Самолёт ULF-2

[Pisman]

Эврика! (что означает - нашёл!) Нашёл причину повышенных вибраций в Ульфе! Оказался конструктивный дефект: аксиально ненагруженный упорный подшипник в редукторе (см чертёж шкива, пропеллер прикрепляется слева). С виду кажется, что оба подшипника нагружены аксиально, но оказывается, что левый нагружен только радиально. Отсюда повышенный люфт, вибрации, а теперь уже и износ шкива, его придётся делать новый. 

коллега мне нравится ваш самолет и как вы летает на нем и позвольте мне высказаться как специалисту по редукторам и карбюраторам.

1. непонятно по чертежу- фланец винта отдельная деталь? а как она зацентрована относительно самого шкива? по болтам- недостаточно. обязательно должен быть- или с самим шкивом или по подшипнику.
2. подшипники должны устанавливаться в шкив на прессовой- за счет нагрева- посадке.  обязательно. так же- если делается ресурсный редуктор- обязательна осевая затяжка как по внешней обойме- за счет сжатия между собой двумя деталями шкива- и по внутренней- большой гайкой на оси.
3. что бы реализовать такую конструкцию расстояние между внутренней и внешней обоймой должно быть выдержано с прецензионной точностью- те обе втулки нужно выполнять абсолютно одинаковыми, либо применять многорядную установку подшипников - 3-4 одинаковых подшипника установленных вплотную. либо применение одного автомобильного ступичного подшипника.
убегаю, допишу позже...

 

[Pisman]

Дальше. это все имеет значение если ваша версия о причинах вибрации верна.
это не обязательно- при такой схеме  нагружения- когда нагрузка вращается вместе со шкивом- разбивание шкива может происходить и без вибрации- просто от натяжки ремня. на парамоторах с таким же безалаберным редуктором- таких случаев- вплотную к 100%. даже на ухоженных аппаратах.

далее. где то в середине темы написано про проблемы с карбюратором. про то что не удается его настроить. для меня это важный симптом.
насколько я помню карбюратор у вас поплавковый? если я не прав дальнейшее можете прочитать по диагонали.
я много раз сталкивался с проблемой когда вроде бы простейший карбюратор- и все исправно- а работает не стабильно и настраивается. и никакие доработки топливной системы не помогали. теперь я точно знаю что дело вообще не в топливной системе а исключительно в вибрации вызванной жесткой работой двигателя. поэтому шкив вы конечно исправьте- но основной источник проблем ищите не там- а в самом моторе.
карбюратору тоже необходимо помочь- обязательно закрепить его через резиновый переходник- это обязательно но не достаточно. кстати эффект легко проверить- жестко закрепите к карбюратору прозрачную пластиковую емкость до половины наполненную бензином- я использую 20кб шприц. и посмотрите на работающем моторе что в нем происходит- должно быть что похожее на стабильный слой бензина. если нет- то представьте что все тоже самое происходит и внутри карбюратора.

теперь о вибрации двигателя. у вас двухцилиндровый четырехтактник. одна вспышка на оборот. это мало- это то же самое что одноцилиндровые 2т с которыми я намаялся. 2т начинают нормально работать только когда у них появляется второй цилиндр. и в отношении 4т- мое имхо- что должно быть не менее 4х цилиндров.
но это отвлечение. под ваш самолет таких моторов нет. что можно сделать с вашим? я думаю кое что можно. насколько я понимаю ваш мотор- в свое основе, довольно старинный и тихоходный и совсем не авиационный. у таких моторов крутящий момент очень сильно опущен вниз- совсем не так как нужно для авиационного мотора. в результате на полетных оборотах газообмен двигателя "затыкается" и двигатель начинает воевать сам с собой- напрасно расходуя энергию и вызывая жесткую работу.
мой совет в этом случае- сделать все возможное что бы мотору легче дышалось на больших оборотах. все это описано в книжках по тюнингу и можно не повторятся- начать с зачистки и расширения впускного и выпускного коллектора, совмещения каналов между коллекторами с головками- и далее по нарастающей в пределах технических и экономических возможностей- широкие распредвалы, клапана большего диаметра- итд.
разумеется мощность мотора при этом увеличится- но этого не бойтесь- мотор будет работать мягче и надежнее.

