Модернизация Силовой Установки СЛА

Применение СЛА

Современные дельтолеты способны провозить до 200 кг груза (помимо пилота) на расстояние до 300 км со скоростью 70-90 км/ч или патрулировать в течение 3-4 часов, поднимаясь на высоту до 4000 метров.

Для их взлета и посадки  могут быть использованы неподготовленные площадки (участки дорог, поля, водоемы  и т.п.). При соответствующих проработках  дельтолеты могут взлетать и садиться на движущие объекты (автомобили, корабли). Обучение дельтолетчиков по затратам примерно соответствует обучению водителей автомобилей.

Широкое распространение как за рубежом, так и в Казахстане получили сельскохозяйственные СЛА, которые используются для опрыскивания и наблюдения за посевами, внесения удобрений и т.д.[1]

Вот некоторые уже существующие СЛА с характеристическими данными  применяемые в разных видах работ:

 

Рис. 1.Дельталет Ветер-1

Двухместный летательный  аппарат предназначен для патрулирования протяженных объектов, территорий, акваторий, государственных границ, линий электропередачи и нефтепроводов, аэрофотосъемки, перевозки грузов, поисково-спасательных работ, противопожарного надзора за лесами, спорта и отдыха, охоты.

В комплект дельталета входит:

• Крыло дельталета;
• Трехколесное шасси;
• Упаковочные чехлы;
• Комплект инструментов и приспособлений;
• Руководство по летной эксплуатации (РЛЭ);
• Руководство по технической эксплуатации (РТЭ);
• Формуляр.

Для транспортировки дельталета в прицепе легкового автомобиля крыло укладывается в пакет размером 4,5 х 0,3 х 0,3 метра, а шасси дельталета свободно размещается в кузове прицепа.

Отличительные особенности  дельталета «ВЕТЕР-1»:

• Применение специальных облегченных авиационных шин большого диаметра, допускающих боковое движение аппарата при посадке, что делает безопасной посадку с боковым ветром;
• Наличие на основных стойках шасси специальных пневматических или пружинно гидравлических амортизаторов с большой величиной энергопоглащения позволяет производить посадку на неподготовленные площадки, грунтовые дороги и пахоту;
• Кресло пилота разработано с учетом требований эргономики, что значительно уменьшает утомляемость при выполнении длительных полетов;
• Возможность планирования и посадки при выключенном двигателе одно из достоинств дельталетов серии «Ветер». Дополнительно дельталет может быть снабжен системой спасения, и в случае необходимости аппарат опускается на парашюте вместе с пилотом.
• Срок службы 6 лет и ресурс 750 часов дельталета, как по общему налету, так и по количеству взлетов и посадок, обеспечены техническими решениями и ноу-хау, заложенными непосредственно при проектировании деталей и узлов.
• Дельталетом можно перевозить грузы весом до 150 кг, не превышая общего взлетного веса 450 кг. с креплением их в месте расположения кресла пассажира. [2]

 

Тенические Характеристики дельталетов :

Таблица 1

	ВЕТЕР-1(ВЕТЕР-2)	ВЕТЕР-3
Размах крыла, м	10,2	10,2
Площадь крыла, м2	15,2	15,2
Максимальный  взлетный вес, кг	450	450
Вес пустого, кг	180	200
Объем топливного бака, л	39	39
Экипаж, чел.	2(1)	2
Тип двигателя	HIRT 3203
Мощность двигателя, л.с.	65	65
Максимальная  скорость, км⁄ч	135	160
Крейсерская скорость, км⁄ч	85-90	90-110
Скороподъемность, км⁄ч	6,8	7,2
Качество	5,6	9,8
Длина разбега, м	70	60
Длина пробега, м	70	60
Дальность полета, км	200	480
Расход топлива, л⁄час	13	9
Ресурс, час	750 в течение 6 лет
Тип амортизации	пневмогидравлические амортизаторы с большой работоемкостью

Рисунок 2.-самолет SeaStar	Разработчик: AAC Страна: Канада Первый полет: 1986 Тип: Легкий многоцелевой самолет-амбифия

 

