Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Рисунок10.4.1.1_8 - Конструкция опоры конического зубчатого колеса 1 - колесо зубчатое; 2 - корпус

опоры зубчатого колеса; 3 - роликоподшипник; 4 - шарикоподшипник

ружном кольце. Такая конструкция подшипников обеспечивает надежный подвод масла к внутренней беговой дорожке. Недостаток таких подшипников в том, что имеющиеся в масле посторонние частицы относятся центробежными силами к наружной закрытой беговой дорожке и оседают на ней. Поскольку удалить их полностью практически невозможно, то существенно сокращается долговечность подшипника.

10.4.2 - Проектирование коробок приводов агрегатов

Основными исходными данными для начала работ по проектированию КПА служат:

-количество и состав приводных агрегатов;

-габаритные, присоединительные размеры

èмасса агрегатов;

-направление и частота вращения приводных валов агрегатов;

-наличие и количество трубопроводных

èэлектрических связей между приводными и размещающимися на двигателе неприводными агрегатами;

-габаритные размеры выделенного под КПА места.

Современная КПА в сборе представляет собой отдельный модуль двигателя, имеющий не-

сложное крепление к корпусам двигателя. В корпусах КПА устанавливаются зубчатые колеса с подшипниками качения, передающие крутящий момент от центрального привода ГТД приводным агрегатам.

Наиболее часто встречаются конструкции двигателей, имеющиеГТД, как правило, имеют одну основную КПА, которая устанавливается непосредственно на двигателе и представляет собой отдельный модуль (см. Рис. 10.4.2_1).

Как сказано выше процесс проектирования КПА и размещения на ней приводных агрегатов начинают одновременно с созданием электронного макета ГТД с учетом габаритов выделенного на летательном аппарате места под него.

На макете предварительно располагают все приводные и неприводные агрегаты и прокладывают механические, трубопроводные и электрические связи между ними, выбирая тем самым оптимальное расположение всех агрегатов на двигателе. До введения в практику проектирования электронных макетов эти вопросы прорабатывались конструкторами на компоновках и затем проверялись на натурном макете, после чего проводилось уточнение документации.

В случае применения вновь создаваемых приводных агрегатов имеется возможность влиять на

Рисунок 10.4.2_1 - Коробка приводов с агрегатами (Печатается с разрешения Rolls-Royce plc.)

1 - генератор переменного тока;

2 - суфлер центробежный;

3 - стартер воздушный; 4 - на- сос-регулятор топливный; 5 - насос масляный откачки;

6 - насос гидравлический; 7 - насос топливный подкачивающий; 8 - генератор постоянного тока; 9 - насос масляный основной

637

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

их габаритно-монтажные размеры, выбор направления и диапазона частот их вращения, а также на размещение на них штуцеров, электрических разъемов, органов управления и других элементов, что значительно облегчает дальнейшую работу над созданием КПА.

Расположение приводных агрегатов на КПА определяется несколькими общими принципами:

-количество и состав приводных агрегатов должны быть минимальны при условии выполнения всех необходимых функций;

-агрегаты должны располагаться компактно по обе стороны КПА, что позволит разместить их на меньшей площади и тем самым добиться ее минимальных габаритов и массы;

-агрегаты, требующие наибольших ÌÊÐ на привод, желательно располагать как можно ближе

êвалу отбора мощности от двигателя;

-привод от стартера должен иметь минимальное количество промежуточных зубчатых колес до приводимого во вращение ротора;

-для уменьшения массы КПА целесообразно применять интегрированные с ней агрегаты, имеющие общие с ней элементы и детали (ротор агрегата установлен непосредственно на валу зубчатого колеса, опоры которого одновременно служат

èопорами агрегата)

-кинематическая цепь привода агрегатов, по возможности, должна быть с простыми передача- ми, не иметь зубчатых колес с малыми и кратными числами зубьев и учитывать эффект «плавающего зуба»;

-количество зубчатых колес должно быть минимальным;

-избегать применения зубчатых колес с несколькими венцами;

