ПРИВОД АГРЕГАТОВ

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения и энергетического машиностроения, преимущественно к системам приводов вспомогательных агрегатов, обеспечивающих работу газотурбинного двигателя, и может быть использована для привода вспомогательных агрегатов газотурбинных двигателей с размещением приводных агрегатов с внешней стороны корпуса газотурбинного двигателя, имеющих частоты вращения, отличные от ротора турбокомпрессора.
Известен привод агрегатов на двигателе Д-30КУ («Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30КУ», Коваленко Л.И., Рогачев П.П., Хохлова Л.Е., Москва, «Машиностроение» 1975 г., стр.47), состоящий из коробки привода агрегатов передней, коробки привода агрегатов задней, привода центрального, радиального вала и углового редуктора, от которого идет распределение крутящего момента на привода к агрегатам и датчикам, установленных и закрепленных на коробке привода агрегатов передней и коробке привода агрегатов задней, внутри которых размещены зубчатые колеса приводов к этим агрегатам и датчикам.
Наиболее близким к данному техническому решению является привод агрегатов на двигателе ПС-90А (Иноземцев А.А. «Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок», том 3, глава 10, 2007 г., стр. 640), который содержит расположенные в корпусах кинематически соединенные между собой центральный конический привод, угловой редуктор, коробку привода агрегатов. Внутри коробки привода агрегатов размещены и связаны между собой зубчатые колеса приводов к агрегатам и датчикам, смонтированных снаружи корпуса, в число которых входят: привод маслоагрегата, привод генератора тока, привод ручной прокрутки, привод стартера воздушного, привод насоса гидравлического, привод суфлера воздушного, привод генератора самолетного, привод топливных насосов. Коробка приводов крепится к разделительному корпусу двигателя при помощи проушин четырьмя призонными болтами. Таким образом, обеспечивается фиксация коробки относительно разделительного корпуса в определенном положении. Конструкция коробки - разъемная. Разъем между крышкой и корпус уплотняется резиновым кольцом. В корпусе и крышке имеются бобышки, в расточках которых запрессованы стальные обоймы под подшипники. На фланцах устанавливаются переходники агрегатов, к которым при помощи быстросъемных хомутов крепятся сами агрегаты. Привод от ротора КВД (компрессора высокого давления) включает в себя конические зубчатые колеса с круговым зубом. Зубчатые колеса выполнены заодно с валиками, шейки которых опираются на подшипники. Центральное цилиндрическое колесо имеет хвостовик, который одним концом опирается на роликовый подшипник, а другим концом входит в шлицы конического колеса. Валики от конических колес двухопорные. На центральном фланце корпуса коробки имеются четыре фланца для установки датчиков частоты вращения. Каждый из датчиков выдает сигнал на свою систему контроля и управления. На этом же фланце крепится переходник привода прокрутки. В рабочем положении этот привод закрывается резьбовой заглушкой.
Недостатками существующей конструкции является наличие разъемных корпусов, что усложняет конструкцию, увеличивает габариты и вес коробки привода агрегатов в целом, за счет наличия большого количества крепежных элементов; наличие сложных и перегруженных схем передачи крутящего момента; большая номенклатура зубчатых колес и подшипников; большие габариты и масса; плохая ремонтопригодность, которая заключается в том, что шестерни не являются съемными, и для проведения ремонтных работ необходим съем коробки приводов с двигателя и перебор всей коробки привода агрегатов.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное техническое решение, является повышение надежности передачи крутящего момента и плавности работы, уменьшение трудоемкость изготовления деталей и сборочных единиц, массы и габаритов привода агрегатов за счет осуществления оптимального пути передачи крутящего момента к агрегатам и уменьшения количества зубчатых колес и подшипников, а также повышение ремонтопригодности коробки привода агрегатов без съема ее с двигателя, за счет наличия съемных переходников.
Технический результат достигается тем, что в приводе агрегатов, содержащем кинематически соединенные между собой расположенные в корпусах центральный конический привод, угловой редуктор, коробку привода агрегатов, внутри которой размещены и связаны между собой зубчатые колеса приводов к агрегатам и датчикам, смонтированных снаружи корпуса, в число которых входят: привод маслоагрегата, привод генератора тока, привод ручной прокрутки, привод стартера воздушного, привод насоса гидравлического, привод суфлера воздушного, привод генератора самолетного, привод топливных насосов, при этом корпус коробки привода агрегатов содержит крепежные элементы, необходимые для ее установки на двигателе, в отличие от известного коробка привода агрегатов, центральный конический привод и угловой редуктор расположены в разных корпусах, при этом корпус коробки привода агрегатов выполнен неразъемным, передача вращения от центрального конического привода осуществляется на радиальный вал и далее через угловой редуктор и рессору на центральную распределительную шестерню коробки привода агрегатов, откуда идет распределение вращения на два потока, один из которых передает крутящий момент на привод масло-агрегата, на привод генератора тока и на привод ручной прокрутки, а другой осуществляет передачу крутящего момента на привод стартера воздушного, на привод насоса гидравлического, на привод суфлера воздушного, на привод генератора самолетного, а также на привод насосов топливных, при этом коробка привода агрегатов содержит слабые звенья в виде рессор с шейками, установленных между опорой и приводным агрегатом для каждого из агрегатов, причем в качестве опор в коробке привода агрегатов установлены роликовые подшипники, зубчатые колеса располагаются симметрично относительно их, а на фланцах корпуса коробки привода агрегатов установлены съемные переходники, выполненные в виде шестерен, при этом в центральном приводе зубчатые колеса установлены консольно, ведущее колесо зубчатое установлено на роторе, ведомое зубчатое колесо установлено на трех подшипника: двух роликовых и одном - шариковом, в угловом редукторе зубчатые колеса расположены между опорами, а в центральном коническом приводе и в угловом редукторе у конических зубчатых передач угол наклона зуба составляет 35°.