Компания "Amphibian Airplanes of Canada" (AAC) была создана в 1998 году Гансом Шаером в Сквамише, Британская Колумбия, для разработки легких летающих лодок для продажи авиалюбителям. Самолет был построен на заводе компании SMAN (позже "Billie Aero Marine"), где впервые поднялся в воздух в 1 ноября 1986 года. Модель AAC SeaStar представляет собой биплан, выполненный в виде набора для самостоятельной сборки. SeaStar построен, по большей части, из композитных материалов. Самолет обладает рядом конструктивных особенностей. Например, высоко поднятая балка хвостового оперения и крылья, соединенные подкосами, могут сниматься для перевозки наземным транспортом. Система безопасного снижения в виде парашюта хранится в гондоле двигателя. Ни большее верхнее крыло (с удлиненными элеронами), ни меньшее нижнее крыло не имеют поперечного V. Верхнее крыло выступает над кабиной. Шасси трехопорное, все три стойки выступают из-за центральной гондолы. Кабина Sea Star закрыта прозрачным фонарем с хорошим обзором и с большой откидываемой на шарнире частью. Конструкция корпуса обеспечивает взлет с воды и соответствует современным техническим требованиям. Расположение топливных баков в верхнем крыле повышает безопасность полета. Около 100 экземпляров самолета Sea Star находились в эксплуатации к середине 2008 года. Sea Star - комплект быстрой сборки, 49 процентов которого состоит из готовых частей, а остальное нужно собирать индивидуально. В качестве альтернативы существует заказываемый комплект "моментальной сборки", включающий все основные части (в основном из стекловолокна) и дополнительные части, которые были заказаны покупателем. Конструкция включает в себя предустановленные на заводе части, например, шасси и панель приборов, но это не только для быстроты сборки, но и для безопасности полетов.[3]   Летно технические характеристики(ЛТХ) Таблица 2 Модификация  Seastar Размах крыла, м 8.25 Длина самолета,м 6.47 Высота самолета,м 2.26 Площадь крыла, м2 16.50          пустого самолета 300 Максимальная взлетная 700         Тип двигателя           1 ПД Rotax 912 Мощность, л.с. 1 х 80 Максимальная скорость, км/ч 165 Крейсерская скорость, км/ч 130 Практический потолок, м 10000          Экипаж, чел 1         Полезная нагрузка:         один пассажир

 

 

 

 

 

1.2 Перспективы  применения автомобильных двигателей  на СЛА. 

 

В кругах авиалюбителей, производителей и авиасамодельщиков очень часто поднимается вопрос об автомобильных двигателях на ЛА. Тот же вопрос обсуждается и в различных печатных изданиях. Причина, очевидно, в том, что в мировой практике применение автомобильных двигателей в авиации нашло широкое распространение. В нынешнее время уже многие фирмы-производителей авиадвигателей, предлагают среди своей продукции автомобильные и мотоциклетные двигатели, конвертированные в авиационные. Среди них моторы таких известных фирм как Fiat, BMW, MotoGuzzi, Subaru, Skoda, VW, CZ, Suzuki, Sitroёn, Komatsu. Интерес, вероятно, обусловлен следующим:

- для производителей авиадвигателей - возможностью с минимальными  затратами поставить на рынок  уже зарекомендовавший себя в  эксплуатации двигатель с широкой  сетью сервисного обслуживания (снабжение  запасными частями, ремонт, диагностика );

- для фирмы-разработчика  базового варианта - прекрасной рекламой  применения основной продукции  (двигателей автомобилей и мотоциклов) в авиационной сфере, накоплением  положительного опыта эксплуатации  своего изделия в более жестких  и ответственных условиях;

- для потенциального покупателя - выбором для авиатехники двигателя,  положительные свойства которого  он знает не по наслышке, что также немаловажно, более низким ценовым факторам и возможностью беспроблемного сервисного обслуживания

Вначале проанализируем спектр применяемых двигателей на СЛА и  разобъем их на характерные группы.

