книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 3 Зубчатые передачи и муфты. Пусковые устройства. Трубопроводные и электрические коммуникации. Уплотне

Рис. 10.75. ЗК с одним шлифованным зубчатым венцом

Рис. 10.76. ЗК цельное со шлифованными зубчатыми венцами

ного круга при окончательной механической об­ работке малого венца.

Сборные ЗК могут быть со шлицевыми, шпо­ ночными, штифтовыми болтовыми или сварны­ ми соединениями. Соединения зубчатых венцов по шпонкам и болтам в приводах агрегатов не на­ шли широкого применения.

В ЗК применяется два типа шлицевого со­ единения венцов:

10.6. Зубчатые передачи ГТД. Общие сведения

вом направлении зубчатый венец фиксируется подшипником, напрессованным на вал. Приме­ няются в малонагруженных передачах приводов агрегатов.

2. Посадка венца на вал по двум цилиндри­ ческим пояскам с натягом и последующей затяж­ кой гайкой (рис. 10.78). Применяется в нагружен­ ных передачах приводов агрегатов и редукторов. Недостаток - с увеличением наработки происхо­ дит ослабление затяжки гайки, фретгинг-износ шлиц и уменьшение натягов в соединении.

На вал цилиндрического ЗК 7 с натягом по двум цилиндрическим поверхностям 2 уста­ новлено коническое зубчатое колесо 3. Передача крутящегося момента осуществляется шлице­ вым соединением 4. Для надежности соединения коническое колесо на валу цилиндрического за­ тянуто гайкой 5, которая законтрена чашечным замком 6.

В ненагруженных передачах ограниченное при­ менение нашли также двойные ЗК со штифтовым соединением венцов (рис. 10.79).

На вал ЗК 7 с меньшим диаметром зубчатого венца напрессовывается больший по диаметру зубчатый венец 2. По окружности сопряжения запрессовываются цилиндрические штифты 5, между которыми дополнительно вворачиваются резьбовые. И те и другие штифты от выпадания и выворачивания по торцам зачеканены.

В авиационных зубчатых передачах ЗК с двумя зубчатыми венцами чаще всего изго­ товляются сварными по ступице (рис. 10.80) или по диафрагме (рис. 10.81). Иногда из условий компоновки для обеспечения изготовления ЗК со сваркой по диафрагме необходимо выполнить два сварных шва, как показано на рис. 10.81.

ляет отказаться от шлифования азотированных поверхностей или снимать при окончательном шлифовании детали слой в сотые доли мил­ лиметра. Для них пригодны стали марок 38Х2МЮА, 20ХЗМВФА, ЗОХЗМФ1,40ХН2МА, ВКС7, ВКС10.

Способами упрочнения поверхностей зубь­ ев методами поверхностного пластического деформирования (ППД) можно достичь заметного увеличения несущей способности и долго­ вечности зубчатых передач. Повышение эксп­ луатационных качеств зубчатых передач мето­ дами ППД происходит вследствие увеличения твердости и усталостной прочности поверхност­ ного слоя, упрочненного ХТО, и обусловлено следующим:

1) образованием в поверхностном слое полез­ ных остаточных напряжений сжатия и улучшени­ ем их распределения по глубине слоя;

2)уменьшением количества остаточного аус­ тенита в подвергнутом ХТО слое;

3)устранением механических повреждений поверхности от предшествующей обработки.

Вкачестве методов ППД для ЗК, прошед­ ших ХТО, применяют дробеструйную обработ­ ку или виброупрочнение. В первом случае венец вращающегося зубчатого колеса обдувают

стальной или чугунной дробью диаметром 0,4...2,0 мм. Создаваемые при дробеструйной обработке сжимающие напряжения достигают 100 кгс/мм2, чем повышается контактная и изгибная долговечность передач. Толщина накле­ панного слоя может доходить до 1 мм. Шерохо­ ватость поверхности после ППД уменьшается примерно вдвое. Дробеструйная обработка уст­ раняет возникшие в процессе шлифования по­

10.6. Зубчатые передачи ГТД. Общие сведения

верхностные растягивающие напряжения и за­ меняет их на сжимающие.

Виброобработкой достигаются те же цели, что при дробеструйной обработке. Метод за­ ключается в создании импульсных колебаний контейнера с зубчатыми колесами, помещенными в среду из дроби.

Контрольные вопросы

1. От какого ротора производится отбор мощности на привод агрегатов двухвальных ГТД?

2.Каким образом в центральном приводе ТРДЦ исключается осевое перемещение ведущей конической шестерни при тепловом расширении ротора КВД?

