Основы проектирования редукторов и зубчатых передач.

Известно, что механическая работа на ГТ расходуется на привод ротора компрессора и привод различных агрегатов, обеспечивающих работу двигателя на протяжении всего полета. Момент вращения, полученный на валу турбины, передается агрегатам двигателя через ЦКП, на вал коробки приводов и различные виды редукторов, обыкновенных или планетарных.

Зубчатые передачи характеризуются:

1. Межосевым расстоянием.

2. передаточным числом.

Из курса технической механики известно, что в основе проектирования любого привода или редуктора лежит расчет зубчатой передачи: расчет вала, подбор подшипников, построение силовой схемы редуктора, определение конструктивных размеров корпуса редуктора. При проектировании необходимо знать параметры прямозубых, косозубых, конических передач с внешним и внутренним зацеплением. При расчете передачи исходными данными являются: крутящий момент, передаточное отношение, частота вращения. Расчетами определяется межосевое расстояние, модуль зубчатого колеса, число зубьев, ширина колеса, угол наклона зубьев, проводится подбор подшипников…

Конические передачи в отличие от прямых и косозубых отличаются конструкцией зубчатых колес и взаимным расположением осей.

Особенности конструкции редукторов в авиационных двигателях.

Основой конструкции многоступенчатых авиационных редукторов является высоконагруженные цилиндрические прямозубые передачи, которые имеют угол зацепления более 20⁰. это увеличивает толщину масляной пленки в зоне контакта зубьев, повышает изгибочную и контактную прочность. А также стойкость против заедания зубьев. Изготовление зубчатых колец производится с применением исходного контура с профильными углами 23 и 25⁰. такое изготовление позволяет получить зубчатые передачи с повышенным коэффициентом перекрытия в широком диапазоне изменения чисел зубьев от 25 до 65. также передачи выдерживают большие вибрационные нагрузки. Передаточное отношение цилиндрических передач авиа редукторов обычно превышает 4. При этом в передачах с внешним зацеплением, колеса имеют число зубьев 25-45, а с внутренним – 81-127. Наиболее нагруженными являются зубчатые колеса последних ступеней редукторов вертолетных двигателей, работающих при окружных скоростях от 3 до 20 м/сек, и имеющих 10⁷-10⁸ циклов нагружения. Менее нагруженными являются высокоскоростные передачи редукторов ТВД, работающих при окружных скоростях 40-90 м/сек и имеющих 10⁹-10¹⁰ циклов нагружения. При проектировании зубчатых колес авиа редукторов необходимо иметь ввиду равномерное распределение нагрузки по ширине зубчатого венца. Зубчатое зацепление колеса в авиа редукторах характеризуется следующими параметрами:

1. относительная ширина зубчатого венца:

Ψ = b / a.

В авиа редукторах зубчатые колеса имеют узкий венец. Относительная ширина зубчатого колеса в пределах 0,08-0,45. данное отношение определяет величину контактного напряжения.

2. Относительная толщина обода зубчатого колеса:

Ψ₀ = dв – dоб / 2m.

Данная величина влияет на изгибную жесткость зубьев венца зубчатого колеса. В авиа редукторах эта величина меняется в пределах 2,3-6,8. кроме того, жесткость зубчатого венца оценивается относительной толщиной:

3. Ψ_б = δ / в.

Размер ступицы определяется относительной длиной ступицы:

4. Ψ_l = Lс / d. 0,1 – 2,3

Кроме этого, на качество зубчатой передачи влияют способы размещения венцов относительно опор, т.к. от этого завит величина перекоса зубчатых венцов, сопряженных колес, и равномерность распределения нагрузки.

Опыт эксплуатации показывает, что расположение зубчатой передачи посередине между опорами наиболее благоприятно. Большая неравномерность нагрузки связанна с локальным расположением зубчатых колес, если крутящий момент подводится с разных сторон. Все выше сказанное справедливо для обычных авиа редукторов, т.к. в планетарных редукторах даже начальное расположение не приводит к перекосу зубьев венца. При изготовлении наиболее предпочтительно изготавливать зубчатые колеса, как единое целое с полотном ступицей и валом. При небольших размерах зубчатых колес, плоское полотно постоянной толщины, при больших – имеет конический профиль переменной толщины, с утолщением в направлении обода. Это требуется для увеличения осевой жесткости колеса и увеличении частоты собственных колебаний с целью предотвращения опасных низкочастотных резонансных колебаний.