Проектирование редуктора, выполненного по схеме замкнутого дифференциального планетарного механизма, для высотного турбовинтового двигателя

Корпус маслоперепускной втулки и стакан имеют отверстия для подвода масла от регулятора оборотов винта и маслоагрегата на управление винтом и смазку деталей редуктора.

Сзади картер имеет два наружных цилиндрических пояска: верхний предназначен для центровки капота самолета, нижний - для центровки редуктора в лобовом картере.

Ведущий вал-рессора 13 передает крутящий момент от ротора двигателя к редуктору. Вал полый, изготовлен из стали 40ХН, термообработан, снабжен двумя шлицевыми хвостовиками.

Передним хвостовиком вал соединен с ведущей шестерней редуктора, задним - с ротором компрессора. Кроме того, со шлицами заднего хвостовика соединяется ведущая шестерня приводов агрегатов лобового картера.

Планетарный механизм состоит из следующих основных деталей: ведущей шестерни 14, корпуса сателлитов 17, трех шестерен-сателлитов 15, их осей 18, шестерни внутреннего зацепления 16, ступицы 19 и деталей сателлитных подшипников.

Зубья шестерен коррегированы для уменьшения контактных напряжений и выравнивания удельных скольжений.

Ведущая шестерня изготовлена из стали 20Х2Н4А, термообработана; зубья цементированы. Внутренними шлицами шестерня свободно установлена на шлицах ведущего вала, что позволяет шестерне самоустанавливаться по сателлитам при работе.

Зубья шестерни охлаждаются и смазываются маслом, подливаемым под давлением от трех форсунок 23, установленных в корпусе сателлитов.

Сателлиты изготовлены из стали 20Х2Н4А, цементированы по рабочим поверхностям и установлены в корпусе сателлитов на двух рядах роликов. Беговыми дорожками для роликов служат цементированные внутренние поверхности сателлитов и наружные поверхности осей.

Ролики 22 разделены между собой распорной втулкой с отверстием для смазки трущихся поверхностей.

В отверстии сателлита выполнены проточки, в которых установлены ограничительные кольца со стопорные замками, фиксирующие сателлит от осевых перемещений по роликам.

Расположенные на оси сателлита ролики упираются своими торцами в цианированные торцы боковых упорных колец.

Ось сателлита - пустотелая, изготовлена 20Х2Н4А и цементирована по наружному диаметру. От осевых перемещений ось фиксируется опорным буртиком и стопорным кольцом. На упорном буртике выполнен срез, совпадающий при сборке с выступом на торце втулки шарикоподшипника 11 и фиксирующий ось от проворота.

Внутри оси сателлита установлена пустотелая втулка из магниевого сплава МЛ5.

Рядом с буртиком и канавкой под стопорное кольцо имеются радиальные сверления, через которые масло из сверлений в корпусе сателлитов подается внутрь оси на смазку подшипника и перепускается к форсункам.

Форсунки имеют по три расходных отверстия. Через одно отверстие масло попадает на зубья ведущей шестерни при входе в зацепление, через два других - при выходе из зацепления.

От осевых перемещений шестерня 14 зафиксирована плоскими стопорными кольцами.

Корпус сателлитов 17 изготовлен из стали 35ХМ, выполнен в виде коробки с окнами, в которых смонтированы сателлиты.

Спереди коробка переходит в пустотелый вал, соединенный эвольвентными шлицами с валом винта. Передним концом корпус сателлитов центрируется в вале винта, для чего предусмотрена специальная опора 46, и удерживается от осевых перемещений стопорными кольцами 71 и регулировочным кольцом 43.

С корпусом сателлитов соединена втулка подшипника 27, в которой размещен подшипник 82, фиксирующий ступицу 19 от осевых перемещений.

Во внутренней полости вала корпуса сателлитов установлена втулка перепуска масла, образующая со стенками вала кольцевую полость. Сюда подводится под давлением масло и распределяется на смазку деталей перебора и планетарного механизма. В задней части маслоперепускной втулки установлена форсунка для смазки шлицев ведущей шестерни.