3.С какой целью вал центрального привода ТРДЦ большой двухконтурности выполняют со­ ставным?

4.С какой целью коробку приводов агрегатов выполняют отдельным модулем?

5.Какими соображениями определяется рас­ положение агрегатов на коробке приводов?

6.В чем достоинства и недостатки разъ­ емных и неразъемных коробок приводов агре­ гатов?

7.Какиетипыуплотнений применяются вкороб­ ках приводов? В чем их достоинства и недостатки?

8.Перечислите требования, предъявляемые

кредукторам ТВД.

9.В каких случаях редукторы ТВД делают одноступенчатыми?

10.В каких случаях редуктор ТВД имеет два выходных вала?

11.Сколько двигателей и главных редукторов может иметь вертолет поперечной схемы, про­ дольной схемы?

Таблица 10.3

Глава 10. Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

12.Какие приводы должен иметь главный ре­ дуктор вертолета с одним несущим винтом?

13.Что называется удельной массой главного редуктора вертолета?

14.В чем достоинства и недостатки планетар­ ных передач при их использовании в главных ре­ дукторах вертолетов?

15.По какой схеме выполняются редукторы ру­ левого винта вертолета?

16.Какие требования предъявляются к редук­ торам наземных газотурбинных установок?

17.По каким схемам выполняются редукторы наземных газотурбинных установок?

18.Какие функции выполняет валопроворотное устройство в редукторах наземных газотур­ бинных установок?

19.Какие типы муфт используются для соеди­ нения валов ГТД (ГТУ)?

20.Поясните конструкцию принцип работы упругой пластинчатой муфты.

21.В чем достоинства и недостатки различ­ ных типов муфт свободного хода?

22.Какими конструктивными и технологичес­ кими мероприятиями обеспечивается контактная прочность зубчатых колес?

23.Какими конструктивными мероприятиями обеспечивается изгибная прочность зубчатых колес?

24.Поясните на примерах, когда и с какой це­ лью при изготовлении зубчатых колес использу­ ется сварка.

25.Какие материалы используются для изго­ товления зубчатых колес?

26.За счет чего увеличивается несущая спо­ собность и долговечность зубчатых передач при поверхностной пластической обработке?

Англо-русский словарь-минимум

acceleration - перегрузка

accessories drive shaft - вал привода агрегатов accessory gear box - коробка привода агрегатов (КПА) adjustment, alignment - выверка

aero-engine manufacturing [production] - авиадвигателестроение

aeronautics - авиация allowance, admittance-допуск assembling - монтаж

assembly - агрегат altitude - высота balance - балансировка band, range-диафрагма bearing - подшипник beating - барботаж beating-биение bending-изгиб

bolt-болт boundary - граница bronze - бронза build - сборка

capability, data-данные cardanic - карданный carrier - поводок

case, casing - корпус cavity - впадина certificate - паспорт clamp, clip - зажим

classification - классификация clearance-диапазон, зазор change - изменение

co-axial helicopter - вертолет соосной схемы collar - буртик

cone - конус

conjugation - сопряжение conicity, conical - конусность

corrosion-resistant - коррозионно-стойкий coupling, clutch - муфта

friction - фрикционная single-plate - однодисковая

safety decoupler - предохранительная, разъединительная overrinding - свободного хода

flexible coupling - упругая муфта friction coupling - фрикционная муфта electro-magnetic - электромагнитная cover, cap - крышка, заглушка crossing - пересечение

curvature - кривизна damping - демпфирование decuplung - расцепление degree - градус

design - конструкция, расчет diameter - диаметр

disk - диск

differential - дифференциальный dynamic(al) - динамический driven shaft - вал ведомый

drive [driving] shaft - вал ведущий driven - ведомый

driving - ведущий

dual (twin) rotor helicopter - двухвинтовой вертолет durability - стойкость

edge - кромка efficiency-К П Д effort - сила elasticity - упругость

electro-magnetic coupling-электромагнитная муфта [elektro] plating - гальванопокрытие

engine - двигатель epicyclic - планетарный equation - управление expression - формула fasteners - крепеж

fatigue life - усталостная долговечность fault - повреждение

film - пленка

flexible coupling - упругая муфта friction coupling - фрикционная муфта flexure-изгиб

flig h t-полет force-сила shear - трения

centrifugal - центробежная frequency - частота

gearbox, gearing-зубчатые передачи reduction gearbox - редуктор primary gearbox - главный main-rotor - несущего винта intermediate - промежуточный tail-rotor - рулевого винта

