Редукторы для привода двух соосных винтов

На двигателях мощностью более 6000 л.с. применяются соосные винты, вращающиеся в разные стороны, так как в этом случае использование одиночного винта с обеспечением его высокого КПД становится практически невозможным.

Но применение соосных винтов ведет к усложнению конструкции редукторов, усложнению и утяжелению самих винтов и систем управления ими.

Принципиально для соосных винтов могут применяться про­стые, планетарные, комбинированные и дифференциальные ре­дукторы.

Простые редукторы для привода соосных винтов прак­тического применения не получили из-за больших диаметраль­ных размеров. Кроме того, у такого редуктора усложняется кор­пус и возникают затруднения с размещением подшипников, по­лучается большая масса редуктора и значительно возрастают потери на трение.

Простая передача может использоваться только в качестве второй ступени комбинированного редуктора для привода двух соосных винтов (рис3.7, а).

Комбинированные редукторы, в которых привод заднего винта 5 осуществляется через простую двухступенчатую передачу, а перед­него винта 6 через простую и планетарную (рис. 3.7, б) ввиду большой сложности, больших размеров и массы, также широкого распрост­ранения не получили.

Рис.3.7. Схемы комбинированных редукторов для привода двух соосных винтов

Дифференциальный редуктор для двух соооных винтов можно получить из планетарного редуктора (рис. 3.4,б), обеспечив свободу вращения неподвижной шестерни 4 и нагрузив ее полезным сопротивлением (задним винтом).

Передаточное число такого редуктора составит

Здесь и далее, знак плюс относится к переднему винту, а знак минус к заднему винту.

Дифференциальный редуктор в отличие от планетарного име­ет две степени свободы, а соотношение скоростей вращения ве­домых валов (валов винтов) зависит от соотношения величин сопротивлений лопастей винтов.

Дифференциальный редуктор для привода двух соосных вин­тов, стоящий на мощном турбовинтовом двигателе (рис. 3.8,б), состоит из двух центральных ведущих шестерен внешнего зацеп­ления 1, трех сателлитов с венцами 2 и 3 и центральной шестер­ни внутреннего зацепления 4. Сателлиты размещены на осях водила 5. Передний винт 6 приводится во вращение водилом, а зад­ний 7 — центральной ведомой шестерней внутреннего зацепления.

Рис.3.8. Схема дифференциального редуктора

для привода двух соосных винтов

Как известно, передаточное число такого редуктора опреде­ляется по формуле

(1)

Из этой формулы следует, что кинематический эффект (передаточное число i) у дифференциального редуктора с двухвенечными сателлитами, состоящими из двух шестерён 2 и 3 выше, чем у простого дифференциального редуктора с одновенечными сателлитами и значительно выше, чем у планетарного. Передаточное число редуктора с двухвенечными сателлитами может достигать значения i= 22 ...25.

Соотношение крутящих моментов передаваемых от вала двигателя на передний и задний винт определится

(2)

Из уравнения (1) получим

(3)

Подставим в (2) выражение (3)

(4)

Таким образом, отношение моментов передаваемых на передний и задний винт не зависит от скоростей звеньев внутри редуктора, а зависит только от передаточного числа редуктора i.

По абсолютному значению момент, передаваемый на передний винт всегда больше момента передаваемого на задний винт на величину момента подводимого от вала двигателя к редуктору _.

Поэтому при использовании редукторов данной схемы, в ТВД с осевым выходом газов из реактивного сопла, узлы крепления двигателя к самолёту воспринимают крутящий момент равный крутящему моменту вала двигателя , а воздушный поток за задним винтом всегда закручен.

Найдём соотношение мощностей подводимых на передний и задний винт

где и – числа оборотов переднего и заднего винтов соответственно.

Для обеспечения одинакового числа оборотов переднего и заднего винтов в данном редукторе необходимо обеспечить следующее соотношение мощностей переднего и заднего винтов

Для передачи одинаковой мощности на передний и задний винты необходимо, чтобы они вращались с разными угловыми скоростями. Соотношение чисел оборотов для переднего и заднего винтов из условия определится

Дифференциальный редуктор по сравнению с редукторами других схем имеет меньшие габариты и массу, и более высокий КПД (до 0,992) вследствие меньших потерь на трение в зацепле­ниях. Кроме того, в таком редукторе корпус 8 не нагружается кру­тящим моментом (звенья ходовой части не имеют связи с корпу­сом) и нагрузки на подшипники от центробежных сил невелики (водило вращается с малым числом оборотов, равным числу оборотов переднего винта).

Но при создании таких редукторов встречаются трудности в размещении подшипников ведомых валов (валов винтов). Обыч­но вал заднего винта (рис.3.8.) устанавли­вают на двух подшип­никах 9 и 10 в корпусе редук­тора, а вал переднего винта — на одном под­шипнике 11, размещен­ном во втулке заднего винта.

Передача силы тя­ги от обоих винтов на корпус осуществляет­ся обычно через радиально-упорный шариковый подшипник внешнего вала. В этом случае сила тяги переднего винта передается через радиально-упорный шариковый подшипник, размещенный во втулке задне­го винта.

К недостаткам дифференциального редуктора с двумя степе­нями свободы относятся также:

-потери энергии, связанные с закруткой потока за винтами;

- наличие реактивного момента;

-различная мощность винтов при одинаковой скорости враще­ния;

-сложность осуществления автоматического управления вин­тами.

Замкнутый дифференциальный редуктор, имеющий одну степень свободы, освобожден от ряда недостат­ков, свойственных дифференциальному редуктору с двумя сте­пенями свободы.

Механизм замкнутого дифференциального редуктора можно получить из дифференциального механизма с двумя степенями свободы путем наложения связи между двумя его главными звеньями.

Замыкание сателлита (рис.3.9, а) приводит к образованию простой планетарной передачи, при этом габариты редуктора су­щественно увеличиваются, вследствие чего такая схема не при­меняется.

Замыкание между ведущим звеном (ведущим валом) и валом заднего винта (рис.3.9,6) обеспечивает передачу мощности двумя потоками и тем самым — разгрузку элементов редуктора. Мощность, передаваемая через звено замыкания, при этом равна.

Рис.3.9. Схемы замкнутых дифференциальных редукторов для привода соосных винтов (пунктиром очерчено звено замыкания)

Однако габариты такого редуктора также получаются боль­шими. Для получения меньших габаритов отдают предпочтение схе­ме с замыканием через валы переднего и заднего винтов (рис.3.9,в). Но в этом случае действуют большие усилия на оси замыкания и зубья шестерен.