Курсовая работа: Проектирование планетарного редуктора Д-27
Динамическая грузоподъемность
Расчетная динамическая грузоподъемность:
где: L – расчетный ресурс в миллионах оборотов;
коэффициент надежности,
который зависит от вероятности неразрушения которую примем равной 90
,тогда 
;
коэффициент зависящий от
свойств материала и условий работы, который при отсутствии повышенных перекосов
и наличии масляной пленки в контактах, при изготовлении тел качения из
электрошлаковой или вакуумной стали для роликового подшипника равен: 
;
показатель степени, для
роликоподшипников 
;
эквивалентная нагрузка
где 
расчетный ресурс, ч;
Определяем обороты оси:
где: 
коэффициент вращения 
коэффициент безопасности
зависящий от характера нагрузки, примем при нагрузке с умеренными толчками 
;
коэффициент учитывающий
влияние температуры, при 
;
коэффициент
эквивалентности учитывающий переменность режима нагрузки:
соответствует среднему
равновероятному режиму нагружения;
радиальная нагрузка. Для
прямозубых цилиндрических колес
то есть условие выполняется
5.2 Проверочный расчет шарикового радиально-упорного подшипника
Подшипник проверяем по условию: 
В качестве задней опоры вала заднего винта, воспринимающей, осевые нагрузки от тяги двух винтов используем подшипник 1176934 по ГОСТ 8995-75 – особолегкой серии шариковый радиально-упорный однорядный с разъемным внутренним кольцом (четырехточечный контакт). Ввиду большой осевой нагрузки установим на вал 2 подшипника.
Основные параметры подшипника:
Наружный диаметр: 
;
Внутренний диаметр: 
Ширина кольца:
;
Статическая грузоподемность: 
.
Динамическая грузоподъемность
Расчетная динамическая грузоподъемность:
где 
показатель степени, для шарикоподшипников
;
Определяем обороты оси:
где: 
коэффициент вращения 
коэффициент безопасности
зависящий от характера нагрузки, примем при нагрузке с умеренными толчками 
;
коэффициент учитывающий
влияние температуры, при 
;
коэффициент
эквивалентности учитывающий переменность режима нагрузки:
соответствует среднему
равновероятному режиму нагружения;
радиальная нагрузка,
данный подшипник не воспринимает радиальной нагрузки, а воспринимает только
осевую
где 
коэффициенты радиальной и
осевой нагрузок
то есть условие выполняется
5.3 Проверочный расчет роликового подшипника
В качестве передней опоры вала заднего винта, воспринимающей, радиальные нагрузки используем стандартный подшипник 1032944 по ГОСТ 8328-75 – сверхлегкой серии роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, без буртиков на внутреннем кольце (т.е. он позволяет осевые перемещения).
Основные параметры подшипника:
Наружный диаметр: 
;
Внутренний диаметр: 
Ширина кольца:
;
Статическая грузоподемность: 
.
Динамическая грузоподъемность
Расчетная динамическая грузоподъемность:
то есть условие выполняется
6.1 Расчет болтового соединения
Вал винта соединяется с винтом двигателя с помощью 20 болтов, расположенных на торце фланца передней части вала.
Установим болты с затяжкой. Затяжка необходима для создания сил трения в стыке при действии поперечных нагрузок, обеспечения герметичности стыка, повышения усталостной прочности болтов.
На болты действует растягивающая сила F – сила тяги винта, а также изгибающие моменты – гироскопический и момент от веса винта (см. рис 6.1.)
Допускаемые напряжения растяжения в болте не должны
превышать допускаемые: 
где 
расчетная нагрузка (c
учетом скручивания тела болта):
где: 
усилия в наиболее
нагруженном болте;
диаметр болта;
допускаемое напряжение
растяжения. Болты изготовлены из стали 40ХН, закаленной.
где 
сила затяжки. Введем
коэффициент запаса по затяжке 
где 
коэффициент основной
нагрузки. Примем 
;
где 
усилие в болтах, возникающее
от изгибающего момента;
усилие, возникающее в
болтах от силы тяги.
