Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

10.6.1 - Требования к зубчатым передачам

В основном, к зубчатым передачам в приводах агрегатов и редукторах ГТД предъявляются те же требования, что и в общем машиностроении.

К зубчатым передачам авиационных ГТД наряду с общими требованиями по максимальному к.п.д., ремонтопригодности, технологичности, минимальным габаритам и массе, минимальной стоимости производства и эксплуатации предъявляются дополнительные требования:

-большая несущая способность;

-повышенные требования к уровню надежности для обеспечения безопасность полетов;

-увеличенные сроки службы

-уменьшение удельной массы.

10.6.2 - Классификация зубчатых передач

Зубчатые передачи с параллельными осями вращения делятся на передачи с внешним и внутренним зубчатыми зацеплениями. Передачи с внутренним зацеплением благодаря совместной работе выпуклого и вогнутого профилей сопряженных зубьев при прочих равных условиях более долговечны по сравнению с передачами с внешним зацеплением.

По направлению зубьев передачи с параллельными осями выполняются прямозубыми, косозубыми и шевронными. В редукторах и приводах агрегатов ГТД чаще используются прямозубые и косозубые ЗК. Шевронные зубчатые передачи получили распространение в редукторах ГТУ. В ГР ВР-26 (см. Рис. 10.2.2.1.1_6) последняя ступень редукции выполнена с шевронными ЗК.

Косозубые и шевронные ЗК благодаря наклону линий зубьев, в отличие от прямозубых, входят

âзацепление не сразу по всей длине зубьев, а в те- чение некоторого времени. Следовательно, коэффициент перекрытия этих зубьев больше, чем прямых. Коэффициент перекрытия определяет среднее число пар зубьев, одновременно находящихся в зацеплении. Например, если коэффициент перекрытия 1,6 говорит о том, что 0,4 времени работы переда- чи в зацеплении находится одна пара зубьев, а 0,6 времени – две пары зубьев.

Благодаря большим, по сравнению с прямозубыми передачами, коэффициентам перекрытия

âзацеплении косозубых и шевронных передач они работают плавно и с меньшим шумом. Эти каче- ства обуславливают их преимущественное применение в высокоскоростных и тяжелонагруженных

передачах. Особенностью косозубых передач является наличие в них осевых сил, которые требуют применения упорных подшипников. Этого недостатка лишены шевронные передачи. Они имеют большие углы наклона зубьев (до 30…40î) и способны передавать при одинаковых габаритах зна- чительно больший крутящий момент, чем прямозубые и косозубые передачи. Недостатком шевронных передач является увеличенный размер колес вдоль оси (зубчатые венцы разнесены для обеспечения выхода зубообрабатывающего инструмента), а также колебания колес вдоль собственной оси из-за разности фаз действующих погрешностей шагов каждого из венцов с противоположным направлением зуба.

Зубчатые передачи со скрещивающимися осями вращения - это винтовые и червячные зубчатые передачи. Передачи этого типа не нашли широкого применения в приводах агрегатов и редукторах ГТД, как и в редукторах ГТУ, поэтому в данном разделе не рассматриваются.

Зубчатые передачи с пересекающимися осями - это конические зубчатые передачи, которые

âсвою очередь делятся на ортогональные и неортогональные - передачи, оси вращения которых пересекаются под отличным от 90î углом.

Âзависимости от формы теоретической линии зубьев на развертке делительного конуса (см. Рис. 10.6.2_1) конические ЗК подразделяются на следующие типы:

а) с прямыми зубьями, когда их линии проходят через вершину конуса;

б) с тангенциальными зубьями, линии кото-

рых касательны окружности радиуса Òt ;

в) с круговыми зубьями, линии которых явля-

ются дугами окружностей dO;

г) с эвольвентной линией зубьев, являющей-

ся эвольвентой окружности db;

д) с циклоидальной линией зубьев, представляющей собой циклоидальную кривую, описываемую точкой окружности 1, катящейся по окружности D.

Колеса с круговыми зубьями используются

âбыстроходных силовых передачах и поэтому наиболее подходят для применения в приводах агрегатов и редукторах ГТД.

Конические колеса чрезвычайно чувствительны к взаимному положению зубчатых венцов. Поэтому важно обеспечить стабильность этого положения при сборке и в процессе работы. Основным условием их нормальной работы является обеспе- чение при изготовлении и сборке локализованного и установленного чертежом пятна контакта по длине и высоте зубьев. Пятно овальной формы,

648

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Рисунок10.6.2_1 - Формы теоретической линии зубьев конических ЗК

удаленное от торцов, вершины и корневого сече- ния зуба, означает равномерное распределение нагрузки по длине и высоте зуба. Пятно контакта подбирают при сборке регулировочными кольцами, подкладываемыми под подшипники, либо используют специальные регулировочные прокладки, устанавливаемые под корпус подшипников. Контроль приработки зубьев проверяют после их силовой обкатки.

10.6.3 - Исходный производящий контур

Под исходным производящим контуром понимается очертание зубьев номинальной исходной зубчатой рейки в сечении плоскостью, перпендикулярной к ее делительной плоскости и нормальной к направлению зубьев [10.8.14].

Исходный производящий контур высокоскоростных и тяжелонагруженных зубчатых передач в большинстве случаев соответствует общепринятым стандартам. Как правило, применяется угол профиля исходного контура 20î, 25î è 28î. Угол профиля зуба – острый угол в выбранном сечении

между касательной к профилю зуба в данной точ- ке и линией кратчайшего расстояния от поверхности сечения от этой точки до оси зубчатого колеса.

