Редукторы воздушного винта

Одним из эффективных способов повышения литровой мощ­ности мотора (мощность, снимаемая с одного литра рабочего объема цилиндров) является 1 обличение числа оборотов колен­чатого вала.

Однако при непосредственной креплении винта на носок коленчатого вала. т. е. у безредукторного мотора, увеличение числа оборотов может резко ухудшить условия работы винта, понизить его КПД и тем самым понизить или даже свести к нулю эффект, полученный в результате повышения мощ­ности мотора.

Физический смысл этого явления объясняется вредным влиянием сжимаемости воздуха, наблюдающимся при скоростях, близких к скорости звука.

Из сказанного следует, что увеличение числа оборотов коленчатого вала возможно лишь в том случае, если при этом число оборотов винта не превысит допустимых пределов.

Уменьшение числа оборотов винта при сохранении большим числа оборотов коленчатого вала достигается при помощи шестеренчатого механизма, называемого редуктором.

Благодаря редуктору оказывается возможным поставить на самолет винт большого диаметра, что улучшает условия отрыва самолета от земли и его взлета. Применение редуктора усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его вес на 4— 15% и уменьшает эффективную мощность на 2—7%.

Однако повышение КПД винта значительно превышает по­тери, обусловленные наличием редуктора, поэтому в настоящее время редуктор является неотъемлемой частью мощного авиа­ционного двигателя.

Редукторы со смещенной осью

Отношение числа оборотов винта к числу оборотов колен­чатого вала называют степенью редукции и обозначают буквой i.

i = n_винта/n_к.в.

В современных двигателях степень редукции изменяется от 0,4 до 0.8, сохраняя обороты винта в пределах 800— 1700об/мин.

Рис. 3.56. Схема редуктора со смещенной осью

По схеме расположения вала относительно коленчатого нала различают два основных типа редукторов:

1. Редукторы со смешенной осью винта. У таких редукторов ось вала винта смещена и параллельна оси колен­чатого рала.

2. Соосные редукторы. У этих редукторов ось вала винта является продолжением оси коленчатого вала.

Редукторы со смещенной осью конструктивно выполняются в виде пары цилиндрических зубчатых шестерен (Рис. 3.56), из которых шестерня меньшего диаметра закреплена на колен­чатом валу, а большого диаметра на валу редуктора. При этом коленчатый вал и вал редуктора вращаются в противо­положных направлениях.

Обозначив z₁, — число зубьев малой шестерни, а z₂, — большой, определим степень редукции редукторов рассматриваемого типа:

i = n_винта/n_к.в. = z₁/z₂

К достоинствам редукторов со смещенной осью относятся:

1) высокая постановка винта, позволяющая использовать винт с увеличенным диаметром для самолета с низким шасси;

2) простота конструкции:

3) возможность установки ствола пушки в пустотелом валу редуктора.

Рис. 3.57. К определению размеров зубьев шестерни редуктора

Однако в редукторах рассматриваемого типа вся нагрузка от крутящего момента передается через одну пару зубьев, находящихся в зацеплении. Зубья шестерен работают на изгиб, срез и смятие в результате воздействия динамической нагрузки, повторяющейся с большой частотой.

Вследствие зазоров (в особенности при недостаточно точном изготовлении или неправильном монтаже шестерен) нагрузка от зуба ведущей шестерни к зубу ведомой передается в виде ударов, что приводит к большим напряжениям в зубьях, обра­зованию вмятин на их рабочей поверхности, выкрашиванию поверхностного слоя и другим дефектам.

Рис. 3.58. Шевронные шестерни редуктора

При работе двигателя большая шестерня редуктора, закреп­ленная на валу винта, вращается почти с равномерной угловой скоростью, малая же шестерня, закрепленная на коленчатом валу, вращается с переменной угловой скоростью. Вследствие этого имеет место вынужденное набегание или отставание зубьев одной шестерни относительно зубьев другой, что вызы­вает дополнительное напряжение в зубьях. Зги напряжения особенно велики при резких изменениях режима работы мотора и в ряде случаев вызывают поломку зубьев. Для сглаживания неравномерности крутящего момента и восприятия усилий при резких изменениях угловой скорости коленчатого вала большая шестерня крепится к валу редуктора не жестко, а при помощи набора пружин (Рис. 3.59). Усилие, необходимое для сжатия пружин, меньше усилия, необходимого для срезания зуба; таким образом, эластичное крепление шестерни редуктора устранит возможность срезания зуба.

Редукторы со смещенной осью обычно устанавливаются на рядных двигателях, так как на звездообразных двигателях картер редуктора, закрывая собой некоторые цилиндры, ухудшает их охлаждение, и, кроме того, усложняется привод к клапанам.

Для установки редукторов в картерах рядных двигателей предусмотрены специальные приливы или отсеки, образующие картер редуктора (см. Рис. 3.58).

Редукторы планетарного типа

В соосных редукторах передача вращения на винт осуще­ствляется при помощи планетарной передачи с коническими или цилиндрическими шестернями (Рис. 3.60).

Рис. 3.60. Редукторы планетарного типа

Шестерня закреплена на коленчатом валу и входит в за­цепление с несколькими шестернями 2 (называемыми сателли­тами), закрепленными на валу редуктора. Сателлиты также находятся о зацеплении с шестерней 3, неподвижно закреплен­ной в картере двигателя.

Таким образом, вращение шестерни 1 вызывает вращение шестерен 2, которые, обкатывая неподвижную шестерню 3, приводят во вращение вал редуктора. У всех редукторов, рабо­тающих по схеме, приведенной на Рис. 3.60, вал винта и колен­чатый вал вращаются в одном направлении.

Достоинства редуктора планетарного типа:

1) большая плавность работы, так как в зацеплении нахо­дятся одновременно зубья нескольких шестерен;

2) меньший вес редуктора, составляющий 7—8% веса мотора;

3) соосность винта и вала, что особенно удобно для звездо­образных двигателей.

К недостаткам редукторов планетарного типа относят боль­шую сложность их изготовления и меньшее значение КПД ре­дуктора вследствие трения в шестернях.