В первую очередь, это авиадвигатели  таких известных фирм как Rotax, G-Hirth. Затем двигатель снегохода "Буран" РМ3-640. Далее - немногочисленное ассорти из бывших в употреблении (БУ) двигателей иномарок VW, Subaru, CZ и др. Не так уж редко встречаются и моторы отечественной автотехники - мотоциклов "Урал", "Днепр", автомобилей - ВАЗ, ЗАЗ, ГАЗ. Лодочные двигатели сейчас практически не встречаются. И последняя группа - двигатели отечественных разработок для СЛА, выпускаемых некоторыми предприятиями мелкими сериями и на заказ. Rotax, Hirth и другие, специально спроектированные авиадвигатели для СЛА, могут себе позволить приобрести авиалюбители, имеющие возможность выложить за них несколько тысяч долларов, любители, для которых на первом месте при приобретении стоят престиж, мировая репутация фирмы в производстве первоклассной продукции. И эти двигатели, безусловно, таких денег стоят. Другое дело, массовыми они у нас ещё долго не смогут стать в силу экономических обстоятельств. Другая группа - бывшие в эксплуатации двигатели иномарок, в основном VW и Subaru. Они привлекают в первую очередь незначительной ценой и весьма эффективными эксплуатационными свойствами. “Буран” РМЗ-640 накоплен большой опыт его эксплуатации, повышения надежности и мощности. Только один перечень отработанных мероприятий в этом направлении займет много места - это дополнительные продувочные каналы, изменение в разумных пределах фаз газодинамического процесса, лепестковые клапаны (прекрасно доработал к РМЗ-640 клапаны ППК-ДС-4-50 от Ковровского спортивного мотоцикла для мотобола дельталетчик из Нижневартовска А.А.Филиппов), карбюраторы с цилиндрическим золотником, эффективные резонаторы на входе и выходе, повышение эффективности воздушного охлаждения путем изменения схемы обдува и производительности, применение жидкостного охлаждения, дублированного зажигания, редукторов с более высокими степенями редукции 1:3 и более для применения с ВВ больших диаметров с высоким КПД и загрузкой двигателя на малых режимах. В настоящее время работоспособность двигателей, находящихся в эксплуатации, поддерживается в основном за счёт закупки запчастей и самостоятельного ремонта. Существенным недостатком, осложняющим эксплуатацию этого типа двигателя, можно считать слабую распространённость запчастей. Следует отметить мотоциклетные двигатели приемлемых на любительской авиационной технике, их высокие динамические и скоростные качества определяются не столько высоким соотношением мощность-полная масса, сколько тем, что современные мотоциклетные моторы по вкладу в конструкцию последних достижений научно-технического прогресса и высоких технологий намного превосходят автомобильные. Отсюда и мотоциклетный двигатель почти как авиационный - та же малая удельная масса, работа на повышенных режимах, те же высокие требования к надёжности. Основной недостаток - низкая надёжность, невозможность длительной работы на максимальных оборотах, малый ресурс. Но у них есть и достоинство, особо ценное для авиасамодельщиков - широкое распространение техники с этими двигателями, доступность запчастей, высокая ремонтопригодность в условиях обычной мастерской, возможность форсирования и доработок. Но, вероятно, вскоре знак "-" (недостатки) поменяется на знак "+" (высокие эксплуатационные и технические показатели). Ирбитский мотоциклетный завод начал выпускать двигатель ИМЗ 8.106: четырехтактный, карбюраторный, оппозитный двухцилиндровый, V=825 см3, воздушного охлаждения - 45 л.с. (на А-76), масса 56 кг ("Мото" 6/96). Также есть двигатель с объемом 950 см3, Р = 64 л.с при 6400 об./мин и с объёмом 750 см.куб, Р = 45 л.с. (на АИ-93). Есть модификации верхнеклапанные (экспериментальные), с жидкостным охлаждением. Интересен двухтактный карбюраторный одноцилиндровый двигатель с лепестковым клапаном на выпуске, жидкостного охлаждения, Р=80 л.с.. И, главное, применение новых комплектующих, революционно повышающих надежность и ресурс работы цилиндров с керамическим напылением ("МОТО" 2/99), кованные поршни, импортные кольца и карбюраторы с постоянным разряжением (диафрагменные). И всё это подразумевает высокую степень унификации, взаимозаменяемости и возможности модернизации базового варианта двигателя. В современной истории авиалюбителями продолжается поиск оптимальных вариантов и есть примеры очень удачных способов решения проблемы. Это, прежде всего, двигатель ВАЗ-2103 на вертолете "Горняк", ВАЗ-2106 на ЯК-12, двигатели ЗАЗ на различных самолетах, появилась авиационная версия двигателя ЗМЗ-4062.10 (от автомобиля "Волга") на экранолёте "Иволга-2" ("АОН" 6/99). Есть информация об успешном применении двигателя ВАЗ-2108 на дельталете в Ставрополе. Всерьёз над доработкой двигателя ВАЗ-2108 применительно к СЛА работают авиасамодельщики в Тольятти в его конструкции заложены ресурсы, способные сделать его отличным авиационным двигателем для СЛА. Прежде всего, ВАЗ-2108 - это современный, самый легкий (96 кг с навесным оборудованием, без КПП, с маховиком), с высоким ресурсом (~900 м/часов при 6000-6200 об./мин.), надежный двигатель из семейства жигулевских. Мощность карбюраторного варианта (75 л.с. при 5600 об./мин., 1500 см/3), вполне достаточна для большинства решаемых задач СЛА. Двигатель получился практически авиационным - система смазки с сухим картером, каждый цилиндр оборудован отдельным диафрагменным карбюратором, резонансный наддув, электронная система зажигания со статическим (без механики) распределением искры по цилиндрам. Модификация с объемом 1500 см3 имеет мощность 90 л.с. Масса с дедвуйдом (реверс-редуктор, система подвески, масляная емкость с маслом) - 100 кг. В пользу авиационного двигателя также говорит тот факт, что 20-часовые стендовые и 10-часовые ходовые испытания двигатель прошел успешно, а лодочный двигатель предполагает основной режим эксплуатации на повышенных относительно автомобильного режимах. До авиационного недостает только 2-х свечей на цилиндр (головка позволяет, с небольшими доработками, разместить две свечи на цилиндр с диаметром резьбовой части 12 мм типа NGK DCPR7E или, лучше, с диаметром 10 мм типа NGK CR7HS), дублированной системы зажигания с электронной системой регулирования угла опережения зажигания. Впрочем, такое резервирование систем двигателя на сегодняшний день неактуально в виду большой надежности современной электроники. Кроме того, не помешает некоторое облегчение конструкции - исключение маховика (его роль успешно выполнит деревянный, массивный ВВ), использование облегченных типов стартера (например, от "Опель-Вектры" выпусков после 1995 г.) и генератора. А применение блока цилиндров из легких сплавов (на ВАЗе работы по алюминиевому блоку цилиндров ведутся в рамках опытно-конструкторских работ, ожидаемое освоение производства - 2002 год по информации ВАЗ) обещает снижение веса двигателя за счет блока цилиндров на 15 кг. Эти мероприятия позволят, видимо, довести массу двигателя до 80 кг и обеспечить удельную массу на уровне 0,7, что вполне приемлемо для авиационного двигателя с жидкостным охлаждением (но, тем не менее, повышенный вес потребует усиления и конструкционных доработок, например, тележки дельталёта, для гашения кинетической энергии заднерасположенного двигателя в аварийных ситуациях и уменьшения тем самым вероятности травмирования пилота и пассажира). [4]

