с уменьшением КПД редуктора для эффективного отвода тепла от узлов трения редуктора требуется большая величина прокачки масла. А это приведёт к усложнению схемы масляной системы двигателя, к увеличению массы и габаритных размеров агрегатов, входящих в её состав (особенно маслоохладителя воздушного типа).

4 Высокую надёжность редуктора обеспечивают за счёт:

· применения высококачественных конструкционных материалов,

· выбора рациональной кинематической схемы редуктора,

· обеспечения достаточной жесткости его элементов,

· обеспечения требуемых запасов прочности,

· использования прогрессивной технологии изготовления его узлов и деталей,

· использования оборудования с высокой точностью обработки,

· обеспечения высокой чистоты поверхностей трущихся пар,

· поверхностного упрочнения деталей,

· использования масел с высокой несущей способностью в тонком слое, выдерживающих контактные нагрузки не менее 15000 Па.

Классификация pедуктоpов

В конструкциях редукторов можно выделить ряд отличительных признаков.

1. По расположению относительно двигателя (бывают редукторы, непосредственно входящие в конструкцию двигателя, или выносные; а иногда редуктор размещают сзади двигателя с приводом от свободной турбины).

2. По числу ведущих и ведомых валов различают редукторы:

· с одним ведущим и одним ведомым валами,

· с одним ведущим и двумя ведомыми валами,

· с двумя ведущими валами и с одним ведомым.

3. По расположению ведущих и ведомых валов:

· редукторы называют соосными, если у них положение осей главных валов совпадает;

· редукторы могут иметь параллельные оси входных и выходных валов;

· в конструкции редуктора могут быть пересекающиеся оси главных валов, (например, такие устройства применяют в вертолётах).

4. По числу ступеней различают одно- и двухступенчатые редукторы. Последние получили более широкое распространение, так как они позволяют обеспечивать высокий уровень передаточных отношений.

5. По кинематической схеме различают простые, планетарные и дифференциальные редукторы. Но бывают редукторы комбинированных схем.

6. По типу используемых шестерён: цилиндрические (с внешним или с внутренним зацеплением) и конические.

7. По типу зубьев шестерён: прямозубые, косозубые и шевронные.

На рис. в качестве примера показана конструкция соосного редуктора ТВД, размещённого на входе в двигатель (с одним ведущим и одним ведомым валами).

Редуктор ТВД:

1 - маслоперепускная втулка; 2 - корпус втулки; 3 - ведущее зубчатое колесо измерителя крутящего момента; 4 - зубчатое колесо внутреннего зацепления; 5 - зубчатое колесо внешнего зацепления; 6 - корпус; 7 - венец измерителя крутящего момента; 8 - зубчатое колесо внутреннего зацепления планетарной передачи; 9 - водило; 10 - рессора; 11 - ведущее зубчатое колесо планетарной передачи; 12 - ось сателлита; 13 - сателлит; 14 - корпус редуктора; 15 - ось зубчатого колеса; 16 - зубчатое колесо; 17 - вал винта

Из представленного рисунка видна конструктивная сложность авиационного редуктора даже с одним выходным валом. Ниже рассмотрены кинематические схемы редукторов, наиболее широко используемых в двигателях, устанавливаемых на самолётах.

Кинематические схемы редукторов

Простые редукторы. Простые редукторы отличаются минимальным количеством шестерён, используемых для обеспечения заданного передаточного отношения. При этом у них все подшипники установлены между вращающимися и неподвижными деталями.

На выходном валу может быть установлена центральная шестерня либо внешнего зацепления (рис. 2.6.2, а), либо шестерня внутреннего зацепления (рис. 2.6.2, б). По сравнению с первой схемой второй вариант выполнения редуктора предпочтительнее, так как у него выше кинематический эффект и к тому же в зубчатом зацеплении выходной пары контактные напряжения на 20-30 % меньше. Но так как она несколько сложнее в изготовлении, то её применяют в редукторах для передачи больших мощностей (>1500 кВт). В обеих из приведенных схем шестерни, передающие мощность от ведущего вала к промежуточному, могут быть продублированы, что позволяет выравнивать нагрузки на подшипники промежуточного вала, уменьшать опасность перекоса в зацеплении этих шестерён и улучшать условия работы корпуса редуктора.

Планетарные редукторы. В планетарных редукторах одна из центральных шестерён является неподвижной. Зацепление может быть внешним или внутренним. Передаточное отношение при одних и тех же размерах выше, чем у простого редуктора. Такой тип редукторов нашел широкое применение в авиационных двигателях.

Схемы простых редукторов

Схема планетарного редуктора

Шестерня, сидящая на ведущем валу, получила название «солнечной», потому что сопряженные с ней промежуточные шестерни (количество которых может быть 3 - 7 и более) вращаются вокруг неё подобно планетам Солнечной системы. Эти шестерни назвали «сател- литными». Кинематика их вращения вокруг ведущей «солнечной» шестерни является вынужденной, так как они одновременно находятся в зацеплении с неподвижной шестерней, имеющей внутренний зубчатый венец.

Сателлитные шестерни свободно вращаются на осях «водила», жестко соединённого с валом винта. Вал винта вращается в ту же сторону, что и приводной вал турбины двигателя.

Кинематический эффект планетарного редуктора при одних и тех же размерах выше, чем у простого редуктора. На рис. 2.6.4 показана схема планетарного редуктора ТВД НК-4.

Схема редуктора двигателя НК-4

Схема дифференциального редуктора двигателя НК-12

Дифференциальный редуктор. Дифференциальный редуктор отличается от планетарного тем, что у него центральная шестерня выходного вала вращается. При этом она приводит во вращение второй винт. Таким образом, у дифференциального редуктора вращаются все три звена основной передачи: «солнечная» шестерня, водило и центральная венцовая шестерня.

Дифференциальные редукторы используют для привода двух соосных винтов, вращающихся в разные стороны.

Размещение подшипников в корпусе дифференциального редуктора

Обеспечение согласованной работы элементов редуктора

Для обеспечения согласованной работы всех элементов редуктора должен быть выполнен ряд условий.

1 Условие соосности.

Межцентровые расстояния во всех рядах шестерен должны быть одинаковыми.

2 Условие соседства.

Количество сателлитных шестерён выбирают с учётом того, чтобы не было задевания зубьев соседних сателлитов друг за друга.

3 Условие сборки.

Должно быть гарантировано зацепление всех шестерён и сателлитов.

Размещено на Allbest.ru