где 
суммарный изгибающий
момент:
где 
расстояние между центрами
тяжести винта и фланца вала
Максимальное усилие возникает в первом болте,
следовательно, расчет ведем по 
.
6.2 Проверочный расчет шлицевых соединений на прочность
Для передачи крутящего момента в машиностроении часто используют шлицевые соединения. Они имеют ряд преимуществ по сравнения с другими видами соединения: высокая прочность зубьев на изгиб и на смятие; возможность передачи большего крутящего момента и т.д.
Рассчитаем шлицевое соединение для передачи крутящего момента от вала турбины, к редуктору используя эвольвентный профиль зубьев.
Расчет заключается в определении минимальной длины шлицов, необходимой для передачи крутящего момента. Расчет проводится на смятие по боковым поверхностям зубьев.
Расчёт шлицов на заднем хвостовике вала-рессоры которые передают крутящий момент ротора компрессора:
,
Расчет шлицев шестерни 105х5х38 ГОСТ 6033-80:
- условие выполняется
Расчет шлицев заднего вала 170х2,5х28 ГОСТ 6033-80:
- условие выполняется
Расчет шлицев переднего вала 110х3х120 ГОСТ 6033-80:
- условие выполняется
7. Техническое описание редуктора
Редуктор (рис7.1) предназначен для передачи мощности турбины винтовентилятора на два соосных винтовентилятора. Винтовентиляторы вращаются в противоположные стороны с частотой, меньшей в 6,667 раза частоты вращения ротора турбины винтовентилятора. На передний винтовентилятор передается 57,86% мощности турбины, на задний 42,14% при равных частотах вращения винтовентиляторов. Редуктор однорядный планетарный дифференциального типа, расположен в передней части двигателя.
Редуктор состоит из корпуса 25 сателлитов, пяти сателлитов 12, венца (колеса внутреннего зацепления) 11, вала 1 винта, гидравлического измерителя 4 тяги, корпуса 6 редуктора, диафрагмы 24. Корпус 25 сателлитов соединен с передним винтовентилятором шлицами и опирается спереди на вал переднего винтовентилятора, а сзади - на шариковый подшипник 14. Осевые нагрузки от корпуса сателлитов передаются на вал винта межвальным шариковым подшипником 29. На корпусе 25 сателлитов установлена шестерня 15, которая служит для привода регулятора частоты вращения переднего винтовентилятора и обеспечения кинематической связи с валиком стояночного тормоза переднего винтовентилятора. Эта шестерня является также индуктором для датчиков 13 частоты вращения и синхрофазирования переднего винтовентилятора. В корпусе сателлитов установлены пять сателлитов 12 на двух роликовых подшипниках 10 каждый.
В зацеплении с сателлитами 12 находится ведущая шестерня 23, которая установлена на валопровод 22. Валопровод 22 соединяется с валом 19 турбины винтовентилятора шлицами и винтовым замком 20. Валопровод 22 установлен на двух подшипниках - шариковом 17 и межвальном роликовом 18. На валопроводе 22 также установлена шестерня 16, служащая для привода регулятора частоты вращения заднего вштовентилятора, самолетных агрегатов и обеспечения кинематической связи с валиком стояночного, тормоза заднего винтовентилятора.
Сателлиты в свою очередь зацепляются с венцом 11 (колесом внутреннего зацепления). Венец 11 соединен шлицами со ступицей 5, закрепленной на валу 1 винта.
Вал винта установлен в корпусе редуктора 6 на двух роликовых подшипниках 30 и 26, воспринимающих все радиальные нагрузки от переднего и заднего винтовентиляторов. На валу винта установлены также два шариковых подшипника 27, воспринимающие и передающие силу тяги винтовентилятора на корпус редуктора 6 через гидравлический измеритель тяги 4. К фланцу вала 1 винта крепится корпус заднего винтовентилятора.