Шестерня внутреннего зацепления изготовлена из стали 38Х2МЮА, профили зубьев азотированы. Часть зубьев венца, отделенная от остальной части канавкой, используется как шлицы для соединения со ступицей планетарного механизма. Поверхность шлицев венца омеднена для предохранения от наклепа.

На шлицах прорезана кольцевая канавка, совпадающая с канавкой на шлицах ступицы 19, сюда через отверстие в ободе ступицы забрасывается барботажное масло для охлаждения и смазки шлицевого соединения. Шестерня зафиксирована на ступице двумя стопорными кольцами.

Ступень перебора состоит из следующих остальных деталей: ведущей шестерни 32, корпуса перебора 33, четырех шестерен 34, их осей 35, шестерни внутреннего зацепления 37, ступицы 39, деталей роликовых подшипников.

Ведущая шестерня 32, шестерни 34 и 37, оси 35 и детали роликовых подшипников взаимозаменяемы с аналогичными деталями планетарного механизма.

По окружности шестерни 34 размещены 12 роликов.

Крепления осей шестерен, подвод масла, окна под шестерни выполнены также, как и в корпусе сателлитов.

Снаружи на задней стенке корпуса перебора имеются шлицы, который соединяют корпус перебора через детали ИКМ с картером редуктора.

Передняя стенка корпуса переходит в цилиндрический хвостовик. В центральное отверстие хвостовика запрессованы две бронзовые втулки, которыми корпус перебора центрируется по валу корпуса сателлитов. Втулки образуют кольцевую канавку, в которую через отверстия в вале корпуса сателлитов подается масло на охлаждение и смазку деталей перебора.

Ступица перебора 39 изготовлена из стали 20Х2Н4А, наружные шлицы ступицы цементированы.

Наружные шлицы такие же, как и на ступице 19 планетарной передачи. Внутренними шлицами ступица соединяется с валом винта.

На ступице выполнен центрирующий поясок и резьбовые отверстия для установки ведущей шестерни маслонасоса ИКМ.

Вал винта служит для передачи крутящего момента на винт, кроме того, воспринимает тягу винта, изгибающий момент от веса винта и гироскопический момент.

Вал - пустотелый, изготовлен из стали 40ХН, термообработан. Он установлен в картере на двух подшипниках качения.

Передний подшипник - роликовый, радиальный; задний - шариковый, радиально-упорный, воспринимает тягу винта и передает ее на картер через стальную обойму 11.

На валу винта устанавливаются втулка 2, маслоотражательный щиток 4, маслоперепускная втулка 5 и ступица перебора 39.

Внутри вала установлены маслоперепускная пробка, через которую подается масло на управление винтом и смазку деталей редуктора, и втулка.

В передней части вал имеет фланец с торцевыми шлицами и отверстиями для сочленения с винтом.

На заднем конце имеются наружные шлицы для установки и крепления ступицы перебора.

Внутренняя обойма шарикоподшипника совместно со ступицей зажата гайкой.

Внутри вал имеет эвольвентные шлицы, которыми он соединяется с корпусом сателлитов.

На наружном диаметре вала нарезана резьба под гайку 9, поджимающую к упорному бурту вала детали 2, 4, 5 и обойму роликоподшипника.

Для подвода масла к втулке на управление винтом и смазку редуктора в стенке вала выполнены радиальные отверстия.

Масло подается к ним от четырех канавок втулки 5 перепуска масла, соединенных с отверстиями во втулке 6 и корпусе 7 с каналами 88 и 92 картера редуктора. Через три канала 88 масло подается от регулятора оборотов на управление винтом, а через канал 92 от маслоагрегата на смазку и охлаждение деталей редуктора.

От первой канавки (от винта) масло через сверления в вале винта и пробках подается в канал фиксатора шага, от второй - в канал малого шага, от третьей - в канал большого шага, от четвертой - на смазку и охлаждение деталей редуктора.

