Что такое редуктор газотурбинного двигателя

редуктор газотурбинного двигателя

Редуктор газотурбинного двигателя содержит установленную на входном валу ведущую шестерню, находящуюся в зацеплении с неподвижными промежуточными шестернями, которые в свою очередь находятся в зацеплении с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на выходном валу редуктора. Промежуточные шестерни выполнены двойными и состоящими из большей и меньшей по внешнему диаметру зубчатого венца шестерен. Большая шестерня находится в зацеплении с ведущей шестерней и с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на внешнем выходном валу редуктора. Расположенная ближе к выходу из редуктора шестерня с меньшим диаметром находится в зацеплении с ведомой шестерней внешнего зацепления, установленной на внутреннем выходном валу редуктора. Ведущая и ведомые шестерни закреплены на валах телескопически с возможностью самоустановки на промежуточных шестернях. Промежуточные шестерни установлены в корпусе редуктора на роликовом со стороны входа и шариковом со стороны выхода подшипниках. Причем число двойных промежуточных шестерен составляет от 3 до 5, а отношение ширины зубчатого венца большей промежуточной шестерни по делительной окружности к ширине зубчатого венца ведомой шестерни внутреннего зацепления по делительной окружности составляет от 1,5 до 3. Изобретение позволяет повысить надежность редуктора за счет снижения нагрузок на подшипники промежуточных шестерен и выравнивания нагрузок на эти шестерни. 1 ил.

Формула изобретения

Редуктор газотурбинного двигателя с установленной на входном валу ведущей шестерней, находящейся в зацеплении с неподвижными промежуточными шестернями, которые в свою очередь находятся в зацеплении с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на выходном валу редуктора, отличающийся тем, что промежуточные шестерни выполнены двойными и состоящими из большей и меньшей по внешнему диаметру зубчатого венца шестерен, причем большая шестерня находится в зацеплении с ведущей шестерней и с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на внешнем выходном валу редуктора, а расположенная ближе к выходу из редуктора шестерня с меньшим диаметром находится в зацеплении с ведомой шестерней внешнего зацепления, установленной на внутреннем выходном валу редуктора, при этом ведущая и ведомые шестерни закреплены на валах телескопически с возможностью самоустановки на промежуточных шестернях, а промежуточные шестерни установлены в корпусе редуктора на роликовом со стороны входа и шариковом со стороны выхода подшипниках, при этом: К=3. 5, a H/h=1,5. 3, где К — число двойных промежуточных шестерен,

Н — ширина зубчатого венца большей промежуточной шестерни по делительной окружности,

h — ширина зубчатого венца ведомой шестерни внутреннего зацепления по делительной окружности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к редукторам авиационных турбореактивных двигателей.

Известен планетарный дифференциальный редуктор для привода соосных винтов авиационного газотурбинного двигателя (С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.497, рис.11.7д).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность и повышенная сложность, так как для поддержания постоянного передаточного числа от турбины к переднему и заднему винтам лопасти винтов необходимо выполнять поворотными относительно втулки винта, для этого в редукторе размещается сложная система управления лопастями винта.

Наиболее близким к заявляемому является соосный планетарный редуктор с остановленным водилом, у которого ведущая шестерня внутреннего зацепления, установленная на входном валу, находится в зацеплении с неподвижными промежуточными (сателлитными) шестернями, которые установлены на подшипниках скольжения и в свою очередь находятся в зацеплении с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на выходном валу (патент US №6622473 ВВ от 05.12.2001 г.).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных нагрузок на подшипники скольжения промежуточных (сателлитных) шестерен, на которые действуют окружные усилия как от ведущей, так и от ведомой шестерен, а также из-за неравномерности нагрузок, передаваемых от ведущей шестерни на промежуточные (сателлитные) шестерни.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности редуктора газотурбинного двигателя путем снижения нагрузок на подшипники промежуточных (сателлитных) шестерен и выравнивания нагрузок на эти шестерни.

Сущность технического решения заключается в том, что в редукторе газотурбинного двигателя с установленной на входном валу ведущей шестерней, находящейся в зацеплении с неподвижными промежуточными шестернями, которые в свою очередь находятся в зацеплении с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на выходном валу редуктора, согласно изобретению, промежуточные шестерни выполнены двойными и состоящими из большей и меньшей по внешнему диаметру зубчатого венца шестерен, причем большая шестерня находится в зацеплении с ведущей шестерней и с ведомой шестерней внутреннего зацепления, установленной на внешнем выходном валу редуктора, а расположенная ближе к выходу из редуктора шестерня с меньшим диаметром находится в зацеплении с ведомой шестерней внешнего зацепления, установленной на внутреннем выходном валу редуктора, при этом ведущая и ведомые шестерни закреплены на валах телескопически с возможностью самоустановки на промежуточных шестернях, а промежуточные шестерни установлены в корпусе редуктора на роликовом со стороны входа и шариковом со стороны выхода подшипниках, при этом: К=3. 5, a H/h=1,5. 3, где:

К — число двойных промежуточных шестерен,

Н — ширина зубчатого венца большей промежуточной шестерни по делительной окружности.

h — ширина зубчатого венца ведомой шестерни внутреннего зацепления по делительной окружности.

