[fortune-8]

Привет всем участникам форума!
Собсно, идея дерзкая - создание головки НВ в сборе для копии РУ вертолета на базе Trex700.

Задание: создание 3D модели в сборе, состоящей из системы взаимодействующих элементов, соединенных в единую систему
с воссозданием функциональности как предусмотрено оригинальной конструкцией. Исполнение в натуральную величину согласно выбранному масштабу.
Объект: втулка несущего винта вертолета Ми-8
Источник: эскиз
Масштаб: 1/10
ПО: AutoCAD 2019
Реализация готового изделия: фрезеровка, алюминий

Вырезка из теххарактеристики для описания:
Корпус втулки представляет собой литую деталь.
Корпус имеет пять (по количеству лопастей) широких проушин, лежащих в одной плоскости под углом 72 град. друг к другу.
Скоба представляет собой литую деталь коробчатого сечения с двумя парами взаимно-перпендикулярных площадок. Площадки-проушины предназначены для соединения скобы с корпусом втулки и с цапфой осевого шарнира.
Горизонтальный шарнир образован сочленением проушин корпуса втулки и вертикальными проушинами скобы. Предназначен для разгрузки комлевой части лопасти от переменного изгибающего момента путём обеспечения возможности колебаний лопасти в вертикальной плоскости.
Вертикальный шарнир образован сочленением горизонтальных проушин скобы и цапфы осевого шарнира. Служит для разгрузки комлевой части лопасти от переменных изгибающих моментов путём обеспечения возможности лопасти совершать колебания в плоскости вращения.
Цапфа осевого шарнира представляет собой поковку, состоящую из головки и хвостовика с резьбовым участком на конце. В головке имеется центральная расточка для монтажа подшипников вертикального шарнира. На хвостовике монтируются и затем стягиваются гайкой детали осевого шарнира.
В цилиндрической полости головной части цапфы монтируются два игольчатых подшипника, состоящие из наружных и внутренних обойм с набором игл. Наружные обоймы опираются на цапфу, внутренние - надеты на палец.
Осевой шарнир образован соединением цапфы и корпуса осевого шарнира. Осевой шарнир предназначен для обеспечения изменения углов установки лопастей.
Цапфа имеет хвостовик с резьбовым участком на конце. На хвостовике цапфы установлены и закреплены подшипники осевого шарнира. Упорный роликовый предназначен для восприятия центробежной силы и два шариковых радиальных – для восприятия, передающихся от лопасти, изгибающих моментов.

Приглашаю коллективный разум на обсуждение

[Fogel]

И в чём проблема?
Хотите сделать полный аналог или будут какие упрощения? Я бы сделал модель, распечатал и по выплавляемой модели залил на цетробежнике металл. Не, если есть нормальный координатно фрезаерный, то оно конечно...

[fortune-8]

Вектор центробежной нагрузки направлен по стрелке. Вся нагрузка передается на шипы: 3 - 2 - 1.
Собсно, первая сложность: проработка осевого шарнира.

На хвостовике должны находиться 2 вида подшипников: радиальный и упорный.

Проблема уже на этапе упрощения )) Делаем аналог с имеющимися деталями. 3D, ессно, распечатаем сначала, примерим все.
Нужно правильно рассчитать нагрузочные и функциональные размеры, не отобрать лишний объем с материала, где-то усилить, где-то убрать лишнее и понять выдержит ли вся эта конструкция.
Она должна удовлетворять 2 критическим требованиям: выдержать раскрутку до 2 тыс. оборотов и обладать необходимой прочностью с запасом, нести на себе груз лопасти, вес которой возрастет из-за центробежной силы.

[Fogel]

У меня интереса нет, у меня вертолётики поменьше и я им лопасти печатаю без всякой копийности. Думаю, если нет конкретных вопросов, то лучше идти в "поиск исполнителей", бо "за интерес" никакого итереса серьёзную штуку делать нет.
P.S. пять лопастей вместо двух пожалуй создадут другие силы, нужны ли будут штатные обороты?