Рисунок 10.4.2_2 - Схемы приводов с промежуточным зубчатым колесом 1 - колесо зубчатое ведущее; 2 - колесо зубчатое промежуточное; 3-колесо зубчатое ведо-

мое; P - сила, действующая в зубчатом зацеплении; R - результирующая сила (принята за единицу); j - угол между линиями, соединяющими центры зубчатых колес

638

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Рисунок 10.4.2_3 - Схема предпочтительного расположения промежуточных зубчатых колес

-возбуждаемые зубчатыми колесами так называемые «зубцовые частоты» не должны вызывать резонансных колебаний в рабочих диапазонах частот вращения;

-масляная полость КПА в местах установки агрегатов должна иметь надежные уплотнения

ñдренажами для предотвращения попадания в нее рабочих жидкостей из агрегатов и наоборот.

Поскольку в подавляющем большинстве случа- ев кинематическая схема КПА представляет собой ряд последовательных простых зубчатых передач, то большинство зубчатых колес, за исключением крайних, располагается между двумя соседними колесами. Это позволяет за счет их правильного взаимного расположения существенно влиять на величину действующих на опоры нагрузок. Схема влияния положения промежуточного зубчатого колеса на величину действующих на опоры нагрузок [10.8.9] показана на Рис. 10.4.2_2. Целесообразно располагать промежуточное колесо так, чтобы ведущее колесо как бы втягивало промежуточное колесо в зацепление.

В зависимости от угла ϕ, при прочих равных условиях, результирующая сила R меняется в зна- чительных пределах. Так при ϕ= 100î (схема б)зна- чения R почти в два раза меньше, чем при том же угле на схеме а. Т.е. простой перенос промежуточ- ного колеса с одной стороны на другую позволяет существенно уменьшить действующие в конструкции силы. При наименьших реальных значениях угла ϕ = 80…90î результирующая сила уменьшается почти в три раза по сравнению с максимально возможной.

На Рис. 10.4.2_3 приведена предпочтительная схема расположения зубчатых колес в КПА.

После выбора кинематической схемы КПА выполняется компоновка, делаются предварительные расчеты (кинематический, геометрический и прочностной). Кинематическим расчетом уточняются передаточные отношения в каждом зубчатом зацеплении и в приводе каждого агрегата, определяются числа зубьев всех шестерен. Геометрическим расчетом определяются параметры каждого зубчатого зацепления, выбираются углы профиля

639

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

исходного контура, коэффициенты коррекции (при необходимости) и др. Прочностным расчетом определяют соответствие нормам прочности выбранных зубчатых передач, корпусов, нагрузки на подшипники и их долговечность, достаточность запасов по критическим частотам вращения валов КПА. Определяют собственные формы и частоты колебаний зубчатых колес КПА и, при необходимости, производят изменение их геометрии для исключения совпадения собственных частот с рабо- чим диапазоном.

По результатам расчетов уточняется компоновка КПА. После чего ее габаритно-монтажный чертеж согласовывается с разработчиками других узлов двигателя и разработчиками самолета и мотогондолы (если ее разрабатывает не проектиров-

щик самолета). После согласования чертежа выпус- Рисунок 10.4.2.1_1 - Двигатель GE90 кается рабочая документация.

10.4.2.1 - Конструкция коробки приводов агрегатов

Как показано выше (см. Рис. 10.4.2_1) КПА представляет собой самостоятельный модуль двигателя. Модульность конструкции позволяет при необходимости заменять КПА без съема двигателя с самолета.

Положение КПА зависит от компоновки двигателя в составе самолета (в соответствии с размещением двигателей на самол¸те - в фюзеляже, под или над крылом, в хвостовой части). В большинстве случаев их КПА располагают под двигателем (нижнее расположение) (см. Рис. 10.4.1.1_2). Нижнее расположение более предпочтительно, но нежелательно в случае расположения двигателя под крылом самолета, так как значительно уменьшает просвет между двигателем и взлетно-посадочной полосой. КПА часто размещается в пространстве между наружным и внутренним контурами. (Пример двигатель GE90 разработки General Electric, см. Рис. 10.4.2.1_1). В ТВД КПА, как правило, совмещена с редуктором привода винта, как на двигателе АИ-20А (см. Рис. 10.2.1.2_1).

