ПЛАНЕТАРНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕДУКТОР ТУРБОВИНТОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится редукторам авиационных двигателей, а именно к планетарно-дифференциальным редукторам турбовинтовых двигателей (ТВД), и может найти применение, например в малоразмерных авиационных турбовинтовых двигателях.
Известен планетарно-дифференциальный редуктор, содержащий входную шестерню, сопряженную с блоком сателлитов внешним прямозубым зубчатым зацеплением, внутренний выходной вал, так же сопряженный прямозубым зубчатым зацеплением с блоком сателлитов, и наружный выходной вал с телом вращения, содержащим зубчатый венец внутреннего зацепления, и сопряженный прямозубой зубчатой передачей с блоком сателлитов, причем наружный и внутренний выходные валы и входная шестерня установлены соосно, а наружный выходной вал установлен концентрично относительно внутреннего выходного вала (Патент на изобретение №2316667 от 06.02.2008, опубликовано 10.02.2008 бюл. №4, МПК F02K 3/072, F16C 21/00).
Недостатками данного редуктора являются низкая несущая способность зубчатых колес, связанная с применением зубчатых колес внешнего зацепления и небольшим числом зубьев в зацеплении, и следовательно высокий уровень потерь в зубчатом зацеплении, приводящий к понижению коэффициента полезного действия (КПД) зубчатой передачи и самого редуктора. Так же недостатком является низкий КПД зубчатого зацепления, приводящий так же к понижению КПД самого редуктора из-за малых углов зацепления передач (не более 22°). Еще одним недостатком представленного редуктора являются большие габаритные размеры, особенно длинновой размер.
Наиболее близким является планетарно-дифференциальный редуктор, включающий входную шестерню со сдвоенным зубчатым венцом, входящим в зацепление с блоком сателлитов, внутренний выходной вал, сопряженный с блоком сателлитов, наружный выходной вал с телом вращения, содержащим зубчатый венец внутреннего зацепления, блок сателлитов содержит двухвенцовое колесо, сопряженное с входной шестерней, между венцами которого установлена прямозубая шестерня, входящая в зацепление с зубчатым венцом тела вращения, причем входная шестерня и выходные наружный и внутренний валы установлены соосно, при этом внутренний выходной вал и наружный выходной вал установлены концентрично (Максимов Н.А., Секистов В.А. «Двигатели самолетов и вертолетов. Основы устройства и летной эксплуатации», М., Воениздат, 1977 г. - 343 с, стр. 10, рис. 1.5).
Недостатками данной конструкции являются низкая несущая способность и низкий КПД зубчатой передачи из-за малого числа зубьев колес сателлитов, и, как следствие, низкий КПД самого редуктора, причем увеличении модификации зуба (а именно коэффициента смещения исходного профиля) и угла профиля исходного контура зуба ограничено заострением на вершине зуба. Еще одним недостатком является то, что опоры входной шестерни и опоры выходных наружного и внутреннего валов расположены на одной оси, тем самым увеличивается длинновой габаритный размер редуктора.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение несущей способности зубчатых колес, снижение габаритных размеров редуктора, и, следовательно, снижение его массы, а так же повышение КПД зубчатых передач редуктора, и, как следствие, повышение КПД самого редуктора, и поддержание заданного соотношения крутящих моментов и частот вращения на выходных валах.
Технический результат достигается тем, что планетарно-дифференциальный редуктор включает входную шестерню со сдвоенным зубчатым венцом, входящим в зацепление с блоком сателлитов, внутренний выходной вал, сопряженный с блоком сателлитов, наружный выходной вал с телом вращения, содержащим зубчатый венец внутреннего зацепления, блок сателлитов содержит двухвенцовое колесо, сопряженное с входной шестерней, между венцами которого установлена прямозубая шестерня, входящая в зацепление с зубчатым венцом тела вращения, причем входная шестерня и выходные наружный и внутренний валы установлены соосно, при этом внутренний выходной вал и наружный выходной вал установлены концентрично.
Новым в полезной модели является то, что двухвенцовое колесо содержит косозубые зубчатые колеса со встречными углами наклона зубьев 20-30° каждого из колес друг относительно друга, входная шестерня дополнительно снабжена зубчатым венцом, входящим в зацепление с уравнительным механизмом, тело вращения наружного выходного вала дополнительно сопряжено с уравнительным механизмом.
Тело вращения наружного выходного вала сопряжено с уравнительным механизмом шлицевым, зубчатым или болтовым соединением.
Уравнительный механизм содержит зубчатое колесо внешнего зацепления, зубчатое колесо внутреннего зацепления и шестерню, сопряженную с зубчатым колесом внутреннего зацепления.
