Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

гих, у которых оси вала 1 силовой турбины и вала 4 воздушного винта расположены параллельно.

Редуктор (см. Рис. 10.2.1.2_4) двигателя Walter M601-E, производства фирмы Walter AS, Чешская республика, выполнен по двухступенча- той схеме с простыми зубчатыми передачами. Первую ступень редукции составляют установленная на вал (не показан) турбины ведущая косозубая шестерня 1 и ведомые зубчатые колеса 2. Ведущие шестерни 3 второй ступени редукции зацепляются с общим колесом 4 внутреннего зацепления, которое через шлицевое соединение (не показано) связано с валом 5 воздушного винта. Ведомые зубчатые колеса первой ступени составляют одно целое с ведущими шестернями второй ступени.

Разделение МÊÐ, передаваемого первой и второй ступенями редукции, по потокам способствует снижению удельного веса механизма.

10.2.2 - Редукторы привода несущего и рулевого винтов вертолетов

При разработке конструкции СУ вертолета разработчики ГТД и редукторов решают многочисленные вопросы по их взаимодействию. Поэтому, как уже было сказано, разработчики ГТД иногда проектируют и изготовляют редукторы привода несущего винта. Примером является разработка СУ вертолета Ми-6 (см. Рис. 10_4), для которой ГТД и редуктор привода несущего винта были разработаны ОАО «Авиадвигатель» г. Пермь.

10.2.2.1 - Редукторы привода несущего винта

Существуют следующие схемы вертолетов:

-с одним несущим и одним рулевым винтами;

-с двумя соосными несущими винтами;

-с двумя несущими винтами, расположенными на продольной оси вертолета (продольная схема);

-с двумя несущими винтами, расположенными на оси, перпендикулярной продольной оси вертолета (поперечная схема).

Соответственно схемам вертолетов, конструкции редукторов для привода несущего винта, называемых главными редукторами (ГР), имеют свои особенности. Так, ГР одновинтового вертолета в большинстве случаев должен иметь приводы несущего и рулевого винтов.

ГР вертолета с соосными винтами должен иметь приводы для винтов, расположенных один под другим и имеющих одинаковые по величине

èразные по направлению частоты вращения.

Главные редукторы двухвинтового вертолета продольной или поперечной схемы должны быть кинематически связаны между собой.

Âтаблице 10.2.2.1_1 представлены основные параметры ГР некоторых вертолетов.

СУ большинства вертолетов включают от 1 до 3 двигателей, которые объединены общим ГР. Вертолеты поперечной или продольной схем могут иметь до четырех двигателей (по 2 двигателя на каждый ГР).

Âчисло обязательных требований, предъявляемых к конструкциям ГР вертолетов, включаются:

-низкая вибрационная активность; -равномерное распределение нагрузок между

параллельными звеньями многопоточных передач; -отсутствие концентрации нагрузок по длине

èвысоте зубьев;

10.2.2.1.1 - Кинематические схемы главных редукторов вертолетов

Большая разница частот вращения силовой турбины ГТД и несущего винта вертолета вынуждает проектировать редукторы с большими вели- чинами передаточных отношений i = 30…78.

Как правило, ГР вертолетов имеют 3…4 ступени редукции. к.п.д. редукторов должен быть в пределах η ≥ 0,97.

Специальными исследованиями и опытом проектирования установлено, что для достижения минимальной удельной массы ГР (отношение массы редуктора к величине суммарного крутящего момента на входе) решающее значение имеет выбор рациональной кинематической схемы.

Поскольку ось вращения несущего винта (винтов) вертолета располагается под углом близким к 90î к плоскости расположения осей двигателей, первой или второй ступенью ГР должна быть коническая передача. Последняя ступень ГР передает весьма большой крутящий момент, в ней действуют значительные по величине окружные и радиальные нагрузки. С целью уменьшения массы ГР проектируют по многопоточной схеме, т.е. крутящий момент разделен на несколько равных частей, передаваемых параллельно и суммирующихся на валу несущего винта. Одной из задач, решаемых при проектировании ГР, является обеспечение как можно более равномерного деления крутящего момента на параллельные потоки.