Канавки разделены бронзовыми уплотнительными кольцами, установленными попарно в канавках маслоперепускной втулки.

6.3 КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ИКМ

ИКМ показывает винтовую мощность двигателя при его работе на земле и в полете.

В механизм ИКМ входят следующие детали: венец 51, шесть цилиндров 52 с поршнями 53, их оси 56 и 55, коллектор подвода масла 58, детали крепежа и уплотнения.

Венец имеет на периферии шесть проушин для крепления цилиндров ИКМ, в центральной полости выполнены шлицы для соединения с корпусом перебора. В осевом направлении венец зафиксирован относительно корпуса перебора проволочным пружинным кольцом.

Цилиндр 52 - полый, изготовлен из стали 20Х2Н4А, цементирован по внутренним поверхностям. Внутри цилиндра устанавливается поршень 53 с маслоуплотнительным кольцом, образующим со стенками цилиндра масляную полость высокого давления.

Осевое перемещение поршня в цилиндре ограничивается стопорным пластинчатым замком.

На внутренней поверхности цилиндра выполнена канавка с отверстием, образующая с поршневым кольцом щель переменного профиля.

Величина щели изменяется в зависимости от перемещения цилиндра относительно поршня, что в свою очередь зависит от величины крутящего момента, передаваемого редуктором .

Поршень 53 изготовлен из стали 20Х2Н4А и цементирован по поверхности направляющего хвостовика. Поршень имеет канавку под маслоуплотнительное кольцо и наклонное радиальное отверстие, соединяющее внутреннюю полость поршня с рабочей поверхностью цилиндра.

Цилиндр свободно установлен на оси 56 в проушине венца.

Оси цилиндра и поршня изготовлены из стали 20Х2Н4А и цементированы по наружной поверхности.

Ось цилиндра имеет упорный фланец и фиксируется стопорным кольцом в осевом направлении.

Ось поршня запрессовывается в отверстие в картере редуктора.

Две оси поршня выполнены полыми, через них по сверлениям в картере редуктора осуществляется подвод масла в систему ИКМ и отвод на манометр для замера давления в рабочих полостях цилиндров ИКМ.

Распределение масла между шестью поршнями осуществляется коллектором 58, места под соединения уплотнены резиновыми кольцами.

Работа ИКМ основана на принципе равновесия окружной силы от крутящего момента на валу редуктора, действующей на цилиндры, и силы от давления масла под поршнями.

Крутящий момент, воспринимаемый корпусом перебора, стремится вращать венец 51, соединенный цилиндрами и поршнями с картером редуктора.

Под действием этого момента возникает сила, действующая по оси цилиндров, стремящаяся вращать их навстречу поршням.

Величина этой силы:

(6.3.1)

где Мn - крутящий момент, передаваемый корпусом перебора;

R - радиус расположения осей цилиндров;

F - суммарная окружная сила, действующая на шесть цилиндров.

Под действием этой силы цилиндры перемещаются навстречу поршням.

Сброс масла из полости под поршнями прекращается, и давление повышается до тех пор, пока сила от давления масла не станет равной окружной силе.

Смазка и охлаждение деталей редуктора и питание маслонасоса ИКМ производится маслом из магистрали двигателя.

6.4 МАСЛОСИСТЕМА РЕДУКТОРА

Маслосистема обеспечивает смазывание и охлаждение деталей редуктора под давлением и барботажем, подвод масла на управление воздушным винтом и ИКМ.

