ПЛАНЕТАРНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕДУКТОР ТВД

Полезная модель относится к области редукторостроения, и может быть использована преимущественно в малоразмерных авиационных турбовинтовых двигателях (ТВД).
Известен планетарно-дифференциальный редуктор ТВД (RU 2316667, опубл. 10.02.2008), содержащий, входной вал с ведущей шестерней, внутренний и наружный выходные валы, концентричные между собой и соосные с входным валом, блок сателлитов, и снабженный шестернями с большим и малым зубчатыми венцами, причем, шестерня блока сателлитов с большим зубчатым венцом находится в зацеплении с ведущей шестерней входного вала, а шестерня с малым зубчатым венцом сопряжена с внутренним выходным валом. Данный редуктор обеспечивает передачу крутящего момента от входного вала к двум выходным валам и относится к типу редукторов с зубчатым зацеплением с внутренним зубом и неподвижным промежуточным блоком сателлитов. Распределение крутящего момента по выходным валам и частота вращения выходных валов обеспечивается кинематикой редуктора. Для редукторов подобного типа с передаваемой мощностью не более 1500 кВт и передаточным отношением редуктора не более 6, в условиях ограничения габаритов редуктора, зубчатые венцы входного вала и малой шестерни блока сателлитов требуется выполнять с малым числом зубьев (не более 25) с коэффициентом перекрытия ξ=1,3…1,5.
Наиболее близким является планетарно-дифференциальный редуктор (Г.С. Скубачевский «Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей.» - М.: Машиностроение, 1969. - 544 с. (с. 497 рис. 12.06)), содержащий вал с ведущей шестерней, внутренний и наружный выходные валы, концентричные между собой и соосные с входным валом, один из которых является водилом, а другой снабжен зубчатым венцом, который является центральным колесом, блок сателлитов, расположенный на водиле и снабженный шестернями с большим и малым зубчатыми венцами, причем, шестерня блока сателлитов с большим зубчатым венцом находится в зацеплении с ведущей шестерней входного вала, а шестерня с малым зубчатым венцом находится в зацеплении с центральным колесом. Данный редуктор имеет передаточное отношением не более 6, при этом количество зубьев на шестерне с малым венцом блока сателлитов не превышает 25, а коэффициент перекрытия в паре зубчатых колес ξ=1,3…1,5. В имеющемся редукторе крутящий момент от входного вала к двум выходным валам передается через планетарно-дифференциальный зубчатый механизм. Недостатками конструкций обоих редукторов являются:
1. Относительно большие диаметрально-габаритные размеры редуктора - в результате того, что колеса имеют относительно небольшое число зубьев Z (обычно не более 25) и не высокий коэффициент перекрытия в паре зубчатых колес ξ, равный 1,3…1,5, то для обеспечения достаточной прочности зубчатых зацеплений, зубчатые венцы должны изготавливаться более массивными по длинновому размеру.
2. Относительно низкая степень точности изготовления колес внутреннего зацепления и качества рабочих поверхностей шестерен.
a
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение прочности зубчатых колес с увеличением коэффициента перекрытия (ξ>2), снижение габаритов и массы редуктора при снижение нагрузки на опоры входного и выходных валов, а так же повышение точности изготовления редуктора, связанное с уменьшением шероховатости рабочих поверхностей зуба (R 0,2 мкм).
Технический результат достигается тем, что в планетарно-дифференциальном редукторе ТВД, содержащем входной вал с ведущей шестерней, внутренний и наружный выходные валы, концентричные между собой и соосные с входным валом, один, из которых является водилом, а другой снабжен зубчатым венцом и является центральным колесом, блок сателлитов, расположенный на водиле и снабженный шестернями с большим и малым зубчатыми венцами, причем, шестерня блока сателлитов с большим зубчатым венцом находится в зацеплении с ведущей шестерней входного вала, а шестерня с малым зубчатым венцом находится в зацеплении с центральным колесом, в отличие от известного блок сателлитов снабжен уравнительным механизмом, выполненным в виде зубчатой передачи, содержащей шестерню и зубчатое колесо, при этом, водилом является наружный выходной вал, центральное колесо расположено на внутреннем выходном валу, а все зубчатые зацепления выполнены внешними и косозубыми.
Зубчатое колесо уравнительного механизма является неподвижным и дополнительным центральным колесом.
Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 - общий вид конструкции планетарно-дифференциального редуктора;
фиг. 2 - кинематическая схема зацепления редуктора.
Планетарно-дифференциальный редуктор ТВД содержит (фиг. 1) входной вал 1 с ведущей шестерней 2, внутренний 3 и наружный 4 выходные валы концентричные между собой и соосные с входным валом 1, блок сателлитов 5, снабженный шестернями с большим 6 и малым 7 зубчатыми венцами и уравнительным механизмом, при этом, наружный выходной вал 4, являющийся водилом, соединен с блоком сателлитов 5. Уравнительный механизм выполнен в виде зубчатой передачи, содержащей шестерню 8, расположенной на блоке сателлитов 5, и неподвижное зубчатое колесо 9, которое может быть размещено в корпусе редуктора. Шестерня с большим зубчатым венцом 6 находится в зацеплении с ведущей шестерней 2 входного вала 1, а шестерня с малым зубчатым венцом 7 находится в зацеплении с центральным колесом 10, расположенным на внутреннем выходном валу 3. Количество блоков сателлитов 5 может быть от 2 до 6 штук. Все зубчатые зацепления выполнены внешними и косозубыми.
Планетарно-дифференциальный редуктор ТВД работает следующим образом.
Крутящий момент от входного звена (например, турбины) к выходным валам 3 и 4 передается через входной вал 1 с ведущей шестерней 2 на шестерню с большим зубчатым венцом 6 блока сателлитов 5 и далее с шестерни с малым зубчатым венцом 7 блока сателлитов 5 на внутренний выходной вал 3 и через блок сателлитов 5 - на наружный выходной вал 4. Уравнительный механизм обеспечивает распределение мощности и крутящего момента на выходных валах 3 и 4 за счет зацепления шестерни 8 с неподвижным зубчатым колесом 9.
a
Многопоточная передача крутящего момента от входного вала к выходным валам осуществляется через планетарно-дифференциальный механизм, которые состоит из нескольких потоков передачи крутящего момента (от 2 до 6 потоков). Это позволяет уменьшить крутящий момент в каждом потоке передачи мощности и, как следствие, габариты редуктора. Отсутствие зубчатых колес с внутренним зацеплением способствует повышению технологичности изготовления, так как достигается повышение точности изготовления редуктора, связанное с уменьшением шероховатости рабочих поверхностей зуба (R 0,2 мкм), и повышение коэффициента перекрытия (ξ>2) в парах зубчатых колес. Вследствие использования косозубых зубчатых колес возникает разгрузка подшипников редуктора от осевых усилий, за счет подбора направления линии зуба и величины угла наклона линии зуба. Также, в результате применения зубчатых передач с косозубыми зубчатыми колесами, значение коэффициента перекрытия составляет более 2 и имеется возможность оптимизации параметров зуба пар зубчатых колес не зависимо от соседних зубчатых колес. Использование в редукторе только косозубых передач позволило разгрузить опоры входного и выходных валов, обеспечивая тем самым высокую степень распределения нагрузки между потоками за счет смещения зубчатых колес вдоль оси редуктора, а так же уменьшить габаритные размеры подшипников опор и вес самого редуктора.
Использование в редукторе уравнительного зубчатого механизма позволяет обеспечить поддержание заданных частот вращения выходных валов и распределения крутящего момента по выходным валам.
Использование в конструкции редуктора многопоточного планетарно-дифференциального механизма передачи крутящего момента, обеспечивающего передачу крутящего момента от входного вала к двум выходным валам, вращающимся в разные стороны, дает возможность уменьшить габаритные размеры редуктора. С целью снижения габаритов планетарно-дифференциального механизма увеличена прочность зубчатых передач за счет применения только косозубых зубчатых колес с внешним зацеплением, и обеспечена взаимная компенсация осевых усилий на опорах зубчатых колес и валов (разгрузка опор). В результате компенсации осевых усилий появляется возможность уменьшить габаритные размеры опор редуктора, что приводит к более компактной конструкции редуктора. Применение уравнительного механизма, обеспечивает заданное распределение крутящего момента при передаче его от входного вала к выходным валам и направление вращения выходных валов, а также благоприятное направление вращения водила, способствующее уменьшению крутящего момента в зубчатых зацеплениях.
Такое конструктивное решение способствует повышению прочности зубчатых колес с увеличением коэффициента перекрытия и уменьшению габаритномассовых характеристик редуктора ТВД.