Подвод масла на управление винтовентилятором от регулятора частоты вращения винтовентилятора обеспечивается маслоперепусками: поз.З на валу 1 винта для заднего и поз.21 на корпусе 25 сателлитов для переднего (канат Б1 Ф1 М1 и Б2, Ф2, М2 соответственно).
Каналы управления винтовентилятором расположены в редукторе и непосредственно в винтовентиляторе, и соединяются следующим образом: подводящие масло к заднему винтовентилятору - через втулки 32, а к переднему - через маслоперепускную втулку 33. Корпус 6 редуктора крепится на переднем корпусе 9 двигателя с помощью шпилек 7, и при этом центрируется по втулкам 8. Стык корпусов уплотняется резиновым кольцом. В передней части корпуса 6 редуктора расположены: бобышки со шпильками 2 для крепления воздухозаборника; крышка 36 редуктора с безрасходным уплотнением 31, на которой предусмотрены места для крепления винтами 37 коробок щеткодержателей токосъемников системы обогрева лопастей винтовентилятора; три датчика 35 частоты вращения заднего винтовентилятора; один датчик 28 системы синхрофазирования, а также датчик вибраций МВ - 0,4. Индуктор 34 для датчиков частоты вращения и синхрофазирования установлен на валу 1 винта. Сзади на корпусе 6 редуктора установлена диафрагма 24, в которой размещается подшипник 14.
Внутри корпуса редуктора 6 установлен -гидравлический измеритель 4 тяги.
Измеритель тяги предназначен для измерения величины положительной и отрицательной тяги винтовентилятора, а также для уравнивания загрузки упорных подшипников.
Положительная сила тяги передается на корпус I (рис7.2 ) редуктора от вала 14 винта через подшипники 10, 13 и через корпус 15 измерителя тяги.
В корпусе 15 измерителя тяги установлены равнорасположенные по окружности четыре цилиндра 2 - с пазами на выступающей части, а между цилиндрами 2 установлены четыре цилиндра 16 - без пазов. В цилиндрах 2 установлены поршни 5 с короткими хвостовиками, а в цилиндрах 16 установлены поршни 17 с длинными хвостовиками. Поршни 5 упираются во фланец 12 подшипника 13, а поршни 17 -во фланец 11 подшипника 10. Рабочие полости Б всех цилиндров связаны каналами между собой и соединены через трубопровод и каналы в переднем корпусе двигателя с маслонасосом 4 и информационной системой, измерения давлений 3 двигателя, а на летающей лаборатории - дополнительно с соответствующим датчиком давления 19.
Отрицательная сила тяги передается на корпус 1 редуктора от вала 14 винта через подшипник 10 и через корпус 8 опоры вала винта. В корпусе 8 установлены четыре цилиндра 6 (аналогичных, цилиндрам 2), а в них соответственно четыре поршня 7 (аналогичных поршням 5). Поршни 7 упираются во фланец 11 подшипника 10, Рабочие полости В всех цилиндров связаны каналами между собой 1 и соединяются через трубопровод и каналы в переднем корпусе двигателя с маслонасосом и информационной системой измерения давлений 3 двигателя, а на летающей лаборатории - дополнительно с соответствующим датчиком давления 19.
7.2 Принцип работы редуктора
Крутящий момент от турбины винтовентилятора передается через вал 19 турбины винтовентилятора на валопровод 22 (рис7.1) и ведущую шестерню 23. Далее крутящий момент разделяется на два потока. От сателлитов (поз.12) 57,86% суммарного крутящего момента передается переднему винтовентилятору через корпус 25 сателлитов. Второй поток крутящего момента (42,14% суммарного) передается от венца 11 на задний винтовентилятор валом 1 винта. Сила тяги винтовентилятора передается от вала 1 винта на корпус 6 редуктора двумя шариковыми подшипниками 27 через гидравлический измеритель 4 тяги.
Измеритель тяги (рис7.2) работает следующим образом. При работе двигателя приводится во вращение установленный на коробке приводов маслонасос 4 измерителя тяги. Если сила тяги винтовентилятора отсутствует, то масло из полостей Б и В сливается во-внутреннюю полость корпуса редуктора через отверстия А в поршнях 5 и 7.