Близкий по компоновке и  характеристикам двигатель FIAT SAX 86, фирмы JEOF s.r.l. весит 82 кг. Двигатель SUZUKI 1300GS фирмы Raven Rotorcraft - 77 кг, двигатель Avio Skoda фирмы ULM Enqeneerinq - 87 кг. Еще большее снижение массы предполагает перевод двигателя на основное воздушное охлаждение (дополнительное - жидкостное охлаждение головки цилиндров и охлаждение масла через радиатор). Здесь основной проблемой может стать подбор цилиндров. Например: цилиндр Rotax-912 с никосиловым покрытием имеет ход поршня 61 мм как у модификации ВАЗ-21081 объемом 1100 см3, но таких диаметров поршней - 79,5 мм - у наших двигателей ВАЗ нет, кроме ВАЗ 2105 - 79,4 мм, 3-ий ремонтный размер (не знаю, какой диаметр цилиндра у новой модификации R-912ULS с большим объемом (98 л.с, 5800 об/мин, информация о нем в "АОН" 2/99). Цилиндр "Урал " (объем 825 см3) имеет нужный диаметр 82 мм, но ход поршня отличается на 3 мм - 68 вместо 71 мм. Ко всему прочему, возможен двухцилиндровый вариант на базе двигателя "Ока" ВАЗ-1111 со всеми предполагаемыми модернизациями, как и ВАЗ-2108. резервы форсирования у этого двигателя очень большие и так называемым "мягким" форсированием, без снижения ресурса занимаются некоторые специализированные фирмы. Применение коленвала с большим радиусом кривошипа (ход поршня увеличен до 74,8 мм) позволило увеличить объем двигателя до 1600 см3, а применённый оригинальный шкив зубчатого ремня (распредвала) позволяет очень точно устанавливать фазы газораспределения. Распредвал "Отингер" с измененными фазами и высотой подъема клапанов - 10,2 мм, впускные клапаны диаметром 39 мм, поршни диаметром 82 мм (по некоторым сведениям - 84 мм) немецкой фирмы "МАЛЕ". Дополнительно обработаны всасывающие и выпускные каналы, несколько изменена камера сгорания, улучшена настройка ЭСЗ, применены два сдвоенных диафрагменных карбюратора типа "Вебср". Все эти доработки (стоимостью, впрочем, 1950$) позволяют получить мощность 110-115 л.с. (при 6000 - 6200 об/мин). Варианты двигателей с непосредственным впрыском позволяют проводить гораздо большее форсирование, но это для спортивных машин, где на первом месте стоит максимально достижимая мощность в ущерб ресурсу. Двигатели марки Suzuki и Subaru имеют также хорошие данные для установки на СЛА Кроме своих приемлемых характеристик данные двигателя имеют возможность модернизации и форсирования без понижения ресурса и надежности. При всех своих положительных качествах эти двигатели имеют недостатки. Конверсия любого б/у двигателя начинается с его полной разборки и дефектации. Все узлы и детали, подвергшиеся износу, заменяются новыми (поршневые кольца, вкладыши, маслоотражательные колпачки, сальники, различные прокладки). При необходимости производится шлифовка коленчатого вала, расточка и хонингование блоков цилиндров. Таким образом, полностью восстанавливается моторесурс двигателя.