Увеличение угла профиля обеспечивает повышение контактной и изгибной прочности, улучшает стойкость против заедания. Одновременно уменьшается коэффициент перекрытия и возрастают нагрузки на опоры зубчатых колес.

Тяжелонагруженные зубчатые колеса для снижения остаточных после шлифовки напряжений у основания зуба имеют поднутренное основание зубьев, которое тем легче выполнить, чем больше угол профиля исходного производящего контура.

Обеспечение в зубчатых передачах с коэффициента перекрытия гарантированно равного 2,0 существенно уменьшает уровень вибраций и примерно в 1,5 раза повышает ее несущую способность. Такое стало возможным благодаря применению исходного контура с углом профиля 18î в диапазоне чисел зубьев 25…65 с получением угла зацепления 20…24î и обеспечению точности изготовления зубчатых колес не грубее 4 – 5-й степени точности.

649

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

10.6.4 - Нагруженность зубчатых передач

При работе зубчатой передачи в приводах агрегатов и редукторах ГТД деформация зубьев колес превышает погрешность их изготовления. Данное обстоятельство предопределяет гарантированный контакт всех сопряженных в этот момент зубьев.

По нагруженности зубчатых передач их можно разделить на:

-малонагруженные – высокоскоростные зуб- чатые передачи КПА и первых ступеней редукторов ТВД и ГР вертолетов;

-тяжелонагруженные - последние ступени ГР

èредукторов ТВД.

Нагрузки в зубчатых зацеплениях делятся на статические, определяемые передаваемым ÌÊÐ, и динамические, зависящие от точности изготовления зубьев и сборки.

С увеличением окружных скоростей в зубча- тых зацеплениях увеличивается динамическая составляющая нагрузок в них и, соответственно, возрастают требования к повышению точности изготовления зубьев. Динамические нагрузки возникают при входе и выходе зубьев из зацепления. На входе зубьев в зацепление возникает кромоч- ный удар из-за погрешностей зацепления. При выходе зубьев из зацепления в точной передаче происходит перераспределение нагрузки с динами- ческим усилием. В неточной передаче при выходе зубьев из зацепления возникает срединный удар.

Погрешности в изготовлении ЗК, деформация зубьев под действием нагрузки приводят к кромоч- ным ударам зубьев, вызывающим вибрации, крутильные колебания, высокий уровень шума. Повышение точности изготовления ЗК, увеличение (за счет применения косозубых ЗК) коэффициента перекрытия, повышение жесткости зубьев за счет изменения угла зацепления, а также применение фланкирования зубьев позволяют существенно снизить уровни вибраций и шума. Фланкирование

– модификация профиля головки зуба для улучшения работоспособности высокоскоростных и тяжелонагруженных цилиндрических передач внешнего зацепления.

Основной вывод – точность зубчатой переда- чи назначается с учетом фактической нагруженности и жесткости сопряженных зубьев и всей упругой системы в целом.

Изгибная и контактная прочность нагруженных ЗК является важнейшим условием их работоспособности и долговечности.

Методы повышения изгибной и контактной прочности и долговечности ЗК во многом анало-

гичны. Однако, следует иметь в виду, что контактная прочность обеспечивается сочетанием удельной нагрузки на зуб и прочности масляной пленки при рабочей температуре в зацеплении. Поэтому очень важен выбор смазки, тип который зависит не только от удельной нагрузки, окружной скорости и температуры передачи, но определяется и заданными условиями эксплуатации (например, пуск установки, которая содержит зубчатую передачу, при отрицательных температурах окружающей среды и т.п.). Имеют значение и адсорбционные свойства масла. При высокой адсорбционной способности смазки усиливается ее связь с материалом зубьев, увеличивается толщина масляной пленки, смягчаются динамические явления, уменьшаются максимальные напряжения в точках контакта. Не следует чрезмерно завышать количество масла, подаваемого в зацепление быстроходных передач, т.к. при этом теплосъем не увеличивается, но появляется опасность гидродинамического расклинивания передачи чрезмерно большим масляным слоем. Для быстроходных зубчатых передач выбирают масла с меньшей вязкостью, а для тихоходных - с большей вязкостью.

Методы повышения изгибной и контактной прочности и долговечности ЗК:

1.увеличение профильного угла ИПК или назначение положительной коррекции. Коррекция (смещение исходного контура) – смещение делительной прямой исходной производящей рейки по нормали относительно делительной поверхности зубчатого колеса;

2.увеличение радиуса переходной кривой в основании зубьев;

3.обеспечение при проектировании: достаточ- ной жесткости передачи, симметричного расположения зубчатых венцов относительно нагрузки, требуемого направления упругих деформаций;

4.уменьшение нагруженности передачи;

5.регламентация глубины упрочненных ХТО слоев в соответствии с модулем и толщиной зубьев у их вершины;

6.введение упрочнения ХТО всех поверхностей зубьев (в т.ч. – внешней поверхности головок, торцов зубьев) без разрывов – это позволит избежать концентрации напряжений на кромках и у основания зубьев, появляющихся в месте стыка упроч- ненного ХТО слоя с неупрочненной поверхностью;

7.введение требования о скруглении профильных и продольных кромок зубьев до ХТО, а после ХТО - полировки скруглений и регламентация размеров скруглений;

8.применение продольной и профильной модификации зубьев. Модификация зубьев – предна-

650