У большинства вертолетов последняя ступень ГР выполнена в виде соосной зубчатой передачи, которая может быть планетарной (плане- тарно-дифференциальной) или представлять собой несколько простых зубчатых передач внеш-

610

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Таблица 10.2.2.1_1

Параметры ГР некоторых вертолетов

				ÂЕÐÒÎ Ë ЕÒЫ
	Ï À ÐÀÌ ЕÒÐ
		Ì è-2	Ì è-6	Ì è-8	Ì è-14	Ì è-26	ÑÍ -53À
	Количество и тип	2 ÃÒÄ	2 ÃÒÄ	2 ÃÒÄ	2 ÃÒÄ	2 ÃÒÄ	2 ÃÒÄ
	двигателей
	Частота вращ ения	5904	8300	12000	15000	8300	5646
	входны х валов, об/мин
	Частота вращ ения	246	120	192	193	132	185,6
	вала несущ его винта,
	îá/ìèí
	П ередаточное число	23,89	69,20	62,5	77,6	62,5	30,26
	Число ступеней	3	4	4	4	3	3
	Количество зубчаты х	11	34	21	21	45
	колес
	Количество	15	60	36	36	90
	подш ипников
	М асса редуктора, кг	300	3200	785	842,5	3650	1500
	Суммарная взлетная	661,2	8088	2206	3235	14706	5772
	мощ ность, кВт (л.с.)	(900)	(11000)	(3000)	(4400)	(20000)	(7850)
	Крутящ ий момент на	26202	656717	111906	163279	10851522	301919
	взлетном режиме, Н м
	Удельная масса, кг/Н м	0,0114	0,00490	0,0070	0,00516	0,00336	0,0050

него зацепления, имеющих общее центральное зубчатое колесо.

Ступени с планетарными передачами имеют ряд преимуществ:

-нагрузки, возникающие при работе зубчатых передач, замыкаются на зубчатое колесо внутреннего зацепления (эпицикл), разгружая корпус редуктора;

-компактность компоновки в горизонтальном направлении;

-возможность обеспечения привода двух соосных винтов.

Примеры кинематических схем ГР с планетарными ступенями показаны на Рис. 10.2.2.1.1_1, 10.2.2.1.1_2, 10.2.2.1.1_3 и 10.2.2.1.1_4

В то же время, серьезным недостатком передач планетарного типа является трудность обеспе- чения равномерного деления нагрузки между сателлитами, поскольку относительная угловая ориентация каждого сателлита зависит от произвольного сочетания большого количества погрешностей звеньев планетарной передачи. На неравномерность распределения нагрузки между сателлитами, особенно в последней ступени редукции, влияют также низкочастотные колебания ÌÊÐ от несущего винта. В результате, в последней ступени ГР коэффициент неравномерности распреде-

Рисунок 10.2.2.1.1_1 - Схема редукторов ВР-8 и ВР-14 ( разработчик ФГУП «Завод им. В.Я.Климова») 1- вал несущего винта; 2,3 - вход от двигателя; 4 - привод рулевого винта

611

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Рисунок 10.2.2.1.1_2 - Схема редуктора Р-5 (разработчик ОАО «Авиадвигатель»)

1- вал несущего винта;

2 - вход от двигателя;

3 - привод рулевого винта

ления нагрузки между сателлитами достигает 1,35…1,40. Это приводит к утяжелению зубчатых передач последней ступени редукции и ГР в целом [10.8.1].

На Рис. 10.2.2.1.1_5 показана схема ГР легкого вертолета Ми-2. Поскольку в его СУ имеются два двигателя небольшой мощности, нет необходимости деления крутящего момента на потоки. Редуктор состоит из конических и цилиндрических передач внешнего зацепления. Мощность двигателей суммируется ведомым цилиндрическим колесом.

Отбор ÌÊÐ на привод вала 1 несущего винта редуктора Р-7 производится от двух двигателей Д-25В разработки ОАО «Авиадвигатель», привод 2 от второго двигателя на схеме (см. Рис. 10.2.2.1.1_3) условно не показан.

Специальными исследованиями и опытом проектирования установлено, что для достижения минимальной удельной массы ГР (отношение массы редуктора к величине суммарного крутящего момента на несущем винте) решающее значение имеет выбор рациональной кинематической схемы. Минимальным количеством ступеней редукции можно обойтись в случаях, если удается реализовать большое передаточное число в последней ступени редукции. Например, в трехступенчатой передаче с передаточными числами (u1,u2, u3.) 3, 3, 8

Рисунок 10.2.2.1.1_3 - Схема редуктора Р-7 вертолета Ми-6 (разработчик ОАО «Авиадвигатель») 1–вал несущего винта; 2 –привод от двигателя;

3–привод рулевого винта; 4-муфта свободного хода

Рисунок 10.2.2.1.1_4 - Схема редуктора с соосными винтами (разработчик ФГУП «Завод им. В.Я. Климова»)

1 – вал верхнего несущего винта; 2 – вал нижнего несущего винта; 3 – привод от двигателя

можно получить общую степень редукции, равную 72 (в случаях, если удается реализовать большое передаточное число в последней ступени).

В авиационном машиностроении масса летательного аппарата и его составных частей является одной из основных характеристик. Это предоп-

612

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

ределяет тенденцию постоянного поиска новых кинематических схем и конструктивных решений ГР, позволяющих снизить массу.