КПА включают в себя коническую зубчатую передачу, которая конструктивно бывает двух типов: встроенная в КПА, как на двигателе ПС-90А (см. Рис. 10.4.2.1_2), или с вынесенным коническим приводом (см. Рис. 10.4.2.1_3)

Корпуса КПА могут быть разъемными и неразъемными. Наличие разъема (см. Рис. 10.4.2.1_4) облегчает монтаж зубчатых колес при сборке КПА, но несколько увеличивает ее габариты.

При раздельной обработке посадочных поверхностей (в корпусе и крышке КПА) под подшип-

Рисунок 10.4.2.1_2 - КПА двигателя ПС-90А

Рисунок10.4.2.1_3 - КПА

640

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Рисунок 10.4.2.1_4 - КПА с разъемом 1 - крышка; 2 - разъем; 3 - корпус

Рисунок 10.4.2.1_5 – КПА(Печатается с разрешения Rolls-Royce plc.)

1 - передача зубчатая кони- ческая; 2 - корпус КПА без разъема

ники затруднительно обеспечить необходимую соосность опор зубчатых колес. От соосности опор также зависит величина перекоса зубьев в зубча- тых зацеплениях КПА. Для обеспечения требуемой соосности гнезд под подшипники в доступных местах выполняют их совместную обработку. Там, где это не удается, повышают точность выполнения

Рисунок 10.4.2.1_6 - КПА со съемным фланцем 1 - фланец с зубчатыми колеса-

ми; 2 - фланец на КПА; 3 - корпус КПА без разъема

Рисунок 10.4.2.1_7 - Корпус КПА

координат поверхностей под подшипники в корпусе и крышке и при сборке обеспечивают точность их взаимного положения штифтами или призонными болтами.

При возможности совместной обработки всех посадочных поверхностей под подшипники и обеспечения сборки корпус КПА выполняется без разъема (см. Рис. 10.4.2.1_5).

В КПА с неразъемными корпусами для обеспечения монтажа зубчатых колес используются специальные съемные фланцы (см. Рис. 10.4.2.1_6). Зубчатые колеса, собранные совместно с фланцем 1, монтируются на ответный фланец 2 неразъемного корпуса 3 КПА. Стык между фланцами 1 и 2

641

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

уплотняется резиновым уплотнительным кольцом в канавке корпуса 3 КПА.