Но я прошу не путать и ни в коем случае не приветствую увеличения мощности таких моторов за счет увеличения степени сжатия или установки более переднего зажигания- такие изменения в моторе как раз способствуют более жесткой работе.

 

[ikono]

Pisman, спасибо за развёрнутый анализ выявленных недостатков. Большинство из них адресовано конструктору самолёта, а не мне. Вы знаете, что такое бюрократия. Человек следит за тем, чтобы я всё точно сделал по чертежам, а не следуя собственной логике. Только в случаях, когда в чертежах явная чушь, как в этом, можно что-то доказать и отстоять право на отсебятину, что мне сейчас и предстоит. И эта практика связана с 30-летним опытом в Германии воплощения фантазий строителей и чем всё это потом заканчивалось. Всё-таки учтите, что 300 часов для редуктора это немало, я успел много где побывать. Поэтому исправлять буду только очевидные ляпы.
1. Да, отдельная деталь, и да, незацентрована никак. Более того, пропеллер относительно нее тоже никак не зацентрован. C'est la vie. Основная причина вибраций была не в этом, проверено. Хотя при совсем неудачной сборке вибраций таки чуть прибавлялось.
2. Подшипники изначально ставились на взрослом прессе. Ввиду конструктивных недочётов это никак не повлияло на результат. Непонятно, зачем нужна осевая затяжка обойм, особенно если расстояние между ними не совпадёт со втулками. В одном из вариантов редуктора я встречал затяжную резьбу на оси. Это неплохой вариант, но так сегодня не делают. У вас был в юности велосипед Минск? Помните подшипник каретки, недозажмёшь - болтается, перетянешь - шарики жуёт. Нет желания эту радость ставить на самолёт, да и велосипеды так уже давно не делают. Никаких затяжек шарикоподшипников больше нет, есть вал с одним жёстким и одним плавающим подшипниками. Хороший обзор производителя подшипников есть здесь: http://www.skf.com/de/products/bearings-units-housings/roller-bearings/principles/design-considerations/bearing-systems/locating-non-locating-systems/index.html
3. при правильной современной конструкции необязательно. 

 

[ikono]

Далее, по двигателю. Если разбивают вибрации ремня, то категорически непонятно, почему они разбивают только один подшипник.

Карбюратор. Двигатель работает стабильно, смягчения работы при вытягивании подсоса не наблюдается. Смесь выставлена по лямбда-зонду, зажигание - по стробоскопу. Причин жесткой работы здесь быть не должно.

Тюнинг мотора, особенно глубокий - дело обоюдоострое. Этот мотор славится своей надёжностью и дает достаточно мощности, так что заниматься тюнингом нет желания. Авиация учит консерватизму  😉

Здесь налицо явный конструктивный дефект, после устранения которого могут исчезнуть все проблемы. До тех пор обсуждение прочего (карбюратора, двигателя) я отложу. Есть, правда, одно пожелание. Опора шкива и пропеллера по тяге на 2мм выступ кажется делом рискованным, см. фото старого шкива. Еще чуть-чуть - и пропеллер бы улетел. В новом варианте я собираюсь передвинуть опорный подшипник вперед, а плавающий сделать сзади. Может быть добавлю центровку проставки под винт.

 

[Lapshin]

Непонятно, зачем нужна осевая затяжка обойм, особенно если расстояние между ними не совпадёт со втулками. В одном из вариантов редуктора я встречал затяжную резьбу на оси. Это неплохой вариант, но так сегодня не делают. У вас был в юности велосипед Минск? Помните подшипник каретки, недозажмёшь - болтается, перетянешь - шарики жуёт. 

На чертеже нарисованы радиально-упорные подшипники, которые, в отличие от радиальных, ВСЕГДА должны работать в затянутом состоянии - иначе, без упора, шарики у них бегают как попало.
Кроме того, на чертеже заметил действительно, явную чушь: при установке пары радиально-упорных подшипников ставят их друг относительно друга так, чтобы направление силы от затяжки было так, как на рисунке - тогда эффективное расстояние между подшипниками, как бы, равно расстоянию на оси между точками прохождения через нее вектора силы; в противном случае, это расстояние меньше реального и если диаметр, на котором расположены шарики равен межподшипниковому расстоянию, то такая система работает, как один подшипник - момент силы в плоскости оси брать просто нечем. А нарисовано именно так. Если бы стояли простые радиальные подшипники - ничего этого не потребовалось бы: радиальный подшипник берет нагрузку вдоль оси от половины до 70% от радиальной нагрузки. И зажимать, в этом случае, надо было лишь один из подшипников; второй же подшипник должен иметь свободу перемещения вдоль вала.