[fortune-8]

Нагрузочный момент направлен как показано по стрелке и прилагается в 3 точках к шипам, обозначенным синим цветом

[Fogel]

Я знаю как это работает и видел её в натуре, просто мне это не надо

[fortune-8]

Начинаем обсуждение с реализации элементов осевого шарнира. Изначально сделан вот такой набросок и первая сложность появляется при ближайшем рассмотрении его конструкции...
Корпус разделен на 3 отдельные части, наворачивающиеся друг на друга при помощи резьбы (тут не указана еще). Сделано так для упрощения изготовления и сборки.
Как видим, нагрузка с комля лопасти передается на часть корпуса 3, далее тянущим усилием на 2, далее на 1. Корпус взаимодействует с основным валом/хвостовиком (ХВ) через подшипники. Передачу тягового усилия начинаем рассматривать с точки соприкосновения внутренней грани дна корпуса 1 с подшипником УП1 (удерживается стопорным кольцом). Следующая точка усилия - точка соприкосновения внутренней грани стенки корпуса 2 с подшипником УП2 (удерживается стопорным кольцом). Третья точка усилия - точка соприкосновения внешней грани корпуса 3 с подшипником УП3 (удерживается болтом под шестигранник).
Я их расположил таким образом, чтобы максимально распределить нагрузку: 3 упорных (УП) и 2 радиальных (РП). Чтобы все это дело не сорвало центробежной силой, надо как-то зафиксировать на валу ХВ, но не потерять функциональность, т.е. возможность вращения вдоль оси. Все эти пляски организованы для принятия нагрузки от веса лопасти, который в реальном масштабе при вращении может вырасти в 100 раз, если не ошибаюсь. Поправьте...

Изначально задумал расточить канавку в ХВ и заложил стопорное кольцо в качестве упора под упорный подшипник (указано зелеными стрелками).Предусмотрел последовательность сборки справа-налево:
- на вал ХВ надеваем часть корпуса №1
- в часть корпуса №1 закладываем подшипник УП1
- под подшипник УП1 закладываем на ХВ стопорное кольцо
- на хвостовик ХВ надеваем подшипник РП1
- надеваем часть корпуса №2, накручиваем на часть №1
- в часть корпуса №2 закладываем подшипник УП2
- под подшипник УП2 закладываем на ХВ стопорное кольцо
- на хвостовик ХВ надеваем подшипник РП2
- надеваем часть корпуса №3, накручиваем на часть №2
- на хвостовик ХВ надеваем подшипник УП3
- зажимаем подшипник РП3 болтом под шестигранник (не указан здесь)

РП1, РП2 должны обеспечить центровку по радиусу вращения, УП1, УП2, УП3 принимают осевую нагрузку все втроем, распределяя ее...
Звучит все логично, но теперь засомневался... как пишут, стопорное кольцо не предназначено для восприятия нагрузки, а только чтобы удержать узел от смещения. Оставить нагрузку на один (УП3) стремно, вся идея ломается. По-другому пока не придумал как закрепить УП2 и УП1 на ХВ...

[Fogel]

Для начала не забываем про "эффект масштаба" - квадрат к корню - усилия в разы меньше чем на настоящем. Не нужны _два_ упорных подшипника, при точностях изготовления и без компенсаторов, один работать едино не будет. Упорный и пару игольчатых и нормально.
Корпус по максиму упрощать, сделать из двух половин, верхней и нижней ракушки, вот как стянуть между собой "эстетично" тут подумать можно. Повторять в малейших деталях настоящий винт оно конечно можно, но он золотым выйдет.

[fortune-8]

Сообщение от Fogel Повторять в малейших деталях настоящий винт оно конечно можно, но он золотым выйдет.

каждая из деталей всех частей сборки будет разделяться на: 1. упрощенную под фрезеровку 2. декор под 3Dпечать. Сначала изготавливается "кость", на нее наклеивается напечатанный декор...

[RicoSand]

В рамках форума такую шляпу не спроектировать. Что бы тут ни напридумывали, какие бы конструктивные решения ни приняли, всё разобьется об бесконечный цикл стендовые испытания -> отказ до окончания срока службы -> доработка конструкции -> стендовые испытания -> .........

[Baylot]

Сообщение от fortune-8 выдержать раскрутку до 2 тыс. оборотов

Откуда такие обороты винта?

[Fogel]

Ну так-то да, пара тысяч оборотов это у квадрокоптера, а винт там много меньше, плюсом тут пять лопастей норовят ввести против двух исходных - подъёмная сила должна в пару раз возрасти, а соответственно обороты надо сбавить сменой редуктора главного...

[fortune-8]

Сообщение от Baylot Откуда такие обороты винта?

- это я предположил с предельным запасом прочности на разрушение. Основные рабочие обороты запланированы в пределах 900-1200 об./мин. Это все придется тестировать вживую. Но предел заложить тоже нужно...