Интересной особенностью японских двигателей является то, что  после пробега в 100–150 тыс. км поверхности  цилиндров, поршни, шейки коленчатого  вала практически не изнашиваются, заводские шлифовки и хонинговка остаются нетронутыми.

Существенным недостатком  двигателей являются их клапаны, имеющие  диаметр стержня 5,5 мм (модельный ряд двигателей Suzuki). При работе двигателя c нагрузкой и больших оборотах повышается теплонапряженность клапанов и малый диаметр стержня становится критичен. Известно, что отвод тепла у клапана осуществляется через его седло и направляющую втулку, при недостаточном теплоотводе клапан может заклинить. 

Основная поломка на двигателе  Suzuki – обрыв тарелки клапана с разрушением головки блока цилиндров. Устраняется этот дефект путем установки клапанов и направляющих втулок с большим диаметром. Можно использовать доработанные клапаны c диаметром стержня 7мм, что увеличивает площадь теплоотвода на 25%.[5]

 

 

 

 

 

 

1.3 Редукторы СЛА

Для авиационной версии высокооборотного автодвигателя, наверное, важнейшей тюнинговой деталью, точнее, агрегатом, является редуктор, в идеале - интегрированный, совмещённый (изготовленный как одно целое) с блоком цилиндров, и функционально встроенные в редуктор стартер и генератор, с возможностью иметь различные передаточные отношения.[6]

Чертежи редукторов применяемых  на автомобильных двигателях в СЛА:

Рисунок 3.-Редуктор тип 3 серии 1 

Второй вариант редуктора  для Субару. Там, где нет промышленного  производства шестерён, наладить их производство практически невозможно. Из трёх изготовленных шестерён я выбрасывал две.

Редуктор Тип 3 серии 1 с  шестернями от автоматической коробки а/м "Мазда Фамилия" с мощностью до 90 л.с. Очень удобные для установки щестерни, хотя и менее мощные. Очень мощные, с большим наклоном зубьев, высочайшего качества (точность изготовления соответствует классу, применяемому в авиакосмической промышленности и прицезионном оборудовании).

Рисунок 4.- Редуктор тип 3 серии 2

Редуктор Тип 3 серии 2 с  шестернями от АКП а/м "Мазда " с мощностью до 120 л.с.

Рисунок 4.- Редуктор тип 4 серии 1

Редуктор универсальный  Субару тип 4 серии 1. Один из первых подобных редукторов уже налетал более 400 часов на МДП с Субару ЕА71.

 

 

Фотографии редукторов

 

Рисунок 5.- Редуктор на двигателе серии EJ

Редуктор на двигателе  серии EJ. Вес без эл/запуска ~ 15 кг. Фрезерован из плиты Д16Т.