Поиск привел к использованию в последней ступени редукции многопоточных передач непланетарного типа, составленных из множества одинаковых передач внешнего зацепления. Крутящие моменты параллельных передач последней ступени редукции суммируются на большом ведомом колесе, которое закреплено на валу несущего винта. В такой передаче значительно легче обеспечить высокую степень равномерности деления нагрузки между потоками (до 1,05). Они допускают использование передач шевронного типа, имеющих высокую удельную нагрузочную способность и не требующих применения упорных подшипников.

По указанной схеме построены ГР вертолетов Ми-26, Ми-28Н, «Ансат». Кинематическая схема редуктора ВР-26 тяжелого вертолета Ми-26 показана на Рис. 10.2.2.1.1_6.

Крутящий момент каждого их двух двигателей Д-136 разработки ГП «ЗМКБ «Прогресс» им. А.Г.Ивченко» при входе в редуктор делится на две равные части при помощи торсионных валов 2 и 3 с тарированной крутильной жесткостью и с применением специальной технологии сборки. Особенностью кинематической схемы на Рис. 10.2.2.1.1_6 является взаимное замыкание звеньев 2 подвода мощности от двигателей передачами привода 3 рулевого винта. Таким образом, при полете вертолета только на одном работающем двигателе (обычно на повышенной мощности) равномерно загружаются все звенья кинематической цепи, исключаются перегрузки отдельных звеньев. В результате нет необходимости увеличивать прочность передач, снижается масса редуктора.

Уравнивание крутящих моментов между потоками последней ступени ГР достигается применением симметричных передач шевронного типа, соединяемых между собой и со смежной ступенью при помощи торсионных валов тарированной жесткости и специальной методикой сборки, обеспе- чивающей выборку зазоров в зубчатых передачах и шлицевых соединениях в направлении передачи крутящего момента. Применение передач шевронного типа позволяет значительно повысить их удельную нагрузочную способность и плавность работы.

Сравнение характеристик ГР различных кинематических схем показывает, что простая многопоточная схема редуктора ВР-26 обеспечила его наименьшую удельную массу по сравнению с другими, приведенными в таблице 10.2.2.1_1.

Рисунок 10.2.2.1.1_5 - Схема редуктора ВР-2 (разработчик ОАО «МВЗ им. М.Л.Миля»)

1 - вал несущего винта;

2 - привод от двигателя;

3-привод рулевого винта

Рисунок 10.2.2.1.1_6 - Схема редуктора ВР-26 (разработчик ОАО «МВЗ им. М.Л.Миля»)

1 - вал несущего винта;

2 - привод от двигателя;

3 - привод рулевого винта

10.2.2.1.2 - Конструкция главных редукторов вертолетов

На Рис. 10.2.2.1.2_1 показан продольный разрез ГР ВР-8А вертолета Ми-8. Редуктор приводится от двух двигателей ТВ2-117.

Привод 1 от свободной турбины двигателя шлицевым валом соединен с зубчатой втулкой (не показана), зубья которой имеют бочкообразную форму для компенсации взаимного излома осей валов трансмиссии в полете. Далее крутящие моменты от каждого двигателя проходят через муфту свободного хода (МСХ) 2, суммируются ведомым зубчатым колесом 3 в косозубой передаче и передаются на коническую передачу 4 с круговыми зубьями. Дифференциальный замкнутый механизм,

613

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Рисунок 10.2.2.1.2_1 - Главный редуктор ВР-8А 1 - привод от ГТД; 2 - муфта свободного хода (МСХ); 3 - передача цилиндрическая ко-

созубая; 4 - передача коническая; 5 - передача планетарная; 6 - ступень перебора; 7–вал несущего винта; 8–привод рулевого винта; 9 - поддон; 10– горловина заливная; 11– шестерня ведущая привода агрегатов;12–привод вентилятора

состоящий из планетарной ступени 5 и ступени пе-	находится ведущая цилиндрическая шестерня 11
ребора 6, передает ÌÊÐ на вал 7 несущего винта.	приводов. На редукторе предусмотрен привод 12
Привод 8 рулевого винта осуществляется ко-	вентилятора обдува теплообменников охлаждения
нической передачей с круговыми зубьями, ведущая	масла.
шестерня которой установлена на полом валу, со-	Основные элементы редуктора ВР-8 показа-
единенном с ведомым коническим колесом второй	ны на его общем виде (см. Рис. 10.2.2.1.2_2).
ступени редукции.	На корпусе редуктора размещены два приво-
Корпус редуктора выполнен из магниевого	да 4 генераторов для обслуживания электрической
сплава МЛ-5 с литыми масляными каналами, име-	системы вертолета.
ет обработанные фланцы и расточки. Сверху он	Конструктивно приводы агрегатов скомпоно-
закрыт литой крышкой, служащей опорой для вала	ваны в две КПА 5 (левого борта и правого борта).
несущего винта и механизма автомата перекоса	Коробки приводят гидравлические насосы, воздуш-
несущего винта. Внизу корпуса крепится поддон	ный компрессор, датчик частоты вращения. Со сто-
9, служащий резервуаром для масла, в нем разме-	роны входа в редуктор в специальном приливе рас-
щены также агрегаты масляной системы редукто-	положен ряд цилиндрических передач для привода
ра. Масло в поддон заливается через горловину 10.	6 вентилятора системы охлаждения.
Отбор мощности для привода агрегатов вер-	ГР Р-7 (см. Рис. 10.2.2.1.2_3) тяжелого верто-
толетных систем производится от того же полого	лета Ми-6 приводится от свободных турбин двух
вала привода рулевого винта, на котором внизу	двигателей Д-25В.