При возникновении на валу 14 винта положительной тяги ( +
), она передается подшипником
13 на фланец 12 и подшипником 10 на фланец 11, а далее соответственно на поршни
5 и 17. Поршни 5 и 17 под действием силы тяги перемещаются внутрь цилиндров 2 и
16, при этом цилиндры 2 перекрывают каналы А в поршнях 5 и слив масла
уменьшается. При этом давление в полостях Б увеличивается до величины,
уравновешивающей силу тяги. Суммарная площадь поршней 5 и 17 - 169,8 см2. При
действии положительной тяги измеритель тяги обеспечивает равномерную загрузку
подшипников 13 и 10 за счет параллельной работы поршней 5 и 17 от общей
гидравлической полости. При повышении давления в канале положительной тяги до
700 кПа (7 кгс/см2) золотник, установленный в маслонасосе 4 между каналами
положительной и отрицательной тяги, перекрывает канал отрицательной тяги, что позволяет
избежать лишней циркуляции масла в корпусе редуктора. При появлении на валу 14
винта отрицательной тяги ( — 
) она передается подшипником
10 на фланец 11, который болтами 18 крепится к фланцу 9, установленному на
наружной обойме подшипника 10. Фланец 11 под действием отрицательной тяги
перемещает поршни 7 вовнутрь цилиндров 6, которые перекрывают в поршнях 7
отверстия А для слива масла. Одновременно поршни 5 и 17 силой давления масла в
полостях Б выдвигаются из цилиндров 2 и 16. При этом открываются отверстия А в
поршнях 5 и давление тела в канале положительной тяги понижается, после чего
золотник, установленный между каналами в маслонасосе 4, открывает канал
отрицательной тяги. Масло поступает в полости В, давление в которых
увеличивается до величины, уравновешивающей силу отрицательной тяги. Суммарная
площадь поршней 7 - 84,9 см2. Давление масла в каналах измерения положительной
и отрицательной тяги, как эквивалент силы тяги, измеряется информационной
системой измерения давлений 3, преобразующей давление в цифровой код,
выдаваемый в электронную систему управления и в бортовую систему контроля
двигателя.
На летающей лаборатории давление масла в каналах измерения тяги дополнительно воспринимается соответствующими датчиками давления 19, которые преобразовывают давление в электрические сигналы, выдаваемые в соответствующие индикаторы (указатели).
Заключение
В данном курсовом проекте был спроектирован редуктор , выполненный по схеме дифференциального разомкнутого механизма.
Были проведены расчеты:
- планетарной ступени с проверкой на:
контактную выносливость;
изгибную выносливость;
- валов соосных винтов винта с проверкой на:
статическую прочность;
выносливость;
- осей сателлитов планетарной ступени;
- эвольвентных шлицев с проверкой на смятие.
Для зубчатого механизма были подобраны оптимальные коэффициенты смещения по контактной прочности, что позволило снизить расчетные контактные напряжения на 11,73%.
Были подобраны стандартные подшипники с последующей проверкой по динамической грузоподъемности; проверены на прочность нагруженные детали редуктора: болты с помощью которых винт крепится к переднему фланцу вала.
Были подобраны материалы для всех деталей редуктора.
Дано техническое описание редуктора, входящего в него механизма измерителя тяги, принцип его действия.
В проект включены также рабочие чертежи двух деталей: шестерни и рессоры.
Список использованной литературы
1. Расчет и проектирование зубчатых передач. Учебное пособие к курсовому проектированию по деталям машин, Харьков, ХАИ – 1980, 113с.
2. Детали машин, М.М.Иванов, М. – Высшая школа, 1964г., 448с.
3. Я.Я.Перель, Подшипники качения. Справочник, М. – Машиностроение, 1983, 543с.
4. Справочник материалов, Киев – Высшая школа, 1986, 638с.
5. В.И.Анурьев, Справочник конструктора – машиностроения, в 3-х томах, Т.1,2,3 ; М. – Машиностроение,1979.
