Замкнутые дифференциальные редукторы для привода одиночного винта

Замкнутые дифференци­альные редукторы применяются, когда велико потребное передаточное число от вала двигателя на винт.

В кинематической схеме такого ре­дуктора (рис.8.10) все три звена ос­новной передачи (центральная веду­щая шестерня 1, центральная шестер­ня внутреннего зацепления 4 и водило 5 с размещенными в нем сателлитами 2) при отсутствии эвена замыкания вра­щаются, т.е. они составляют диффе­ренциал с двумя степенями свободы.

.

 

 

Рис.8.10. Схема замкнутого дифференциального редуктора: 1, 1^! – ведущие шестерни; 2, 2^’ - ведомые шестерни (сателлиты); 4, 4^! - шестерни внутреннего зацепления; 5 – водило; 6 – звено замыкания; 7 - винт

В этом случае при заданном числе обо­ротов центральной ведущей шестерни 1 числа оборотов водила 5 и шестерни 4 могут быть различными, зависящими от распределения нагрузки между ними.

Для получения из механизма с двумя степенями свободы ме­ханизма с одной степенью свободы накладывается связь между двумя основными звеньями центральной шестерней внутрен­него зацепления 4 и водилом 5. Эта связь осуществляется цент­ральными шестернями внешнего 1 ' и внутреннего 4' зацепления и промежуточными шестернями 2'. При этом оси промежуточных шестерён 2' закрепляются по отношению к корпусу редуктора 6 не­подвижно. Шестерня внутреннего зацепления жестко связана с водилом 5 и валом винта 7.

В таком редукторе обороты водила равны оборотам винта, вследствие чего нагрузки на оси сателлитов от центробежных сил невелики. Это благоприятно сказывается на работоспособ­ности подшипников сателлитов.

Передаточное число замкнутого дифференциального редуктора определится

(8.8)

 

8.4. РЕДУКТОРЫ ДЛЯ ПРИВОДА ДВУХ СООСНЫХ ВИНТОВ

На двигателях мощностью более 6000 л.с. применяются соосные винты, вращающиеся в разные стороны, так как в этом случае использование одиночного винта с обеспечением его высокого КПД становится практически невозможным.

Но применение соосных винтов ведет к усложнению конструкции редукторов, усложнению и утяжелению самих винтов и систем управления ими.

Принципиально для соосных винтов могут применяться про­стые, планетарные, комбинированные и дифференциальные ре­дукторы.

Простые редукторы для привода соосных винтов прак­тического применения не получили из-за больших диаметраль­ных размеров. Кроме того, у такого редуктора усложняется конструкция кор­пуса и возникают затруднения с размещением подшипников, по­лучается большая масса редуктора и значительно возрастают потери на трение.

Простая передача может использоваться только в качестве второй ступени комбинированного редуктора для привода двух соосных винтов (рис.8.11, а).

Комбинированные редукторы, в которых привод заднего винта 5 осуществляется через простую двухступенчатую передачу, а перед­него винта 6 через простую и планетарную (рис. 8.11, б) ввиду большой cложности, больших размеров и массы, также широкого распрост­ранения не получили.

Рис.8.11. Схемы комбинированных редукторов для привода двух соосных винтов: а – первая ступень планетарная, вторая ступень простая; б – первая ступень простая, вторая ступень планетарная; 1, 1^!, 1^!! – шестерни ведущие; 2, 2^!, 3, 3^!- шестерни переборов (сателлиты); 4, 4^! - шестерни внутреннего зацепления; 5 – винт задний; 6 – винт передний

Дифференциальный редуктор для двух соооных винтов можно получить из планетарного редуктора (рис. 8.9, б), обеспечив свободу вращения неподвижной шестерни 4 и нагрузив ее полезным сопротивлением (задним винтом).

Передаточное число такого редуктора составит

 

(8.9)

 

Здесь и далее, знак плюс относится к переднему винту, а знак минус к заднему винту.

Дифференциальный редуктор в отличие от планетарного име­ет две степени свободы, а соотношение скоростей вращения ве­домых валов (валов винтов) зависит от соотношения величин сопротивлений лопастей винтов.

Дифференциальный редуктор для привода двух соосных вин­тов, стоящий на мощном турбовинтовом двигателе (рис.8.12), состоит из двух центральных ведущих шестерен внешнего зацеп­ления 1, трех сателлитов с венцами 2 и 3 и центральной шестер­ни внутреннего зацепления 4. Сателлиты размещены на осях водила 5. Передний винт 6 приводится во вращение водилом, а зад­ний 7 — центральной ведомой шестерней внутреннего зацепления.