614

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Рисунок 10.2.2.1.2_2 - Общий вид редуктора ВР-8 1 - вход от ГТД; 2 – вал несущего винта; 3 – поддон; 4 – привод генератора;

5 – КПА; 6 - привод вентилятора

Вал свободной турбины каждого двигателя посредством трансмиссии через роликовую МСХ и уравнительный механизм (не показаны), который делит ÌÊÐ на два равных потока, и передает его наружному и внутреннему валам 1 и 2, соответственно, первой ступени редуктора. Валы расположены один внутри другого. Каждый из валов передает ÌÊÐ конической зубчатой передаче 3. Всего в редукторе находится четыре таких передачи. Каждое из ведомых конических зубчатых колес выполнено за одно целое с цилиндрическим зубчатым венцом, который является ведущим звеном второй ступени редукции.

Все четыре венца находятся в одновременном зацеплении с ведомым колесом 4 второй ступени. Далее частота вращения редуцируется дифференциальным механизмом, имеющим планетарную ступень 5 и ступень 6 перебора. Крутящие моменты планетарной ступени и перебора суммируются на валу 7 привода несущего винта.

Роликовые подшипники ведомого конического зубчатого колеса и сателлитов встроенные, т.е. беговыми дорожками наружных колец являются точно обработанные поверхности зубчатых колес, роль внутренних беговых дорожек также выполняют детали передач. Это способствует уменьшению массы ГР.

Рисунок 10.2.2.1.2_3 а - Первая ступень редукции редуктора Р-7

615

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Ведущая шестерня 8 привода рулевого винта	го винта. На средней усиленной части находятся
(не показан) входит в сборочную единиц ведомого	фланцы 9 для установки лап, к которым крепится
колеса 4 второй ступени редукции. Агрегаты вер-	рама подвески редуктора на вертолете. К нижней
толетных систем (генераторы, гидравлические на-	части корпуса крепится поддон, являющийся ре-
сосы и датчик частоты вращения) размещены на	зервуаром для масла и служащий для размещения
двух одинаковых КПА, которые расположены на	агрегатов системы смазки редуктора.
стороне, противоположной входу в редуктор. От-	Общий вид редуктора Р-7 приведен на
бор мощности для КПА производится ведомыми	Ðèñ. 10.2.2.1.2_4.
коническими шестернями, находящимися в зацеп-	На Рис. 10.2.2.1.2_5 приведен общий вид ГР
лении с коническими венцами задних ведомых	ВР-26 самого большого вертолета Ми-26. Как ска-
шестерен 1-й ступени редукции.	зано выше, кинематическая схема редуктора выпол-
Привод вентилятора системы охлаждения	нена по многопоточной схеме с простыми зубча-
и привод масляных насосов системы смазки уст-	тыми передачами, что позволило существенно
роен при помощи шестерни (не показана), зацеп-	уменьшить его габариты вдоль оси вала несущего
ляющейся с ведомым колесом 4. Корпус редукто-	винта и массу редуктора. Для обеспечения необ-
ра литой конструкции выполнен из магниевого	ходимой прочности корпуса редуктора изготов-
сплава МЛ-5 и состоит из трех частей. Верхняя	лены из высокопрочного алюминиевого сплава.
часть служит опорой шариковому подшипнику	В качестве заготовки использованы штамповки.
вала несущего винта и автомату перекоса несуще-

Рисунок 10.2.2.1.2_3 б - Дифференциальный механизм редуктора Р-7 1 – вал наружный привода передней конической передачи; 2 - вал внутренний приво-

да задней конической передачи; 3 – передача зубчатая коническая 1-й ступени; 4 - колесо зубчатое ведомое 2-й ступени; 5 - планетарная ступень редукции; 6 - сту-

пень перебора; 7 – вал несущего винта; 8 - шестерня ведущая привода рулевого винта; 9 - фланец подвески редуктора

616