	Точное взаимное положение фланца 1 отно-
	сительно фланца 2 корпуса КПА обеспечивается
	постановкой штифтов или призонных болтов (не
	показаны). Предпочтительно, чтобы болты имели
	коническую форму, а отверстия под них выполня-
	лись совместной обработкой корпуса и фланца.
	Корпуса КПА изготовляются из легких маг-
	ниевых или алюминиевых сплавов. Корпус КПА
	из легких сплавов показан на Рис. 10.4.1.2.2_7.
	Уплотнительные устройства в КПА призваны
	выполнять две функции - предотвращать утечку
	масла из масляной полости КПА и защищать ее от
	проникновения извне влаги и посторонних частиц.
	Все уплотнительные устройства КПА можно раз-
	делить на уплотнения неподвижных стыков и уп-
	лотнения вращающихся валов.
	Неподвижные стыки корпусных деталей уп-
	лотняются между собой посредством герметизи-
	рующих прокладок, уплотнительных резиновых
	колец и с помощью натяга по посадочным поверх-
	ностям. В качестве герметизирующих прокладок	Рисунок 10.4.2.1_8 - Уплотнение торцовое контак-
	используются парониты, герметики на основе по-	òíîå
	лимерных композиций, маслостойкие резины и по-	1 – корпус; 2 – кольцо контак-
	лимерные материалы. Уплотнения вращающихся	тное; 3 – пружина; 4 – кольцо
	валов делятся на две категории: бесконтактные	ступенчатое; 5 - шпонка; 6 –
		уплотнительное кольцо; 7 –
	и контактные.
		кольцо стопорное
	Бесконтактные – уплотнения, в которых гер-
	метизация происходит за счет малых зазоров со-
	пряженных элементов. Основные уплотнения бес-	Установленное в корпусе 1 невращающееся
	контактного типа – щелевые, лабиринтные,	контактное графитовое кольцо 2 волнистой пружи-
	винтоканавочные и импеллерные.	ной 3 прижимается к установленному на привод-
	В конструкциях редукторов и КПА из бескон-	ном вале вращающемуся контактному кольцу (не
	тактных уплотнений наиболее распространены ла-	показано). Подбор необходимого усилия прижатия
	биринтные гребешковые уплотнения 1 (см.	обеспечивается ступенчатым кольцом 4. От поворота
	Рис. 10.4.2.1_9). Их применяют для запирания рабо-	вокруг своей оси графитовое кольцо удерживается
	чей среды за счет малой величины радиальных или	тремя шпонками 5, которые приварены к внутрен-
	торцовых зазоров между корпусом и валом, как при	ней поверхности наружной оболочки корпуса. Ре-
	относительном движении, так и в состоянии покоя.	зиновое уплотнительное кольцо 6 выполняет фун-
	Бесконтактные уплотнения эффективны не	кцию вторичного уплотнения. Стопорное кольцо
	при всех условиях работы, они способны лишь ог-	7 препятствует выпадению деталей из корпуса уп-
	раничить утечку смазки. В частности, они не пре-	лотнения при его монтаже (демонтаже), хранении
	дохраняют от утечек масла при невращающемся	и транспортировке. Неподвижное уплотнительное
	вале и не защищают от попадания влаги. Поэтому	кольцо изготовлено из материала на графитовой
	на КПА современных ГТД для уплотнений враща-	основе. Оно обладает высокими показателями эф-
	ющихся валов применяются торцовые контактные	фективности и долговечности, а также хорошими
	уплотнения.	предельными эксплуатационными характеристика-
	Примером торцового контактного уплотне-	ми и сравнительно низким моментом трения.
	íèå (см. Рис. 10.4.2.1_8) является уплотнение при-	Часто при проектировании КПА уплотнение
	водных валов КПА двигателя ПС-90А, представ-	вала приходится делать двойным - так называемое
	ляющее собой самостоятельный узел (модуль)	комбинированное уплотнение (см. Рис. 10.4.2.1_9
	который при необходимости может быть заменен	а), в котором в дополнение к контактному устанав-
	непосредственно на самолете.	ливается еще одно уплотнение (чаще лабиринтное).

642

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

à)

á)

Рисунок10.4.2.1_9 - Уплотнения вала привода агрегата КПА а) комбинированное уплотнение;

1 – уплотнение торцовое контактное; 2 – кольцо контактное; 3 – уплотнение лабиринтное; 4 – подвод масла; 5 – слив масла; 6 – дренаж; б) комбинированное уплотнение с магнитным кольцом 1-кольцо магнитное

Необходимость постановки комбинированно-	личные смеси и смолы, вредно воздействующие на
го уплотнения вызвана следующим:	уплотнительные материалы и перекрывающие дре-
- любые уплотнения вращающихся валов,	нажные отверстия).
в т.ч. и контактные, допускают некоторые незначи-	Комбинированное уплотнение состоит из тор-
тельные утечки через них. То же относится и к уп-	цового контактного уплотнения 1 с вращающимся
лотнениям самих приводных агрегатов;	на валу контактным кольцом 2 и лабиринтного
- полость, образованная между КПА и агрега-	уплотнения 3. Вращающееся контактное кольцо
том, должна иметь дренаж для утилизации утечек;	смазывается и охлаждается маслом, которое под-
- иногда жидкость, используемая в агрегате	водится по каналу 4 из КПА и сливается обратно
в качестве рабочей, несовместима с применяемым	в нее через канал 5. Лабиринтное уплотнение ус-
в КПА маслом (при их смешении образуются раз-	тановлено со стороны приводного агрегата. Из

643