spur reduction - с цилиндрическими шестернями gearbox casing - картер редуктора

gear train - передача зубчатая g-load - перегрузка

groove-канавка

hardening, tempering-закалка hardness - прочность

heat, heating - нагрев heat output - теплоотдача

heat-resistant - теплостойкий

hydraulic coupling - гидравлическая муфта hollow - полость, полый

input - вход

intermediate shaft - вал промежуточный internal stress - внутреннее напряжение jamming - заклинивание

kinematics - кинематика labyrinth - лабиринт landing-посадка

left, port - левый length-длина

lock - законтривать, замок locking - заклинивание lubricant oil, lubrication - смазка

lubrication system-маслосистема machine, mechanism-машина machined - механически обработанный maintenance - обслуживание

margin-запас

modulus elastic - модуль упругости motion - движение

mounting foot - лапа крепления noise - шум

nut - гайка

oil cooler-маслорадиатор oil filter - маслофильтр oil line - маслопровод

oil pump - маслонасос

oil specification - марка масла

Англо-русский словарь-минимум

(oil) sump - маслоотстойник oil tank - маслобак

operation - работа, эксплуатация output shaft - вал выходной overall - габарит

overlap - перекрытие

overrinding - муфта свободного хода packing - прокладка

pin-fin - ребро pitch - шаг plate-пластина plug - пробка

pointing - заострение pole - полюс pressure - давление

probability - вероятность probe - датчик

propeller shaft - вал воздушного винта radial - радиальный

replace, change-заменять research - исследование resistance - сопротивление rigid coupling - жесткая муфта rolling-качение

rotation, revolution - вращение rounding - закругление

safety decoupler - предохранительная муфта screw - винт, завинчивать

sealing-манжета selection - выбор separator - сепаратор

serrated joint - соединение зубчатое serration shape - форма зуба serviceability - исправность service life - ресурс

shape - профиль sharpening - заострение

shear(ing) stress - напряжения среза single-rotor helicopter - одновинтовой вертолет skewness, slip - проскальзывание

skip - скачок sieve - гильза

slippage, sideslip - скольжение soundness - надежность

speed - скорость

spline (d) shaft - вал шлицевой

splinted connection - шлицевое соединение spring - пружина, рессора

start(ing) - запуск steel - сталь

high-alloy - высоколегированная hardened steel - закаленная carbonized - цементированная sticking-заедание

stiffness - жесткость strength, stability - прочность

Глава 10. Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

stress - напряжение

stress concentration - концентрация напряжений support - опора

surface - плоскость

surface stress - поверхностное напряжение tail-rotor shaft - вал привода рулевого винта take-off weigt - вес взлетный

tension stress - напряжение растяжения test, trial - испытание

thermal expansion - тепловое расширение thermal gap thickening - тепловой зазор thickening - загустевание

thickness - толщина thread - резьба tolerance - допуск tooth - зуб

toothing - зубчатое зацепление torsion - кручение

torsion shaft - вал торсионный transmission - вал трансмиссионный trim - центровка

turning - проворачивание

twin-turbine helicopter - вертолет с двумя ГТД twist - шаг винта

unbalance - дисбаланс uniformity - однородность

use, usage, utilization - использование valve - кран, клапан

vertical - вертикаль vibration, motion - вибрация viscosity - вязкость wear(ing) - износ

wear resistance - износостойкость wrench - ключ (гаечный)

Список литературы

10.1. Авиационные зубчатые передачи и редукторы: справ. / под ред. Э.Б. Булгакова. - М.: Машиностроение, 1981.

10.2. API 671. Муфты специального назначения для нефтеперерабатывающих предприятий /Америк, нефт. ин-т. - 2-е изд. - Вашингтон, 1990.

10.3.ГОСТ 24246-96. Муфты втулочные. Параметры, конструкция и размеры.

10.4.ГОСТ 20761-96. Муфты фланцевые. Параметры, конструкция, размеры.

10.5.ГОСТ 5006-83. Муфты зубчатые. Технические ус­

ловия.

10.6.Гавриленко В.А. Зубчатые передачи в машино­ строении /В.А. Гавриленко. - М.: Машгиз, 1962.

10.7.Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи / В.Н. Куд­ рявцев.-М .: Машиностроение, 1966.

10.8.Кудрявцев В.Н. Конструкции и расчет зубчатых редукторов: справ, пособие / В.Н. Кудрявцев, Ю.А. Державец, Е.Г. Глухарев. - Л.: Машиностроение, 1971.

10.9.Орлов П.И. Основы конструирования: справоч- но-метод. пособие / П.И. Орлов. - М.: Машиностроение, 1988.