Выполнение промежуточных шестерен двойными позволяет поделить мощность, поступающую на редуктор, на большее количество потоков (˜в 2 раза) по сравнению с редуктором с однорядными промежуточными шестернями, что снижает окружную нагрузку на зуб ведомых шестерен и повышает надежность редуктора.

Выполнение промежуточных шестерен с большим и меньшим внешним диаметром зубчатого венца позволяет снизить до минимума разницу оборотов внешнего и внутреннего выходных валов редуктора, что повышает надежность вентилятора и редуктора газотурбинного двигателя.

Находящаяся в зацеплении с большей промежуточной шестерней ведомая шестерня внутреннего зацепления и расположенная ближе к выходу редуктора промежуточная шестерня с меньшим диаметром зубчатого венца, находящаяся в зацеплении с ведомой шестерней внешнего зацепления, создают на зубьях ведомых шестерен окружные усилия, направленные в противоположные стороны, что значительно, в несколько раз, снижает нагрузку на ось и на подшипники, на которых установлены промежуточные шестерни в корпусе редуктора, что повышает надежность редуктора в целом.

Установка промежуточных шестерен в корпусе редуктора на роликовом и на шариковом подшипниках позволяет фиксировать промежуточные шестерни в осевом и радиальном направлениях и снижает количество необходимого для смазки редуктора масла, повышая таким образом надежность редуктора, особенно на режимах авторотации газотурбинного двигателя в условиях дефицита смазки. При этом, в виду минимальных нагрузок на опору со стороны выхода редуктора, подшипник промежуточных шестерен со стороны выхода редуктора выполнен шариковым, так как обладает меньшей несущей способностью по сравнению с роликовым.

Установка ведущей и ведомых шестерен на валах телескопически, с возможностью самоустановки этих шестерен на расположенных по окружности промежуточных шестернях, позволяет выравнивать передаваемую нагрузку между всеми промежуточными шестернями, что повышает надежность редуктора газотурбинного двигателя.

При числе двойных промежуточных шестерен К 5 уменьшается передаточное число редуктора, что снижает экономичность и надежность газотурбинного двигателя и редуктора.

При H/h 3 снижается надежность редуктора из-за повышенных напряжений в зубьях ведомой шестерни внутреннего зацепления.

На чертеже изображен продольный разрез редуктора газотурбинного двигателя.

Редуктор 1 газотурбинного двигателя состоит из ведущей шестерни 2, установленной телескопически, с осевыми и радиальными зазорами, с возможностью самоустановки с помощью шлицевого соединения 3 на входном валу 4, а также ведомых шестерен 5 и 6 внешнего и внутреннего зацепления, соответственно, установленных телескопически, с возможностью самоустановки с помощью шлицевых соединений 7 и 8 на внутреннем 9 и внешнем 10 выходных валах редуктора 1. Выходные валы 9 и 10 установлены на подшипниках качения 11 и 12 соответственно. Ведущая 2 и ведомые 5 и 6 шестерни находятся в зацеплении с расположенными по окружности двойными промежуточными шестернями 13, причем ведущая шестерня 2 и ведомая шестерня 6 внутреннего зацепления с зубчатым венцом 14 находятся в зацеплении с большей по внешнему диаметру 15 зубчатого венца 16 промежуточной шестерней 17, расположенной со стороны входного вала 4, а ведомая шестерня 5 внешнего зацепления находится в зацеплении с меньшей по внешнему диаметру зубчатого венца 18 промежуточной шестерней 19, расположенной со стороны выходных валов 9 и 10. Шестерни 17 и 19, образующие двойную промежуточную шестерню 13, установлены в неподвижном корпусе 20 редуктора 1 с помощью шарикового подшипника 21, расположенного со стороны выходных валов 9 и 10, а также с помощью роликового подшипника 22, расположенного со стороны входного вала 4. Число равномерно расположенных по окружности двойных промежуточных шестерен 13 выбрано равным 3. 5, что обеспечивает необходимое для газотурбинного двигателя передаточное число редуктора, снижает нагрузку на зубчатые венцы 16 и 18 шестерен 17 и 19, а также обеспечивает равномерное распределение нагрузки между промежуточными шестернями 13.

Работает устройство следующим образом. При работе редуктора 1 газотурбинного двигателя передаваемая мощность на редуктор 1 поступает по валу 4 через ведущую шестерню 2, которая за счет радиальных зазоров по шлицевому соединению 3 с валом 4 может самоустанавливаться между расположенными по окружности промежуточными шестернями 17, что способствует равномерному распределению нагрузки на эти шестерни, повышая таким образом надежность редуктора 1. Аналогичным образом самоустанавливаются и ведомые шестерни 5 и 6 по промежуточным шестерням 19 и 17. Равномерному распределению нагрузки между промежуточными шестернями 13 также способствует радиальная податливость шестерен 2, 5 и 6, которые выполнены с малой толщиной обода. Так как выходные валы 9 и 10 редуктора 1 вращаются в противоположные стороны, то окружные усилия промежуточной шестерни 19 меньшего диаметра частично парируются окружными усилиями шестерен 2 и 4, что существенно уменьшает нагрузку на подшипники 21 и 22, повышая таким образом надежность редуктора 1.