 

[ikono]

Господин Лапшин, рад приветствовать! Везде, где я читал, было написано, что технику надо конструировать так, чтобы радиальные подшипники не нагружались предумышленно аксиально. Думаю что это еще и вопрос их ресурса. Но два моих знакомых, как выяснилось, уже поставили радиальные подшипники и пока не знают проблем. Они летают не так активно как я, 40 часов пока. Другие сделали по-тихому затяжку болтом как на рисунке и отмечают со временем ослабевающее натяжение опорно-радиальных подшипников. А что делается при разогреве под капотом - вообще никто не знает. Так что вариант с опорно-радиальными подшипниками не без изъяна. Правильно думать в сторону фиксированного + свободного вдоль оси подшипников. Я хотел сделать фиксированный опорно-радиальным, а свободный - радиальным, но народ пишет что опорно - радиальные ставятся парами, как показано у г. Лапшина, с затяжкой зазора. Учитывая, правда, тягу винта, затяжку можно и не делать. А что если будет на малых оборотах обратная осевая нагрузка, например, при вибрациях? Вот дилемма: и радиальный фиксированный подшипник ставить не хочется, и опорно-радиальный напару со свободным ставить страшно.

 

[KAA]

Везде, где я читал, было написано, что технику надо конструировать так, чтобы радиальные подшипники не нагружались предумышленно аксиально

и радиальный фиксированный подшипник ставить не хочется,

И совершенно напрасно! То, что тут вам поведал @ Lapshin об несущей способности радиальных шарикоподшипников, в точности было написано и в советских учебниках по Деталям машин.
И в принципе, вычислив радиальную нагрузку от крутящего момента на шкиве и среднюю тягу в полёте, по этим учебникам вы можете примерно посчитать ресурс конкретного радиального шарикоподшипника в шкиве. Если сомневаетесь. Полагаю, вам, с вашими знаниями и дотошностью это не составит большой проблемы! 🙂

 

[Pisman]

Это неплохой вариант, но так сегодня не делают.

давайте как в анекдоте заключим договор. я не учу вас летать, а вы не учите меня делать редуктора. моя фирма произвела их несколько сотен и что и как делается сейчас и какие тенденции- я знаю изнутри.
а то что ваша установка налетала достаточно много- говорит мне о том что ваш мотор работает относительно мягко, то с чем я имею дело при таком исполнении редуктора высыпалось бы в хлам через 30 часов а не через 300. но это очевидно не значит что ваша установка безгрешна и идеальна. я вам укажу на то что в ней можно сделать лучше- а вы уже сами решайте.

что и как делать с бюрократией- я этого не знаю. но раз вы пишите что очевидные усовершенствования можно продавить- то я предполагаю что ваше упорство другого рода.

еще раз- центровочные бурты я бы сделал и по шкивы и по пропеллеру и пусть инспектор плюнет вам в глаза если от этого станет хуже.
выложенную вами ссылку на SKF рекомендации вы похоже не читали или читали по диагонали. иначе бы ряда вопросов в этой теме не прозвучало

Далее, по двигателю. Если разбивают вибрации ремня, то категорически непонятно, почему они разбивают только один подшипник.

не вибрация ремня- а прочитайте в этой мурзилке про нагрузку вращающуюся относительно внешней обоймы и соответствующую посадку. так же прочитайте в этой мурзилке что увеличивающие коэфиценты при расчете подшипников работающих в ДВС выделены в самый жесткий раздел и ненормированы- и должны приниматься по опыту эксплуатации.

и почему я спросил про посадку- на чертеже я смог разглядеть натяг в 2десятки(!!!) при посадке внутренней обоймы подшипника на ось- правда тонкостенную трубчатую (вот уж оригинальная конструкция), но не увидел посадки по внешней обойме- указан круглый размер без допуска. если не затруднит- скажите какой натяг вы планируете сделать в этом месте?

то категорически непонятно, почему они разбивают только один подшипник.

потому что складывается две неблагоприятных силы. так всегда бывает. я таких редукторов таки много видел...