10.10.ОСТ 41671-77. Колеса зубчатые цилиндричес­ кие авиационные. Допуски.

10.11.API 613. Редукторы специального назначения для применения в химической, нефтяной и газовой про­ мышленности /Америк, нефт. ин-т. - 4-е изд. - Вашингтон, 1995.

10.12.Зубчатые передачи: справ. / Е.Г. Гинсбург [и др.]. - М.: Машиностроение, 1980.

10.13.Кудрявцев В.Н. Зубчатые передачи /В.Н. Куд­ рявцев. - М.: Машгиз, 1957.

10.14.ГОСТ 16531-83. Передачи зубчатые цилиндри­ ческие. Термины, определения и обозначения.

11.1. Общие сведения

Пусковое устройство предназначено для рас­ крутки ротора ГТД до частоты вращения, при которой обеспечивается надежное воспла­ менение топлива в КС и турбина ГТД начинает развивать положительную мощность на валу ро­ тора ГТД, достаточную для дальнейшей само­ стоятельной раскрутки. Пусковое устройство является частью пусковой системы ГТД, вклю­ чается и отключается по сигналам САУ ГТД.

На большинстве ГТД пусковое устройство свя­ зано с ротором двигателя через кинематический привод и размещается на коробке приводов двига­ теля. Для однороторных двигателей применяется также прямой привод, когда пусковое устройство размещается в коке компрессора и непосредст­ венно соединяется с ротором ГТД. Применение прямого привода пускового устройства позволяет уменьшить массу и сократить габариты двигате­ ля и упростить его кинематическую схему.

На основе опыта проектирования, изготовле­ ния и эксплуатации пускового устройства можно определить предъявляемые к нему основные требования [11.1,11.2]:

1) обеспечение раскрутки ротора ГТД (запуск, ложный запуск, холодная прокрутка, а также кон­ сервация и расконсервация) требуемой продолжи­ тельности и до необходимой частоты вращения во всех заданных условиях эксплуатации;

2)конструкция в виде отдельного законченного агрегата;

3)наличие устройства, обеспечивающего ав­ томатическое соединение-рассоединение с ротором ГТД;

4)обеспечение безопасной эксплуатации;

5)наличие аварийных систем отключения при возникновении нерасчетных условий или па­ раметров работы;

6)применение тех же марок горюче-смазоч­ ных материалов, что и в ГТД;

7)минимальные масса и габариты;

8)относительно низкая стоимость изготовле­ ния и обслуживания.

11.1.1. Основные типы пусковых устройств современных ГТД

На современных ГТД в основном использу­ ются электрические, воздушные, гидравличе­ ские и турбокомпрессорные пусковые устройства

(далее по тексту - стартеры). На выбор типа пускового устройства значительное влияние оказывает тип источника энергии, имеющегося на борту ЛА, а также величина требуемой мощ­ ности пускового устройства и продолжитель­ ность запуска двигателя.

Электрические стартеры могут быть как по­ стоянного, так и переменного тока. Однако, вслед­ ствие широкого использования в качестве бор­ тового источника питания аккумуляторных ба­ тарей и более простой конструкции, большее распространение получили стартеры постоян­ ного тока, особенно для небольших самолетов и вертолетов пассажирской, транспортной и вспо­ могательной авиации.

В настоящее время широко используются как электростартеры, так и стартеры-генерато­ ры. Их область применения ограничивается ве­ личиной выходной мощности 18...20 кВт. Элек­ трические стартеры постоянного тока нашли применение также и на многодвигательных ЛА, где в качестве бортового источника питания используется вспомогательная газотурбинная генераторная электроустановка.

Воздушные стартеры часто применяются на многодвигательных самолетах пассажирской и транспортной авиации, для надежного запуска которых требуется применение пусковых уст­

с воздушной турбиной. В качестве источников питания для воздушных стартеров применяется вспомогательная силовая установка (ВСУ) многоцелевого назначения, сжатый воздух от ко­ торой, кроме запуска двигателя, используется также для работы системы кондиционирования самолета.

Некоторое распространение в авиации и в тан­ ковых ГТД получили стартеры, которые вместо сжатого воздуха используют газ, образованный при сгорании специальной пороховой шашки или при разложении однокомпонентного рабочего вещества, например, перекиси водорода.

