Проработка конструкции муфты свободного хода вертолёта Ми-28

Муфта свободного хода (МСХ), или обгонная муфта — передаточный механизм, ведущее и ведомое звенья которого, могут автоматически соединяться и разъединяться в зависимости от их относительного движения. Основное назначение МСХ на вертолёте — автоматическое отсоединение отказавшего двигателя от редуктора и обеспечение безопасности полёта на авторотации или с одним работающим двигателем.

МСХ является необходимым элементом в кинематической цепи передачи мощности от двигателя к валу несущего винта, с возможностью разрыва этой цепи в процессе полёта. Конструкция МСХ позволяет исключить двигатель в случае выхода его из строя и обеспечивает авторотацию вертолёта.

Проектируемая муфта свободного хода относится к нереверсивным роликовым фрикционным механизмам одностороннего действия с внутренней звёздочкой и одиночным расположением цилиндрических роликов.

Требования, предъявляемые к МСХ.

При выборе геометрии главных элементов МСХ следует руководствоваться соображениями кинематического, динамического, технологического и эксплуатационного характера.

1.Соображения кинематического характера сводятся к требованию, чтобы основные звенья могли быть построены простыми геометрическими приёмами, а геометрические параметры этих звеньев обеспечивали необходимый угол заклинивания.

2.Соображения динамического характера состоят, в основном, из следующих требований:

а) Равномерное распределение нагрузки между роликами.

б) Наибольшей прочности и жёсткости основных звеньев механизма.

в) Минимального износа наиболее нагруженных элементов.

3.Требования технологического характера определяются тем, чтобы звенья механизма могли быть изготовлены современными высокопроизводительными методами. Наиболее трудоёмкой деталью в изготовлении МСХ с единичным расположением роликов является звёздочка и, прежде всего, её рабочие (контактные) поверхности. Особые трудности представляет точная обработка закалённой рабочей поверхности наружной звёздочки, которая достигается шлифованием с помощью малого абразивного круга или посредством притирочного шлифования. Гораздо проще производится окончательная обработка рабочих поверхностей внутренней звёздочки, которую можно выполнять на плоско шлифовальных или затыловочных станках обычными технологическими приёмами. Благодаря простоте изготовления внутренней звёздочки, механизмы с такой звёздочкой получили наибольшее распространение в современных машинах и механизмах.

4.Требования эксплуатационного характера:

а) Обеспечение надёжности и долговечности механизма.

б) Безударность и бесшумность его работы.

в) Легкость монтажа и демонтажа механизма.

г) Простота ремонта.

д) Обеспечение взаимозаменяемости.

Достоинства роликовых муфт.

1. Способность передавать большие нагрузки при относительно малых габаритных размерах.

2. Высокие относительные скорости звеньев и небольшие моменты от сил трения в период свободного хода.

3. Заклинивание с минимальным углом относительного поворота звеньев, лёгкость расклинивания.

4. Технологичность.

5. Простота эксплуатации и ремонта.

Описание и характеристики узла

Описание прототипа.

Прототипом является МСХ вертолёта МИ-28Н.

МСХ прототипа выполнена в виде отдельного узла, имеет собственный корпус, крепление, уплотнительные элементы, включена в общую систему смазки главного редуктора. Рассматриваемая муфта свободного хода относится к нереверсивным роликовым фрикционным механизмам одностороннего действия с внутренней звёздочкой и одиночным расположением цилиндрических роликов. Основными конструктивными элементами МСХ являются: звёздочка, ролики, обойма, корпус, система уплотнения, фланец привода.

Корпус.

Корпус МСХ образован фланцевым винтовым соединением корпуса и склепанных вместе дефлектора и форсунки. Дефлектор образует спокойную зону в месте вращения обоймы (и, как следствие, улучшение эвакуации масла из этой зоны, обеспечивая его циркуляцию, что благотворно влияет на температуру масла. Форсунка обеспечивает подачу масла под давлением к шариковым подшипникам вала звёздочки. К корпусу крепятся фланец системы уплотнения узла, запрессовываются стаканы под подшипники.

Система уплотнения.

Уплотнение состоит из системы: обойма, 3 разрезных чугунных уплотнительных кольца, фланец, маслоотражатель.

Фланец привода.

Крепится к пластинчатой муфте соединительного вала. Передаёт мощность на вал звёздочки с помощью эвольвентных шлицев.

Звёздочка. Ролики. Обойма.

Эти элементы являются основными рабочими элементами МСХ. Звёздочка представляет собой вал с особыми профилированными площадками. Опирается на 3 подшипника качения: 2 шариковых и 1 роликовый. Шариковые подшипники — с четырёхточечным контактом, внутренние обоймы шарикоподшипников садятся на вал звёздочки с натягом, внешние устанавливаются в стаканы по переходной посадке. Стакан запрессовывается в корпус с натягом, в обойму — с зазором. Люфты в осевом направлении выбираются с помощью специального прижима, состоящего из кольца, штырей и прижимных пружин. Роликовые подшипники не имеют внутренней обоймы, что позволяет сэкономить массу, и фиксируются в осевом направлении с помощью стопорного кольца.