Поддержание заданного крутящего момента на выходных валах редуктора обеспечивается применением косозубых зубчатых передач и уравнительного механизма, причем использование в конструкции редуктора косозубых зубчатых колес со встречными углами наклона зубьев 20-30° друг относительно друга позволяет повысить рабочие углы внешнего и внутреннего зацепления, и, следовательно, увеличить несущую способность зубчатых колес, и повысить КПД зубчатых передач редуктора, и, как следствие, и самого редуктора.
На фигурах показаны:
Фиг. 1 - конструкция планетарно-дифференциального редуктора;
Фиг. 2 - кинематическая схема зацепления редуктора.
Планетарно-дифференциальный редуктор включает входную шестерню 1, внутренний выходной вал 2 и наружный выходной вал 3 с телом вращения 4, содержащим зубчатый венец 5 внутреннего зацепления (Фиг. 1). Причем входная шестерня 1 и выходные наружный 3 и внутренний 2 валы установлены соосно, а внутренний выходной вал 2 и наружный выходной вал 3 установлены концентрично.
Входная шестерня 1 снабжена сдвоенным зубчатым венцом 6, входящим в зацепление с двухвенцовым колесом 7 блока сателлитов 8. Так же блок сателлитов 8 снабжен прямозубой шестерней 9, установленной между венцами двухвенцового колеса 7, и входящей в зацепление с зубчатым венцом 5 тела вращения 4 наружного выходного вала 3 (Фиг. 2). Внутренний выходной вал 2 сопряжен с блоком сателлитов 8.
Двухвенцовое колесо 7 блока сателлитов 8 содержит косозубые зубчатые колеса 10, 11 со встречными углами наклона зубьев 20-30° каждого из колес друг относительно друга, что позволяет довести рабочий угол профиля внешнего зацепления до 29,205° и рабочий угол профиля внутреннего зацепления до 26,571°.
При этом увеличение углов профилей внешнего и внутреннего зацепления позволяет повысить КПД наружного зацепления до 0,9965 и КПД внутреннего зацепления до 0,99876, тем самым повысив КПД самого редуктора.
Входная шестерня 1 дополнительно снабжена зубчатым венцом 12, входящим в зацепление с уравнительным механизмом 13. Тело вращения 4 наружного выходного вала 3 дополнительно сопряжено с уравнительным механизмом 13 шлицевым, зубчатым или болтовым соединением.
Уравнительный механизм 13 содержит зубчатое колесо внешнего зацепления 14, шестерню 15, сопряженную с зубчатым колесом 16 внутреннего зацепления.
Планетарно-дифференциальный редуктор турбовинтового двигателя работает следующим образом.
Крутящий момент от входного звена, например компрессора или турбины (не показаны), передается на входную шестерню 1. От входной шестерни 1 через сдвоенный зубчатый венец 6 момент передается на косозубые зубчатые колеса 10, 11 двухвенцового колеса 7 блока сателлитов 8, а затем и на прямозубую шестерню 9 блока сателлитов 8. От блока сателлитов 8 крутящий момент передается на внутренний выходной вал 2.
Через прямозубую шестерню 9 блока сателлитов 8 момент передается на тело вращения 4 и на наружный выходной вал 3.
Одновременно через дополнительный зубчатый венец 12 входной шестерни 1 крутящий момент передается через уравнительный механизм 13 на тело вращения 4 и на наружный выходной вал 3.
В самом уравнительном механизме 13 передача крутящего момента осуществляется от входной шестерни 1 через зубчатое колесо 14 внешнего зацепления, затем на шестерню 15 и на зубчатое колесо 16 внутреннего зацепления, через которое момент передается по средствам шлицевого, болтового или зубчатого соединения на наружный выходной вал 3.
Уравнительный механизм 13 обеспечивает заданное распределение крутящего момента от входной шестерни 1 на выходные валы 2, 3 на всех режимах работы редуктора. Это достигается благодаря тому, что уравнительный механизм одновременно создает нагрузку на выходной внутренний вал 2 (через входную шестерню 1 и блок сателлитов 8) и на выходной наружный вал 3 (через уравнительный механизм 13 и тело вращения 4).
Благодаря тому, что двухвенцовое колесо содержит косозубые зубчатые колеса со встречными углами наклона зубьев 20-30° каждого из колес друг относительно друга, входная шестерня дополнительно снабжена зубчатым венцом, входящим в зацепление с уравнительным механизмом, тело вращения наружного выходного вала дополнительно сопряжено с уравнительным механизмом шлицевым, зубчатым или болтовым соединением, уравнительный механизм содержит зубчатое колесо внешнего зацепления, зубчатое колесо внутреннего зацепления и шестерню, сопряженную с зубчатым колесом внутреннего зацепления достигается повышение несущей способности зубчатых колес, снижение габаритных размеров редуктора, и, следовательно, снижение его массы, а так же повышение КПД зубчатых передач редуктора, и, как следствие, повышение КПД самого редуктора, и поддержание заданного соотношения крутящих моментов и частот вращения на выходных валах.