 

[Pisman]

Везде, где я читал, было написано, что технику надо конструировать так, чтобы радиальные подшипники не нагружались предумышленно аксиально. Думаю что это еще и вопрос их ресурса. Но два моих знакомых, как выяснилось, уже поставили радиальные подшипники и пока не знают проблем. Они летают не так активно как я, 40 часов пока. Другие сделали по-тихому затяжку болтом как на рисунке и отмечают со временем ослабевающее натяжение опорно-радиальных подшипников. А что делается при разогреве под капотом - вообще никто не знает. Так что вариант с опорно-радиальными подшипниками не без изъяна. Правильно думать в сторону фиксированного + свободного вдоль оси подшипников. Я хотел сделать фиксированный опорно-радиальным, а свободный - радиальным, но народ пишет что опорно - радиальные ставятся парами, как показано у г. Лапшина, с затяжкой зазора. Учитывая, правда, тягу винта, затяжку можно и не делать. А что если будет на малых оборотах обратная осевая нагрузка, например, при вибрациях? Вот дилемма: и радиальный фиксированный подшипник ставить не хочется, и опорно-радиальный напару со свободным ставить страшно.

прочитайте все таки что я написал ранее.
во первых при ваших значениях осевой нагрузки осевое усилие абсолютно не значительно для подшипников вашего номинала и можно ставить обычные радиальные шариковые подшипники- их хватит с огромным запасом. а что бы не разбивало сам шкив- поставьте в проблемном месте 2 рядом- площадь контакта увеличится в двое.
осевая затяжка нужна для того что бы натяг сохранялся при всех деформациях и нагревах- которые вас так пугают.

вот еще такой момент- вы пишите что подшипники ставились в шкив прессом- я так понял из контекста вашего ответа- что по внешней обойме- хотя еще раз повторю что на вашем чертеже натяга в этом соединении не видно. а натяг нарисован по оси и распорная втулка там же. при такой конструкции значительная часть усилия запрессовки (как вы пишите серьезным прессом)- передается через шарики. особенно при ее окончании- когда внутренняя обойма упирается во втулку- а внешняя- не во что.

в общем конструкция редуктора в целом бредовая.
но превратить ее в нормальную реально и снаружи- для инспектора ничего не будет видно. подумайте над моими рекомендациями. что такое 300 часов когда можно 3000?

 

[Pisman]

Тюнинг мотора, особенно глубокий - дело обоюдоострое. Этот мотор славится своей надёжностью и дает достаточно мощности, так что заниматься тюнингом нет желания. Авиация учит консерватизму 

я постарался описать свои пожелания с больщим количеством букф- упирая на нюансы. ваш мотор не плох, но явно не авиационный. его не надо тюнинговать в смысле форсировать- ему надо помочь работать на авиационных режимах. помогите ему "крутится". как минимум "вылижите каналы коллекторов и головок.

и про установку карбюратора. даже на 4х цилиндровых 912х карбюраторы стоят на резинках. вы мне не ответили- у вас на резинке или нет? настоятельно рекомендую сделать так и попробовать мой тест с прозрачным стаканчиком.

 

[ikono]

Pisman, карбюратор стоит без резинки. Продолжайте писать в том же духе, читается интересно, хотя я не со всем согласен, но обсуждать в таком тоне мне лень. Пока что я передвинул фиксированный подшипник вперед, только найду место где выточить и посмотрим что из этого получится. Я окончательно решился в пользу радиальных подшипников, спасибо всем высказавшимся. Два радиальных подшипника уже прибыли.

 

[Lapshin]

Я окончательно решился в пользу радиальных подшипников, спасибо всем высказавшимся

Ну вот и чудесненько.

 

[Pisman]

Pisman, карбюратор стоит без резинки. Продолжайте писать в том же духе, читается интересно, хотя я не со всем согласен, но обсуждать в таком тоне мне лень. 

я в таких случаях говорю что меня не надо любить. у меня нало покупать ;D.
Удачи!
и если ваша лень ограничена только букфописанием- когда будет возможность выложите фото силовой установки. меня интересует весь впуск- от фильтра до головок, выпуск, амортизация двигателя.

 

[ikono]

Сегодня, наконец, испытывал мотор после ремонта редуктора и совершенствования много чего другого. Усовершентсвовал вибродемпферы двигателя, потому что прежние плющились и трескались при этих нагрузках и температурах. Правда, новые более жёсткие. Отбалансирован маховик, исправлена крышка маслонасоса. Был выточен и установлен новый большой шкив редуктора, в который запрессованы радиальные подшипники. Pisman спрашивал про натяг - допуск N7. Пропеллер теперь не болтается в люфтах ну совсем - стоит жёстко.