Рисунок 6.- Шестерни к редукторам

Шестерни к редукторам от автоматических коробок а/м "Мазда" с разными передаточными отношениями. Попадаются шестерни с i = 1.81; 1,95; 2,05; 2,1; 2,21; 2,27; 2,31. Шестерни c i = 1.81; 1,95; 2,05; 2,21; 2,31 (межцентровое расстояние 77 мм) взаимозаменяемы между собой. Аналогично шестерни с i = 2,1 и 2,27 (межцентровое расстояние 74,5 мм).

Рисунок 7.-Начинка  редуктора

"Начинка" редуктора.  Применяются материалы Д16Т, В95, 30ХГСА и 45А.

Рисунок 8.-Корпус редуктора

Заготовки корпуса редуктора  после расточки и детали.

Рисунок 9.-Редуктор с плитой

Редуктор с плитой для  двигателей серии EJ. Рядом заводной диск с жигулёвским резиновым  демпфером

Рисунок 10.-Редуктор с ременной передачей

 

2.МОДЕРНИЗАЦИЯ  РЕДУКТОРА СЛА

2.1 Конструктивные  усовершенствования редуктора

 По отзывам, публикуемых на итернетфорумах, наибольшие нарекания вызывают редукторы привода винта, не обеспечивающие достаточную надежность и долговечность. Как показывает практика эксплуатации дельталетов, именно редукторы нередко оказываются слабым звеном в конструкции летательных аппаратов. Конструкция некоторых редукторов действительно имеет ряд недостатков, вполне устранимых в условиях заводского производства.

Рассмотрим в качестве примера конструктивные недостатки редуктора, применяемого на дельталетах в сочетании с двигателем Subaru EJ18.

Рисунок 11.- Редуктор Тип 3 серии 1 с мощностью до 66 кВт.

 

1. Недостатки. Подшипники ведущего и ведомого валов установлены в разных частях корпуса, причем расточить гнезда подшипников ведомого вала в сборе корпуса с одной установки не представляется возможным. Смена установки на станке приводит к несоосности подшипниковых гнезд и как следствие к монтажным напряжениям в подшипниках, к перекосам зубчатых колес и повышению концентрации нагрузки в зацеплении. Эвольвентные зубчатые передачи весьма чувствительны к перекосам осей. Расточку посадочного отверстия для левого и правого подшипников нельзя при данной конструкции выполнить одним резцом, приходится осуществлять эти операции со сменой резов. Для расточки гнезда левого подшипника нужен резец с длинным стержнем, что увеличит его прогиб под действием сил резания и снизит точность выполнения данной операции.

Предлагается. Растачивать каждую пару подшипниковых гнезд с одной установки  посредством борштанги, что обеспечит наилучшую соосность расточек. С той целью для левых подшипников предусматривается сквозные расточки подшипниковых гнезд. Левые гнезда закрываются привертными крышками. Положительно скажется на точности расточек также то, что изгибная жесткость борштанги выше, чем консольного резца.

   2. Недостатки. Корпусные детали редуктора изготовлены из алюминиевого сплава. Так как наружные кольца подшипников подвержены местному нагружению, они устанавливаются в корпусе по посадке с зазором или с возможностью проворачивания под действием моментов сил трения в подшипниках для более равномерного износа колец. Это приводит к повышенному износу расточек в корпусе.

Предлагается. Устанавливать наружные кольца подшипников в стальных стаканах, которые запрессованы бобышках корпусных деталей. Стаканы имеют установочные буртики. При ремонте редуктора стаканы можно заменить, сохранив корпус, имеющий более высокую стоимость.

3. Недостатки. На ведомом валу установлены конические подшипники, требующие обязательной регулировки осевого зазора. Из чертежа (рис. 1) не ясно каким образом эта регулировка осуществляется.

Предлагается. Применение привертных крышек подшипников с обоих концов вала позволяет осуществить регулировку осевых зазоров в подшипниках путем установки под их фланцы сменных наборов регулировочных прокладок.

 

 

Рисунок 12.- Модернизированный редуктор

На рис. 2.1.2 представлена предлагаемая конструкция редуктора, в которой эти недостатки устранены  или степень их отрицательного влияния  снижена.

