Работа 11. Приводы силовых установок вертолетов

Общие сведения

Приводы силовых установок (трансмиссии) вертолетов предназна­чены для передачи мощности от двигателей к несущим и хвостовым винтам, а также к вспомогательным агрегатам. Ее надежность опреде­ляет, в основном, и надежность вертолета.

Схема трансмиссии зависит от схемы вертолета, типа двигателей и их расположения.

Основными агрегатами трансмиссии являются: редукторы несущих пиитов (главные редукторы), двигателей, промежуточные, хвостовых винтов (для одновинтовых вертолетов); муфты включения, сцепления и свободного хода; тормоза несущих винтов; главные, хвостовые и синхронные валы; соединения валов (карданы, упругие и шлицевые муфты); опоры валов.

Главные редукторы служат для понижения числа оборотов двигате­ля до числа оборотов несущего винта. Их конструкции весьма разно­образны и определяются типом передач (простые, планетарные), чис­лом ступеней и передаточным отношением. На вертолетах с поршневыми двигателями применяют простые и планетарные одноступенчатые редук­торы несущих винтов; на вертолетах с турбовинтовыми двигателями -планетарные двухступенчатые.

Промежуточные редукторы и редукторы хвостовых винтов служат для изменения направления или разветвления привода и имеют переда­точное отношение в пределах от 1 до 2. Эти редукторы выполняются одноступенчатыми с коническими зубчатыми колесами.

Муфты включения и муфты сцепления разъединяют двигатель с главным редуктором в момент запуска двигателя. Они чаще всего мон­тируются в одном агрегате в редукторе двигателя или в промежуточ­ном редукторе. Муфта включения (фрикционного типа) позволяет плав­но набирать обороты несущему винту при запуске. После того, как несущий винт достигнет нужных оборотов и муфта включения переста­нет проскальзывать, соединение двигателя с трансмиссией происходит с помощью жесткой муфты сцепления.

Муфта свободного хода автоматически отключает отказавший в полете двигатель от редуктора несущего ванта, и винт вращается в режиме авторотации. Устанавливается муфта свободного хода в редук­торе несущего винта или непосредственно перед ним.

Муфты включения и сцепления необходимы на вертолетах с поршне­выми или одновинтовыми турбовинтовыми двигателями. На вертолетах, имеющих турбовинтовые двигатели со свободной турбиной, эти муфты отсутствуют.

Тормоз несущего винта предназначен для быстрой его остановки после выключения двигателя на земле. Тормоз (обычно колодочного типа) располагают на выводе высокооборотного вала главного редук­тора.

Главный вал служит для передачи крутящего момента от двигателя к главному редуктору.

Хвостовой вал передает крутящий момент от главного редуктора к хвостовому винту.

Синхронный вал входит в трансмиссию двухвинтовых вертолетов продольной или поперечной схемы, располагается между главными ре­дукторами несущих винтов для синхронизации их вращения.

Синхронный и хвостовой валы (а иногда и главный вал) имеют значительную длину и выполняются из отдельных секций (составные). Это обеспечивает нормальную работу вала при возможных деформациях конструкции вертолета и предотвращает резонансные колебания валов.

Соединения валов с двигателями и редукторами, а также соеди­нения секций между собой осуществляются с помощью фланцевых соеди­нений, шлицевых и эластичных муфт и карданов. Шлицевые муфты поз­воляют компенсировать изменение длины валов при деформациях кон­струкции и изменении температуры. Эластичные муфты и карданы ком­пенсируют возникающие перекосы вала (муфты - до 2° , карданы - до 5°…10°). Эластичные муфты, кроме того, гасят крутильные колебания валов.

Опоры валов представляют собой шарикоподшипники, установленные в резиновых кольцах, чтобы биения валов не передавались на кон­струкцию вертолета.

В трансмиссии вертолетов валы работают при высоких оборотах, так как при увеличении числа оборотов при той же мощности уменьша­ется крутящий момент, передаваемый валом. Это позволяет уменьшить размеры сечения вала и, следовательно, его вес. Предельное число оборотов ьала ограничивается возможностью возникновения резонанс­ных колебаний.

Основные элементы трансмиссии (валы, втулки, шестерни, шарниры и прочее) работают при высоких знакопеременных нагрузках, поэтому изготавливаются из высокопрочных сталей и подвергаются поверхностному упрочнению.

Малонагруженные детали (картеры редукторов, кронштейны, крышки и прочее) изготавливаются из магниевых и алюминиевых сплавов.

Основными требованиями, предъявляемыми к трансмиссии вертолета, являются:

а) надежность в работе;

б) ограниченные вибрации валов на всех режимах работы;

в) простота и технологичность конструкции;

г) малые потери мощности на трение;

д) удобство обслуживания, монтажа и демонтажа;

е) возможность отключения от двигателя во время запуска;

ж) возможность обеспечения торможения несущих винтов;

з) обеспечение нормальной работы при деформации частей кон­струкции вертолета;

и) минимальный шум при работе трансмиссии.

Содержание работы

1. Начертить принципиальную схему трансмиссии указанного преподавателем вертолета.

2. Составить краткое техническое описание трансмиссии.

3. Начертить кинематическую схему главного редуктора, определить передаточные отношения каждой ступени и всего редуктора.

4. Сделать эскизы отдельных секций валов, их соединений и опор.

5. Для одной из секций валов рассчитать частоту собственных колебаний, сделать проверку на отсутствие резонансных колебаний,

6. Для этой же секции вала определить максимальный крутящий момент, который может быть передан валом.

Указания к выполнению работы

1. Принципиальная схема трансмиссии вычерчивается в изометрии с показом контуров вертолета. На схеме условно изображается все основные элементы трансмиссии.

2. В описании указывается назначение всех агрегатов трансмиссии и кратко описывается их конструкция.

3. Нa кинематической схеме главного редуктора валы и шестерни показываются упрощенно, но с соблюдением соотношений между разме­рами шестерен.

4. Эскизы проекций валов, их соединений и опор делаются с соблю­дением масштаба, с разрезами, поясняющими их конструкцию.

5. Частота собственных колебаний секции вала определяется по формуле ν =170 •Д_ср/l² [кол/мин],

где Д_ср - средний диаметр полого вала в мм, а l - его длина в метрах.

Собственная частота колеба­ний вала не должна лежать в диапазонах n^э_дв ± 300 и 2 · n^э_дв ± 400 [кол/мин],

где n^э_дв - эксплуатационное число оборотов двигателя.

6. Максимальный расчетный крутящий момент для вала опреде­лить из условия τ _{М кр}< τ _в для данного материала вала.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение трансмиссии вертолетов и основные требования, предъявляемые к ней.

2. Назначение и типы главных редукторов.

3. Назначение и конструкция промежуточных редукторов и редук­торов хвостовых винтов.

4. Назначение и принцип работы муфты включения и муфты сцеп­ления.

5. Назначение и работа муфты свободного хода.

6. Особенности трансмиссии вертолетов с поршневыми двигателя- ми и вертолетов с ТВД со свободной турбиной.

7. Назначение и работа тормоза несущего винта.

8. Типы и особенности конструкции валов в трансмиссии вертолетов.

9. Типы соединений валов и их особенности.

10. Конструкция опор валов.

11. Из каких соображений выбирается длина отдельных секций вала?

12. Почему передачу крутящего момента валами стараются осущес­твлять с большим числом оборотов?

13. Материалы используемые для изготовления элементов трансмиссии. Особенности работы элементов трансмиссии.

14. Какие элементы трансмиссии облегчают ее монтаж и нормаль­ную pаботу.