Сообщение от Fogel при точностях изготовления и без компенсаторов, один работать едино не будет

тоже об этом подумал... Только выставить подшипники в ряд синхронно и распределить шайбочками равномерно, чтобы каждый принял на себя свою долю нагрузки будет той еще задачей... Поэтому думаю убрать хотя бы один, конструкция значительно упростится. Но сначала надо убедиться, что нагрузку они примут и выдержат без третьего. Да хотя бы и один оставить, как предлагалось. Негоже такие дела "на глаз" проектировать
Заморочился расчетом, но поскольку в этом деле полный дуб, прошу помощи у зала... Есть кто-нибудь, кто может направить или посоветовать что-то?

Сообщение от Fogel обороты надо сбавить сменой редуктора главного

да, это предусмотрено механикой Trex700. Еще придется подходящий мотор подобрать...

[fortune-8]

Сложность представляет то, что упорные подшипники работают в условиях не "сжатия", а "отрыва", что усложняет подход к их посадке.
Вместо стопорного кольца присматриваюсь к такому варианту фиксации на валу хвостовика. Отбирает по 0,5мм с каждой стороны для проточки канавки против 0,3 для кольца, но выглядит куда надежнее...

[Fogel]

Стопорные кольца они понадёжнее будут
Начинать стоит с простого: обороты дадут нам силу осевую. Далее предположим что вся мощность тратится именно на преодоление сопротивление воздуха лопастью, отсюда возникнут силы изгибающие. Далее начинаем смотреть каталоги на подшипники и выясняем что радиально-упорный шариковый в паре с игольчатым вполне себе эти нагрузки понесёт (если что, даже обычный радиальный шариковый способен до 10% от заявленой радиальной силы взять на осевое направление). Тут модель и из-за масштаба силы будут в разы меньше чем на реальном аппарате и ей не нужно полное повторение оригинала. Взгляните на модели автомобилей радиоуправляемых: нет там всей начинки втулки колеса, местами вообще на проволоке без подшипников крутится, но ведь едет!

[fortune-8]

Еще раз оценил эскиз

Сообщение от fortune-8 Корпус разделен на 3 отдельные части

...

Плюсы:
- 3 упорных подшипника гарантированно выдерживающие срывающую нагрузку
- удобно разнесенные друг от друга радиальные подшипники, что снимает изгибающие напряжения
- компактная конструкция

Недостатки:
- невозможно "вручную" компенсировать все упорные подшипники так, чтобы нагрузка распределилась равномерно
- неоднозначный и вызывающий сомнения способ крепления на хвостовике (шайба, полувтулка???)
- 3 составные части корпуса, что ослабляет конструкцию в местах соединения через резьбу
- сложность расточки всех "ступенек" на станке

В общем, принято решение упростить конструкцию. В результате апгрейда
Корпус разделяется на 2 части: "стакан" и "крышку" (К1, К2), образующих единое целое методом накрутки "крышки в стакан" резьбовым соединением.
Применяется один упорный подшипник (УП1) и два радиальных (РП1, РП2) шариковых вместо роликов как применялось ранее. Изгибающей нагрузкой на них пока пренебрегаем, поэтому меняем на шариковые.
Идея остается той же: "стакан" насаживается на радиальный подшипник (РП1), с ним помещается на вал хвостовика. Внутренней гранью днища в процессе работы давит на упорный подшипник (УП1), им удерживается от смещения "на срыв". Упорный подшипник удерживается на валу гайкой М8, принимающей на себя весь центробежный вес. Для фиксации гайки в области на валу указанной зеленым цветом нарезается резьба. Далее гайка "контрится" внутренней обоймой радиального подшипника (РП2), которая в свою очередь фиксируется через шайбу головкой болта М3, вкрученного в центровое отверстие вала хвостовика. Все это дело закрывается "крышкой", разрывная нагрузка с которой тащит за собой весь пакет.

Итак, версия #2:

Плюсы:
- вес распределяется и удерживается по поверхности вала за счет площади резьбы гайки, сама гайка дополнительно контрится упорным болтом, что сильно затрудняет ее проворот
- конструкция упрощена для беспроблемного изготовления на токарном станке (не нужен фрезер для "стакана")
- отсутствие люфтов, при необходимости продольной центровки подставляются тонкие шайбы 0.1 мм. (указаны красными частями)

Недостатки:
- увеличился радиус "стакана" в ущерб пропорциям за счет применения шариковых подшипников и увеличения толщины стенки в районе резьбового соединения со "крышкой"
- остается актуальным вопрос гайки "на срыв" резьбы, необходимо удостовериться, что выдержит
- остается актуальным вопрос упорного подшипника на нагрузку, он теперь один, не рассыпался бы
- радиальный подшипник РП2 внутренней обоймой теперь "сидит" на резьбе, что не айс...

Резьба на чертежах не показана, просьба не пинать )))
Принимается конструктивная критика...