В результате радикально изменился характер вибраций. Раньше был приятный минимум вибраций при 2000 мин-1 , очень удобно для прогрева двигателя. Теперь его больше нет, а вибрации, чуть уменьшившись при 800 мин-1, продолжаются без изменений до 3000. Дальше идёт резкий спад и на номинале вибраций стало вроде меньше, чем было до модификации. Надо проверить в полёте, потому что в городе гонять мотор на максимале гуманно только пару секунд.

Случайно при сборке редуктора забыл затянуть болты натяжки ремня, что привело к интересному результату. Вибраций сначала было мало в диапазоне 800-3000 мин-1. После натяжения ремня постигло в этом диапазоне разочарование. Таким образом, природа этих колебаний крутильная из-за неравномерности момента, а радиальный разбаланс совсем не при чём.

 

[мир]

Игорь  меняй  мотор.

 

[Over all]

Игорь  меняй  мотор.

На что его менять?И главное зачем?

 

[Atas]

А маховик на моторе присутствует ?

 

[ikono]

Ульф с этим мотором - замечательный самолёт. Но я, как всегда, хочу чтобы всё было идеально, а идеально не бывает. Поэтому может показаться что я жалуюсь. Другие пилоты воспринимают свой самолёт как данность, а я всё пытаюсь что-то улучшить 🙂

Маховик по проекту есть, облегчённый.

 

[Lapshin]

Сегодня, наконец, испытывал мотор после ремонта редуктора и совершенствования много чего другого. Усовершентсвовал вибродемпферы двигателя, потому что прежние плющились и трескались при этих нагрузках и температурах. Правда, новые более жёсткие. Отбалансирован маховик, исправлена крышка маслонасоса. Был выточен и установлен новый большой шкив редуктора, в который запрессованы радиальные подшипники. Pisman спрашивал про натяг - допуск N7. Пропеллер теперь не болтается в люфтах ну совсем - стоит жёстко.

В результате радикально изменился характер вибраций. Раньше был приятный минимум вибраций при 2000 мин-1 , очень удобно для прогрева двигателя. Теперь его больше нет, а вибрации, чуть уменьшившись при 800 мин-1, продолжаются без изменений до 3000. Дальше идёт резкий спад и на номинале вибраций стало вроде меньше, чем было до модификации. Надо проверить в полёте, потому что в городе гонять мотор на максимале гуманно только пару секунд.

Случайно при сборке редуктора забыл затянуть болты натяжки ремня, что привело к интересному результату. Вибраций сначала было мало в диапазоне 800-3000 мин-1. После натяжения ремня постигло в этом диапазоне разочарование. Таким образом, природа этих колебаний крутильная из-за неравномерности момента, а радиальный разбаланс совсем не при чём.

Когда делаешь одновременно несколько доработок, всегда есть риск запутаться в причинноследственных связях полученного результата с тем, или иным внесенным изменением.
Так, здесь, одновременно изменив редуктор и амортизаторы двигателя, сразу изменили и балансировку системы "винт-двигатель" - и амплитудночастотную характеристику этой системы с бОльшей собственной частотой.
Естественно, улучшенная балансировка влияет однозначно положительно и, следовательно, надо подобрать жесткость амортизаторов для изменения собственной частоты, возможно, жесткости разных амортизаторов должны отличаться, чтобы сбить частоту.

 

[ikono]

Когда делаешь одновременно несколько доработок, всегда есть риск запутаться в причинноследственных связях полученного результата с тем, или иным внесенным изменением.

Проблема в том, что для испытания нужно навешивать двигатель и присоединять все коммуникации. Просто чтобы попробовать есть ли вибрации и снова снять - займёт дня три. Поэтому придётся заниматься дедукцией 🙂

возможно, жесткости разных амортизаторов должны отличаться, чтобы сбить частоту. 

Не думаю, что это необходимо. Если при какой-то моде колебаний жёсткости амортизаторов просто складываются, то асимметрия не скажется никак. Если же есть два связанных вида колебаний, то даже при одинаковой жёсткости получатся две разные резонансные частоты, которые будут тем больше друг от друга отличаться, чем сильнее связь.