Масло на смазывание и охлаждение деталей подается от маслонасоса по каналу 92 и отверстиям в деталях 5, 6, 7 в кольцевую полость, откуда масло распределяется по следующим направлениям:

§ через отверстия, каналы, через полость между маслоперепускной втулкой 48 и валом водила 17 в кольцевую канавку, в выборки и радиальные отверстия в корпусе перебора на смазку роликоподшипников промежуточных колес перебора и параллельно через другие радиальные отверстия в корпусе перебора - к форсункам на смазку и охлаждение зон зацепления колес 32 и 37 с колесами 34;

§ через форсунку в вале водила на смазку и охлаждение шлицевого соединения колеса 37 со ступицей 39;

§ по каналам в пробке через форсунку 23 на смазку шлицевых соединений ведущего колеса 14 с валом-рессорой 13 и рессоры с ротором двигателя;

§ по радиальным отверстиям на смазку роликоподшипников сателлитов 15 и далее через полость и форсунку на смазку зацепления ведущего колеса 14 с сателлитами 15.

Смазка шарикоподшипника 70 вала винта производится от отдельной форсунки, установленной в корпусе 7 маслоперепускной втулки. Остальные детали смазываются и охлаждаются барботажным маслом.

Внутри картера 10 запрессован литой корпус 7. он обеспечивает раздельный подвод масла внутрь вала винта на управление воздушным винтом, на смазывание и охлаждение деталей редуктора.

Система маслоперепуска имеет маслоуплотнительные устройства, создающие достаточную герметичность масляных полостей при перепуске масла из неподвижного корпуса 7 во вращающийся вал. Это обеспечивается кольцевым уплотнением с вращающейся кольцедержательной втулкой 6.

Втулка 6 с кольцами 50 установлена на валу винта и вращается вместе с ним. Кольца 50 работают по внутренней азотированной поверхности тонкостенной втулки 5, запрессованной в центральное отверстие корпуса 7. спереди втулка 5 имеет заборный конус для обеспечения монтажа с маслоуплотнительными кольцами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был спроектирован редуктор, выполненный по схеме замкнутого дифференциального планетарного механизма, для высотного турбовинтового двигателя.

§ планетарной ступени и ступени перебора с проверкой на:

§ контактную выносливость;

§ изгибную выносливость;

§ заедание;

§ ведущего вала;

§ вала винта с проверкой на:

§ статическую прочность;

§ выносливость;

§ осей сателлитов планетарной ступени и ступени перебора;

§ эвольвентных шлицев с проверкой на:

§ смятие.

Были подобраны стандартные подшипники с последующей проверкой по динамической грузоподъемности; проверены на прочность нагруженные детали редуктора: гайка, которая воспринимает тягу винта, и болты, с помощью которых винт крепится к переднему фланцу вала.

В проект включены также рабочие чертежи двух деталей: шестерни и ее оси.

Недостатком спроектированного редуктора является усложнение эксплуатации силовой установки, т.к. один из его подшипников (шариковый радиально-упорный) необходимо менять через каждые 900 часов работы.

Однако, несмотря на этот недостаток, редуктор обеспечивает наивыгоднейшие обороты воздушного винта при передаче мощности от ротора двигателя на винт.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Авиационный турбовинтовой двигатель АИ-20. Временное техническое описание. 1962 год.

2) Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Москва, «Машиностроение», 2001.

3) Артеменко Н.П., Волошин Ю.И., Ефоян А.С., Рыдченко В.М. Расчет и проектирование зубчатых передач. Харьков, ХАИ, 1980.

4) Ткаченко В.А. Проектирование многосателлитных планетарных передач. Харьков, ХАИ, 1961.

5) Ткаченко В.А., Абрамов В.Т. Проектирование планетарных механизмов, оптимальных по динамическим характеристикам. Харьков, ХАИ, 1983.

6) Ткаченко В.А. Планетарные механизмы. Оптимальное проектирование. Харьков, ХАИ, 2003.

7) Назин В.И. Проектирование подшипников и валов. Харьков, ХАИ, 2004.

8) Конспект лекций по «КММ».

9) Нечаев Ю.Н., Федоров Р.М. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Москва, «Машиностроение», 1977.

10) Левицкий В.С. Машиностроительное черчение. Москва, «Высшая школа», 1988.

Размещено на Allbest.ru