Для упрощения конструкции ЛА с вертикаль­ ным взлетом и посадкой, использующих подъемные ГТД, двигателей ВСУ и др., а также для снижения массы наиболее целесообразным оказывается применение некинематического при­ вода с помощью струйного пускового уст­ ройства. В данном случае ротор запускаемого ГТД раскручивается струей воздуха (или газа),

Глава 11. Пусковые устройства

непосредственно подаваемой на рабочие лопатки компрессора или турбины. Сжатый воздух в струй­ ных пусковых устройствах отбирается от комп­ рессора работающего двигателя либо от борто­ вого генератора сжатого воздуха, либо от назем­ ного источника питания.

При наличии на борту гидравлического ис­ точника питания для ряда ЛА (особенно неболь­ ших самолетов и вертолетов), а также для ГТД наземного применения возможно использование гидравлических стартеров. Роль стартера в та­ ких системах выполняет гидромотор.

11.1.2. Технические характеристики пусковых устройств современных ГТД

Пусковые устройства имеют следующие ос­ новные параметры:

-мощность пускового устройства;

-частота вращения выводного вала при окон­ чании запуска;

-продолжительность работы;

-количество возможных повторных запусков

ГТД;

-ресурс пускового устройства;

-напряжение питания электрических уст­ ройств, обслуживающих пусковое устройство;

-габариты;

-масса.

Мощность пускового устройства должна пре­ вышать мощность нагрузки, которую представ­ ляет собой ГТД в период запуска. Мощность пускового устройства в процессе раскрутки ГТД постоянно меняется, так как запуск является переходным процессом. В зависимости от вели­ чины момента инерции ротора ГТД и его пуско­ вых характеристик время запуска большинства ГТД составляет 15...90 с.

Количество возможных повторных запусков ГТД является функцией теплового состояния электрических элементов (например, электромаг­ нита). В системах с аккумуляторным питанием действует фактор запаса емкости бортовой ак­ кумуляторной батареи.

Ресурс работы пусковых устройств опреде­ ляется наиболее слабым элементом конст­ рукции и должен быть не ниже ресурса ГТД. Например, таким слабым элементом в элект­ рических пусковых устройствах является ще­ точно-коллекторный узел. Для обеспечения за­ данного ресурса пускового устройства преду­ сматривается замена щеток и притирка кол­ лектора в условиях эксплуатации.

Питание электрических элементов пускового устройства и системы выполняется стандарт­ ным напряжением 27 В.

Масса пускового устройства находится в пря­ мой зависимости от потребной мощности для за­ пуска ГТД. При проектировании ЛА принято рассматривать массу канала системы запуска, т.е. массу системы запуска, приходящуюся на один ГТД. Она складывается из массы ис­ точника питания, пускового устройства, аппа­ ратуры пускового устройства одного канала, аппаратуры центрального управления системой запуска, дополнительной коммутационной аппа­ ратуры системы и элементов защиты режима запуска. Оценку массы канала системы запуска выполняют по показателю относительной мас­ сы, которая выражается отношением ее массы к выходной мощности пускового устройства. Для электрических систем запуска эта вели­ чина имеет значение 6,5...20 кг/кВт, для воз­ душных - 4,7...8 кг/кВт, для турбокомпрессор­ ных - 0,5... 1,5 кг/кВт.

Отдельную группу составляют турбокомп­ рессорные стартеры (ТКС) и турбокомпрессор­ ные стартеры-энергоузлы (ТКСЭ) - пусковые устройства, представляющие собой малораз­ мерные ГТД, работающие на основном топливе двигателя.

11.2. Электрические пусковые устройства ГТД

Электрические пусковые устройства освое­ ны на наиболее ранней стадии развития ГТД. Этому способствовало наличие на ЛА аккуму­ ляторных источников питания и бурное развитие в 1940-1950-х гг. бортовых электроприводов и агрегатов электроснабжения ЛА. Применение в качестве пускового устройства электродвига­ теля постоянного тока позволило получить хо­ рошо управляемый электропривод, характеристи­ ки которого можно легко согласовать со слож­ ным характером нагрузки, которую представля­ ет собой ГТД в период запуска.

Благодаря указанным качествам, а также простоте и надежности электротехнических устройств, электрические стартеры не потеряли своего значения и в настоящее время, хотя сей­ час область их наиболее эффективного исполь­ зования в авиации ограничивается величинами выходной мощности не более 18...20 кВт. По­ давляющее большинство эксплуатируемых оте­ чественных и зарубежных ЛА имеет на борту в том или ином виде электрические стартеры. Различие лишь в том, что на легких вертолетах и самолетах эти стартеры используются для за­ пуска основных ГТД, а на средних и тяжелых - для запуска ВСУ, обеспечивающих воздухом воздушные турбостартеры. На военных ЛА