 

Рис. 8.12. Схема дифференциального редуктора для привода двух соосных винтов: 1 – шестерни ведущие; 2, 3 – сателлиты; 4 – центральная шестерня; 5 – водило; 6 – винт передний; 7 – винт задний; 8- корпус; 9, 10, 11 - опоры

 

Как известно, передаточное число такого редуктора опреде­ляется по формуле

(8.10)

 

Из этой формулы следует, что кинематический эффект (передаточное число i) у дифференциального редуктора с двухвенечными сателлитами, состоящими из двух шестерён 2 и 3 выше, чем у простого дифференциального редуктора с одновенечными сателлитами и значительно выше, чем у планетарного. Передаточное число редуктора с двухвенечными сателлитами может достигать значения i = 22...25.

Соотношение крутящих моментов передаваемых от вала двигателя на передний и задний винт определится

 

. (8.11)

 

Из уравнения (8.10) получим

 

(8.12)

 

Подставим в (8.11) выражение (8.12)

 

(8.13)

Таким образом, отношение моментов передаваемых на передний и задний винт не зависит от скоростей звеньев внутри редуктора, а зависит только от передаточного числа редуктора i.

По абсолютному значению момент, передаваемый на передний винт М_п всегда больше момента передаваемого на задний винт М_з на величину момента подводимого от вала двигателя к редуктору М_Д.

Поэтому при использовании редукторов данной схемы, в ТВД с осевым выходом газов из реактивного сопла, узлы крепления двигателя к самолёту воспринимают крутящий момент равный крутящему моменту вала двигателя М_д, а воздушный поток за задним винтом всегда закручен.

Найдём соотношение мощностей подводимых на передний и задний винт

 

(8.14)

 

где п _{п и} п _з – числа оборотов переднего и заднего винтов соответственно.

Для обеспечения одинакового числа оборотов переднего и заднего винтов в данном редукторе необходимо обеспечить следующее соотношение мощностей переднего и заднего винтов

 

(8.15)

 

Для передачи одинаковой мощности на передний и задний винты необходимо, чтобы они вращались с разными угловыми скоростями. Соотношение чисел оборотов для переднего и заднего винтов из условия определится

 

(8.16)

 

Дифференциальный редуктор по сравнению с редукторами других схем имеет меньшие габариты и массу, и более высокий КПД (до 0,992) вследствие меньших потерь на трение в зацепле­ниях. Кроме того, в таком редукторе корпус 8 не нагружается кру­тящим моментом (звенья ходовой части не имеют связи с корпу­сом) и нагрузки на подшипники от центробежных сил невелики (водило, вращается с малым числом оборотов, равным числу оборотов переднего винта).

Но при создании таких редукторов встречаются трудности в размещении подшипников ведомых валов (валов винтов). Обыч­но вал заднего винта (рис.8.12.) устанавли­вают на двух подшип­никах 9 и 10 в корпусе редук­тора, а вал переднего винта — на одном под­шипнике 11, размещен­ном во втулке заднего винта.

Передача силы тя­ги от обоих винтов на корпус осуществляет­ся обычно через радиально-упорный шариковый подшипник внешнего вала. В этом случае сила тяги переднего винта передается через радиально-упорный шариковый подшипник, размещенный во втулке задне­го винта.

К недостаткам дифференциального редуктора с двумя степе­нями свободы относятся также:

- потери энергии, связанные с закруткой потока за винтами;

- наличие реактивного момента;

- различная мощность винтов при одинаковой скорости враще­ния;

- сложность осуществления автоматического управления вин­тами.

Замкнутый дифференциальный редуктор, имеющий одну степень свободы, освобожден от ряда недостат­ков, свойственных дифференциальному редуктору с двумя сте­пенями свободы.

Механизм замкнутого дифференциального редуктора можно получить из дифференциального механизма с двумя степенями свободы путем наложения связи между двумя его главными звеньями.

Замыкание сателлита (рис.8.13, а) приводит к образованию простой планетарной передачи, при этом габариты редуктора су­щественно увеличиваются, вследствие чего такая схема не при­меняется.

 

Рис.8.13. Схемы замкнутых дифференциальных редукторов для привода соосных винтов (пунктиром очерчено звено замыкания): а – замыкающее звено – сателлиты; б – звено замыкания – ведущий вал и вал заднего винта; в – звено замыкания – валы винтов

 

Замыкание между ведущим звеном (ведущим валом) и валом заднего винта (рис.8.13,6) обеспечивает передачу мощности двумя потоками и тем самым — разгрузку элементов редуктора. Мощность, передаваемая через звено замыкания, при этом равна.

 

(8.17)

 

Однако габариты такого редуктора также получаются боль­шими. Для получения меньших габаритов отдают предпочтение схе­ме с замыканием через валы переднего и заднего винтов (рис.8.13, в). Но в этом случае действуют большие усилия на оси замыкания и зубья шестерен.

 

8.5. КОНСТРУКЦИЯ РЕДУКТОРОВ ГТД