Источник

РЕДУКТОРЫ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Числа оборотов роторов турбокомпрессоров современных турбовинтовых двигателей (ТВД), на рабочем режиме, находят­ся в пределах 6000—30000 об/мин. Значения оптимальных оборотов ротора определяются из условия получения заданной мощности в расчетных условиях при максимальном КПД двигателя, наименьших габари­тах, массе и обеспечении необходимых запасов прочности деталей двигателя.

Число оборотов воздушного винта данно­го самолета определяется при подборе винта с учетом мощно­сти ТВД, высоты и скорости полета самолёта, по характеристикам винта, его геометрическим размерам, допустимым, по условиям обеспечения прочности, окружным скоростям. Число оборотов винтов ТВД и турбовальных двигателей (ТВаД) составляет обычно 120…1500 об/мин., (таблица 1) Такое не­соответствие, числа оборотов ротора турбокомпрессора двигателя и по­требного числа оборотов воздушного винта приводит к необхо­димости включения в кинематическую схему двигателя устройств, согласования оборотов винта и ротора.

Классы МПК: F02C7/36 передача мощности между различными валами газотурбинной установки или между газотурбинной установкой и потребителем мощности
Автор(ы): Кузнецов Валерий Алексеевич (RU)
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество «АВИАДВИГАТЕЛЬ» (RU)
Приоритеты:
ТВД Турбовальный ГТД
Тип и наименование
двигателя
АИ-20 АИ-24 ТВ2-117 Д25-В
Частота вращения ро- тора турбокомпрессора или свободной турбины, об/мин 15 100
Тип и частота враще- Тянущий Тянущий Несущий Несущий
ния винта, об/мин

В качестве такого узла применяется редуктор.

Редуктором двигателя называется понижающая зубчатая пе­редача от ротора на воздушный винт с целью согласования наи­выгоднейших скоростей вращения ротора и винта.

Степень снижения скорости вращения редуктором оценивает­ся передаточным числом, т. е. отношением числа оборотов (ве­дущего) ротора двигателя к числу оборотов (ведомого) вала винта:

где nд—число оборотов ротора двигателя; пв — число оборотов вала винта.

Передаточные числа редукторов ТВД находятся в диапазоне от 5 до 17. Величина, обратная передаточному числу, называет­ся степенью редукции.

Редукторы могут составлять часть конструкции ГТД, а иногда представляют собой самостоятельную часть силовой установки летательного аппарата, имеют собственный корпус, узлы крепле­ния, систему смазки и охлаждения и связываются с двигателем валами (рессорами).

В схеме ТВД рис.2.1,а редуктор выполнен непосредственно в корпусе двигателя. При этом корпус редуктора образует с наружным корпусом двигателя канал входного устройства компрессора. На рис. 2.1,б показана схема ТВД с вынесенным редуктором. Редуктор закреплен на двигателе (с помощью стерж­невой рамы) и непосредственно в конструкцию двигателя не входит.

Передача мощности с двигателя на винт осуществляется сравнительно длинным валом (рессорой). Величина выноса редуктора в этом случае определяется условиями компоновки силовой установки на летательном аппарате. Схема, приведенная на рис. 2.1,в, от­носится к силовой установке, которая состоит из ГТД со свободной турбиной, приводящей в движение несущий винт через редуктор, который имеет самостоятельные узлы крепления в виде стержневой фермы. Редуктор в этой схеме является самостоятель­ной частью силовой установки с собственной системой смазки и охлаждения. Схема рис.2.1,в применяется в качестве силовой установки в вертолётных ГТД.

Редукторы можно использовать в кон­струкции ТРДД, когда одна и та же турбина приводит в движение компрессор и вентилятор или отдельные ступени комбинированного компрессора двигателя,

Рис. 2.1. Схемы размещения редукторов:

а и б — для ТВД; в — для вертолетного ГТД; г— для ТРДД;

1 — винт; 2 — редуктор; 3 — двигатель; 4 — вентилятор

вращающиеся с различной частотой (рис.2.1,г). В этом случае iред обычно не превышает 3.

Редуктор является сложным и ответственным агрегатом, и его доводка нередко задерживала выход многих ТВД в серийное производство. Трудности, которые возникают при создании редукторов, связаны с необ­ходимостью при малых габаритах и массе передать на воздушный винт большие мощности (10000— 15000 л. с.), с минимальными потерями.

Редуктор является источником возникновения крутильных колебаний в ТВД. Причина возникновения вынуждающей силы обусловлена ошибками шага зубьев колес редуктора и дефор­мации зубьев при передаче мощности. Это, в свою очередь, может вызвать колебания лопаток турбин и компрессора, опасные по причине возможных поломок лопаток и аварии двигателя. Технологическая сложность узла редуктора удлиняет сроки доводки ТВД по сравнению с ТРД.

Дата добавления: 2019-09-30 ; просмотров: 422 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Читайте также:  При запуске двигателя тухнет панель приборов
Adblock
detector