 

4. Недостатки. Зубчатое колесо установлено на ведомом валу посредством парных клиновых шпонок. Клиновые шпонки крайне редко используются для установки зубчатых колес на валах, поскольку создают в соединении радиальный натяг. Это может привести к смещению центра масс зубчатого колеса относительно оси вала, что ухудшит балансировку вала, и к повышению радиального биения зубчатого венца, тем более, что обод зубчатого колеса имеет небольшую толщину. Ухудшение балансировки повысит виброактивность редуктора и, как следствие, динамичность нагрузок и шум. Вал винта также установлен на клиновых шпонках, что отрицательно сказывается на его работе. Можно также отметить, что клиновые шпонки не имеет закладных головок, поэтому демонтаж соединения при необходимости ремонта затруднителен.

Предлагается. Установить зубчатое колесо, а также ступицу винта на эвольвентных шлицах предпочтительно с центрированием по наружному диаметру шлицев, т.к. такое центрирование технологически проще. Шлицевое соединение исключит радиальный натяг, упростит балансировку и, соответственно устранит отмеченные недостатки. Нарезание шлицев для обеспечения высокой точности соединения следует выполнять протягиванием. Если выполнение операций протягивания затруднительно в связи с отсутствием нужного типоразмера протяжек, как вариант можно предложить соединение тангенциальными шпонками, которые создают натяг не в радиальном, а в окружном направлении. Условия работы редуктора с применением тангенциальных шпонок несколько хуже, чем при шлицевом соединении, но лучше, чем с использованием клиновых шпонок.

5. Недостатки. Диаметр сопряжения зубчатого колеса с ведомым валом необоснованно завышен, что уменьшает отношение длины ступицы колеса к посадочному диаметру вала под колесом. В связи с увеличенным посадочным диаметром вала приходится увеличить также наружный диаметр дистанционной втулки, расположенной между торцом внутреннего кольца правого подшипника и правым торцом ступицы колеса. Соответственно, для изготовления вала и втулки требуется неоправданно большие диаметры заготовок, а следовательно, повышенный расход материала.

Предлагается. Уменьшить по возможности диаметр сопряжения колеса с валом, что приведет к увеличению отношения длины посадочного участка к его диаметру, улучшению центрирования колеса, уменьшению расхода материала. Кроме того, протяжки для нарезания шлицев меньшего диаметра менее дефицитны и имеют меньшую стоимость.

Предлагается также исключить  из конструкции переходную втулку, на которую посажен левый подшипник  ведомого вала, имеющую непонятное назначение. Установить дистанционную втулка между торцом внутреннего кольца левого подшипника ведущего вала и правым торцом ступицы полумуфты. С наружной поверхностью этой полумуфты будет контактировать рабочая кромка уплотнительной манжеты, поэтому наружная поверхность втулки, а также поверхность ведущего вала под манжетой необходимо полировать, а для предупреждения повреждений рабочих кромок манжет при сборке предусмотреть заходные плавные закругления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Расчет и  проектирование редуктора

2.2.1. Техническое  задание

Структурная схема редуктора приведена на рис.12

1

2

Рисунок 13.- Схема редуктора

Мощность на валу 2 винта Р₂=66,2 кВт.

Частота вращения вала двигателя

п₁=4800 об/мин.

Частота вращения вала винта

п₂=2100±20 об/мин.

Назначенный технический  ресурс L_h=36000 час.

 

 

2.2.2. Общая конструкция  редуктора

Ведущий вал редуктора  выполнен за одно с шестерней. Шестерня соединена с валом двигателя посредством упругой муфты. Для облегчения массы установки вал выполнен полым.

Редуктор одноступенчатый, цилиндрический, вертикальный. На ведомом  валу редуктора крепится ступица  винта самолета. Валы установлены  на подшипниках качения. Корпус редуктора  имеет плоскость разъема и  крепится на болтах.

 

2.2.3. Кинематический  расчет и определение моментов  на валах

Требуемое передаточное число  .

Угловая скорость ведущего вала .

Требуемая угловая скорость ведомого вала

.

Принимаем: КПД зубчатого  зацепления η_з=0,99; КПД пары подшипников качения η_п=0,995; КПД муфты η_м=0,98 [7].

Общий КПД привода  .

Требуемая мощность двигателя  .

Мощность на валу шестерни Р₁=Р_двη_м=68,96·0,98=67,58 кВт.

Мощность на колесе приближенно  равна мощности на валу винта.

Момент на валу шестерни .

Момент на колесе .