Заявленное решение поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - кинематическая схема привода агрегатов;
фиг. 2 - кинетическая схема привода агрегатов двигателя ПС - 90А;
фиг. 3 - 3D модель коробки привода агрегатов;
фиг. 4 - 3D модель коробки привода агрегатов (схема расположения).
В предлагаемой коробке привода агрегатов оптимизирована схема передачи крутящего момента к агрегатам. Последовательность расположения привода агрегатов показана на кинематической схеме (фиг. 1). Принцип работы оптимизированного привода агрегатов заключается в следующем (фиг. 3): передача вращения осуществляется от турбокомпрессора 1 через центральный конический привод, который располагается в неразъемном корпусе, выполненном из титанового сплава 2 на радиальный вал 3, отстроенный от собственных частот и, далее, передача вращения через угловой редуктор 4 и рессору 5 осуществляется на центральную распределительную шестерню коробки привода агрегатов 6, откуда идет распределение вращения на два потока: влево и вправо (фиг. 3). Шестерни в угловом редукторе 4 расположены между опорами, что упрощает конструкцию и позволяет сократить габаритные размеры привода.
Поток, направленный влево, передает крутящий момент на привод маслоагрегата 7, на привод генератора тока 8 и на привод ручной прокрутки 9.
Поток, направленный вправо, осуществляет передачу крутящего момента на привод стартера воздушного 10, на привод насоса гидравлического 11, на привод суфлера воздушного 12, на привод генератора самолетного 13, а также на привод насосов топливных 14.
В коробке привода агрегатов все приводы располагаются с двух сторон: внутренней и наружной, относительно зубчатых колес (фиг. 4), что позволяет сократить габаритные размеры и, следовательно, габариты и массу корпуса. Корпус коробки приводов выполнен из алюминиевого сплава неразъемным, а зубчатые колеса располагаются в один ряд симметрично относительно подшипниковых опор. Коробка привода агрегатов и угловой редуктор расположены в разных корпусах.
В центральном приводе и в угловом редукторе выполнена угловая коррекция зуба у конических зубчатых передач, зуб имеет круговую геометрию с углом 35°. В центральном приводе зубчатые колеса установлены консольно, ведущее колесо зубчатое установлено на роторе, ведомое зубчатое колесо установлено на трех подшипника: двух роликовых и одном - шариковом.
Коробка привода агрегатов содержит в конструкции слабые звенья, в виде рессор с шейками, установленных между шестерней и приводными агрегатами и предназначенных для защиты зубчатых колес, валов и рессор от повреждений. Подшипники в коробке привода агрегатов установлены роликовые, что позволяет увеличить динамическую грузоподъемность подшипников, снизить массу подшипников и увеличить срок службы предлагаемой конструкции. Оптимизировано расположение зубчатых колес в угловом редукторе - зубчатые колеса расположены между опорами. Оптимизирована частота вращения и направление вращения ведущей шестерни коробки приводов агрегатов, что позволило уменьшить габариты и массу коробки приводов агрегатов.
Оптимизация привода агрегатов позволила:
β
β
- существенно снизить коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине зубчатого венца с К=(1,15…1,935) до К=(1,08…1,18) за счет симметричного расположения зубчатых венцов относительно подшипниковых опор (фиг. 4), по сравнению с аналогичной по конструкции коробкой привода агрегатов;
- по результатам расчетов на прочность уменьшить модуль зубчатого венца до m=2 и увеличить количество зубьев на зубчатых колесах, что привело к увеличению коэффициента перекрытия и улучшению плавности работы зубчатого зацепления и снижению номенклатуры инструмента для изготовления зуба зубчатых колес;
- уменьшить угол исходного контура профиля зуба до α=20° вместо α=25°, что позволяет увеличить коэффициент перекрытия со среднего значения ε=1,337 для аналогичных по конструкции коробок привода агрегатов, до ε=1,62, улучшить плавность работы зубчатого зацепления и снизить уровень виброактивности зубчатых венцов, что положительно сказывается на ресурсе коробки приводов;
- уменьшить количество деталей и сборочных единиц;
- создать условия для обеспечения проведения ремонта без съема всей коробки привода агрегатов, за счет наличия в конструкции съемных шестерен.
Таким образом, в коробке привода агрегатов оптимизирована схема передачи крутящего момента к агрегатам (минимальное количество зубчатых зацеплений); оптимизирована геометрия зуба в зубчатых соединениях, при этом оптимизация зуба выполнена по нескольким параметрам: минимальное тепловыделение в парах зубчатых колес, минимальная масса зубчатых венцов при достаточных запасах прочности по рабочим поверхностям зубчатых венцов, обеспечивающих назначенный ресурс привода агрегатов; предусмотрена возможность замены вышедших из строя шестерен без съема коробки приводов с двигателя, за счет наличия съемных переходников. Крепление приводов на двигателе обеспечивает компенсацию допусков на изготовление и тепловые расширения корпусов.
В результате данное техническое решение позволяет повысить надежность передачи крутящего момента и плавность работы, уменьшить трудоемкости изготовления деталей и сборочных единиц, снизить массу и габариты привода агрегатов, а также повысить ремонтопригодности коробки привода агрегатов.