Обойма представляет собой вал, со шлицами получающий мощность от звёздочки и передающий мощность далее через шлицевую муфту на коническую ступень входного редуктора. Кроме того, обойма является корпусом для стакана одного из шарикоподшипников. Ролики являются телом, посредством заклинения которого мощность со звёздочки передаётся на обойму. Ролики подбираются для каждой из площадок отдельно с разницей по длине не более 0,01 мм. Прижимное устройство — групповое. Сепаратор, допускающий значительно большие скорости относительного движения звеньев в период свободного хода, чем индивидуальные прижимы, позволяет разместить большое количество роликов. С помощью специальных поддавливающих пружин и конструкции сепаратора он постоянно упирается в ролики и отводит их в положение предшествующее заклинению. Также сепаратор позволяет разделять ролики на площадках друг от друга и на одинаковом расстоянии. В осевом направлении ролики удерживаются с помощью специальных щёк, поддавливаемых 9-ю пружинами. Опирающиеся на упоры пружины прижимают сепаратор к роликам и перекатывают их к плоским площадкам заклинения. Этим выполняются требования безударного и бесшумного включения, равномерного нагружения и износа тел качения — роликов. Стопорение деталей на валу звёздочки выполняется с помощью стопорных гаек и пластин.

Работа муфты свободного хода.

Полный цикл движения звеньев МСХ включает 4 периода:

1. Свободный ход.

2. Заклинивание.

3. Заклиненное состояние.

4. Расклинивание.

Свободный ход.

Под периодом свободного хода МСХ понимают время движения механизма, в течение которого ведомое звено (обойма) движется с большей угловой скоростью, чем ведущее. При этом ролики расклинены и под действием сил трения в контакте с обоймой вращаются в окнах сепаратора. Свободный ход продолжается с момента окончания процесса расклинивания МСХ до момента начала периода заклинивания.

Заклинивание и заклиненное состояние.

Под заклиниванием МСХ понимают процесс перекатывания роликов в сужающуюся часть клинового пространства между звёздочкой и обоймой в результате действия сил трения в контакте, вызванных перемещением ведущего звена относительно ведомого в направлении передачи крутящего момента. Этот процесс характеризуется ростом сил нормального давления и сил трения сцепления между обоймой и звёздочкой, потерей энергии на разрыв масляной плёнки и накоплением потенциальной энергии деформации. Процессу заклинивания предшествует момент, соответствующий окончанию периода свободного хода, когда угловые скорости обоймы и звёздочки становятся равными. Заклинивание начинается когда угловая скорость звёздочки становится больше угловой скорости обоймы и заканчивается заклиненным состоянием, когда их скорости равны.

Расклинивание.

Период расклинивания МСХ характеризуется уменьшением передаваемого муфтой крутящего момента от значения, соответствующего заклиненному состоянию, до нуля. По мере уменьшения крутящего момента основные звенья освобождаются от деформаций. Под действием сил упругости происходит перемещение ролика в более широкую и цилиндрическую часть клинового пространства. Одновременно с этим ведущее и ведомое звенья поворачиваются относительно друг друга.

Описание проектируемой муфты свободного хода.

Проектируемая МСХ отличается от прототипа увеличением передаваемой мощности в 1,5 раза. При этом конструктивно изменятся геометрия основных элементов, участвующих в заклинении (звёздочка, обойма), а следовательно и непередающие нагрузку элементы конструкции.

По заданию на выполнение расчёта следующие элементы оставлены без изменений: ролики (диаметр), прижимные пружины (диаметр сечения), винты крепления фланца к корпусу. Также прежним оставлено число оборотов главного вала и угол заклинивания роликов.

Методика расчёта

Согласно рекомендации отдела МВЗ имени М. Л. Миля, выдавшего исходный прототип, расчёт произведён приближённо. Взяв за основу главные расчётные параметры МСХ вертолёта Ми-28Н и аналогичной муфты лёгкого многоцелевого вертолёта Ансат, разработанного конструкторским бюро ОАО «Казанский вертолётный завод», пропорционально можно найти количество роликов проектируемой МСХ.

Имеем:

муфта свободный ход узел

Расчётная мощность, передаваемая проектируемой МСХ:

Определение требуемого количества роликов.

Принимая, что между количеством роликов и мощностью двигателя линейная зависимость, получим по уравнению прямой:

y=25,6

Принимаем количество роликов у=26.

Определение геометрии обоймы и звёздочки.

Расстояние от оси звёздочки до осей роликов на прототипе R=48мм.

Угол между роликами б1=18°.

Длина окружности, касательной к осям роликов:

l=2рR=301,6 мм К исходному количеству роликов необходимо добавить 6. Длина дуги, приходящейся на эти 6 роликов

Получаем l6=90,5 мм.

Длина новой окружности l1=2рR1=l+ l6=392 мм.

Новый радиус R1=62,4 мм.

Угол между роликами станет б1=13,85°.

Внутренний диаметр обоймы получится d1=2R1+2?½dрол=125+12=137 мм.

Диаметр обоймы прототипа d=110 мм.

Найдём отношение этих диаметров, определив таким образом масштабный коэффициент от прототипа к проектируемой МСХ.

К=137/110=1,24 545

Все оставшиеся размеры получаются умножением исходных на К.

Ближайший стандартный шариковый подшипник подбираем НО-216(80?140?26).