 

2.2.4. Выбор материалов  зубчатых колес

и определение допускаемых  напряжений

Принимаем материал шестерни сталь 30ХГСА, термообработка – закалка поверхностная с нагревом ТВЧ, охлаждение в масле, твердость поверхностей зубьев HRC₁=46, предел прочности σ_в1=1560 МПа, предел текучести σ_т1=1300 МПа, предел выносливости при симметричном цикле изгиба σ_–1=750 МПа. Предел выносливости при симметричном цикле кручения τ_–1=430 МПа ([9], с. 86).

Принимаем материал колеса сталь 45А, термообработка – закалка поверхностная с нагревом ТВЧ, охлаждение в масле, твердость поверхностей зубьев HRC₂=35, предел прочности σ_в2=900 МПа, предел текучести σ_т2=650 МПа, предел выносливости σ_–1=405 МПа ([9], с. 86).

Стали для шестерни и колеса приняты разных марок для снижения вероятности заедания зубьев.

Предел контактной выносливости материала шестерни при базовом  числе циклов нагружения σ_{Н lim b1}=17HRC+200=17·46+200=982 МПа.

Предел контактной выносливости материала колеса при базовом  числе циклов нагружения σ_{Н lim b2}=17HRC+200=17·35+200=795 МПа.

Число одинаковых зубчатых колес, одновременно зацепляющихся  с одноименными поверхностями зубьев шестерни γ_w1=1.

Число одинаковых зубчатых колес, одновременно зацепляющихся  с одноименными поверхностями зубьев колеса γ_w2=1.

Число циклов перемен напряжений для зубьев шестерни за весь срок службы N₁=60n₁L_hγ_w1=60·4800·36000·1=11368·10⁶.

Число циклов перемен напряжений для зубьев колеса за весь срок службы N₂=60n₂L_hγ_w2=60·2100·36000·1=4536·10⁶.

Базовое число циклов перемен  контактных напряжений для материала  шестерни с применением линейной интерполяции

([7], табл. 2.5).

Базовое число циклов перемен  контактных напряжений для материала  шестерни с применением линейной интерполяции

.

Так как N₁>N_H01, принимаем для зубьев шестерни коэффициент долговечности при расчете по контактным напряжениям K_HL1=1 ([7], стр. 39).

Так как N₂>N_H02, принимаем для зубьев колеса коэффициент долговечности при расчете по контактным напряжениям K_HL2=1 ([7], стр. 39).

Нормативный коэффициент  запаса прочности по контактным напряжениям  для материала шестерни [S_H]₁=1,2 ([8], табл. 2.3).

Нормативный коэффициент  запаса прочности по контактным напряжениям  для материала колеса [S_H]₂=1,2 ([8], табл. 2.3).

Допускаемые контактные напряжения для материала шестерни .

Допускаемые контактные напряжения для материала колеса

.

Расчетные допускаемые контактные напряжения

;

[σ_H]=1,18[σ_H]₂=1,23·662,5=814,9 МПа.

Принимаем в качестве расчетного допускаемого контактного напряжения принимаем меньшее из двух полученных значений, а именно [σ_H]=744,5 МПа.

Предел выносливости материала  шестерни при отнулевом цикле изгиба .

Предел выносливости материала  колеса при отнулевом цикле изгиба .

Нормативный коэффициент  запаса прочности на изгиб для  материала шестерни [S_F]₁=1,7.

Нормативный коэффициент  запаса прочности на изгиб для  материала колеса [S_F]₂=1,7.

Базовое число циклов перемены напряжений изгиба для материалов шестерни и колеса N_F01=N_F02=4·10⁶

Так как N₁>N_F01 и N₂>N_F02, принимаем коэффициенты долговечности при расчете на изгиб зубьев шестерни и колеса соответственно K_FL1=1 и K_FL2=1

Допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни

.

Допускаемые напряжения изгиба для зубьев колеса

.

2.2.5. Проектный  расчет по контактным напряжениям

Принимаем коэффициенты смещения для шестерни и колеса х₁=х₂=0.

Принимаем предварительно угол наклона зубьев β=12° Вспомогательный коэффициент при проектном расчете по контактным напряжениям K_a=43.

Принимаем коэффициент ширины колеса ψ_ba=0,32.

Относительная ширина зубчатого  венца

ψ_bd=ψ_ba(и+1)=0,32(2,286+1)=1,05.