Введение….4
1 Анализ конструкций втулок несущих винтов вертолетов….…5
1.1 Актуальность проблем, связанных с обслуживанием трехшарнирной втулки несущего винта вертолета…5
1.2 Типы втулок несущего винта вертолета…7
1.3 Особенности использования эластомерных подшипников….…11
1.4 Сравнение втулки с эластомерным подшипником со втулкой с шарнирным креплением лопастей….14
2 Расчет втулки НВ с металлофторопластовым подшипником и бесшарнирной втулки НВ….20
2.1 Физическая картина нагружения несущего винта….20
2.2 Эксплуатационные и расчетные нагрузки….23
2.3 Выбор и расчет втулки несущего винта ….…26
3 Разработка технологических карт обслуживания бесшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….49
3.1 Стратегии технического обслуживания и ремонта авиационной техники.49
3.2 Обслуживание шарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….….55
3.3 Разработка технологии обслуживания бесшарнирной втулки несущего винта на основе анализа эксплуатации втулки несущего винта вертолета BK-117….75
4 Безопасность полетов в сложных географических и температурных условиях…80
4.1 Безопасность полетов вертолетов….….80
4.2 Влияние на безопасность полетов эксплуатации в условиях высоких и низких температур наружного воздуха….…81
4.3 Анализ характерных авиационных происшествий, связанных с ошибками и нарушениями экипажа при заходе на посадку в сложных метеорологических условиях…84
5 Расчет и сравнение экономических затрат от внедрения бесшарнирной втулки несущего винта…89
5.3 Расчет эксплуатационных затрат на обслуживание шарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….…90
5.4 Расчет эксплуатационных затрат на обслуживание бесшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8 и сравнение полученных затрат с затратами на обслуживание шарнирной втулки несущего винта ….….93
6 Обеспечение безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….…95
6.1 Введение….….….….95
6.2 Работы по замене втулки несущего винта….….…96
6.3 Анализ и оценка безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….98
6.4 Разработка необходимых мероприятий для обеспечения безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….101
Заключение….….105
Список литературы….….106

Дипломная работа:
АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

Дипломная работа:
Технико-экономическое обоснование мероприятий по повышению эффективности деятельности транспортного хозяйства

Введение (выдержка)

Один из самых нагруженных элементов конструкции вертолета в процессе эксплуатации – несущая система вертолета, основным агрегатом которой является втулка несущего винта. Втулка несущего винта с шарнирным креплением лопастей за годы эксплуатации зарекомендовала себя как весьма надежный элемент конструкции несущей системы вертолета. Однако, из-за обилия деталей, мест смазки и объектов осмотра, обслуживание такой втулки весьма трудоемко и осуществляется по наработке, то есть через определенное количество часов налета. Такая стратегия эксплуатации не всегда оправдана, так как замена элемента зачастую осуществляется до достижения им предотказного состояния.
Мировой опыт вертолетостроения показал, что при использовании других технологических решений по исполнению втулки несущего винта, таких как бесшарнирная втулка и втулка с металлофторопластовым подшипником и торсионом, эксплуатация может осуществляться более эффективно.
Рассмотренные в ВКР варианты реализации бесшарнирной втулки несущего винта и втулки несущего винта с металлофторопластовым подшипником на вертолете Ми-8 позволят оценить возможность повышения эффективности технической эксплуатации втулки несущего винта.

Основная часть (выдержка)

1 Анализ конструкций втулок несущих винтов вертолетов
1.1 Актуальность проблем, связанных с обслуживанием трехшарнирной втулки несущего винта вертолета
Из опыта эксплуатации вертолетов с классической схемой втулки несущего винта известно, что данный тип втулок имеет ряд недостатков. Основным видом регламентных работ по несущему винту с классической схемой является регулярное пополнение и периодическая замена смазки в шарнирных сочленениях его втулки. Подшипники шарниров втулки работают постоянно под действием переменных и значительных по своей величине нагрузок. Для обеспечения смазки трущихся поверхностей этих шарниров (горизонтального, вертикального и осевого) применяются специальные масла.
Масло в определенном количестве заливается в полости указанных шарниров через воронку или специальным штоковым шприцем.
По мере наработки несущим винтом определенного числа часов масло загрязняется, и его смазывающие качества ухудшаются. Поэтому регламентом технического обслуживания предусматривается периодическая замена масла.
Несоблюдение сроков замены масла приводит к преждевременному износу опорных поверхностей подшипников и выходу их из строя. К таким же последствиям приводит и применение сортов масла, не предусмотренных для смазки подшипников.
Практика показывает, что игольчатые подшипники наиболее долговечно работают при смазке их специальным гипоидным маслом, а шариковые подшипники - при смазке моторным маслом .
Общую тенденцию процесса развития разработки и конструирования втулок несущих винтов вертолетов не так просто последовательно проследить, поскольку каждая конкретная вертолетная фирма, как правило, применяет втулки определенной конструкции.
Однако, можно отметить возрастающую сложность конструкции втулокнесущих винтов с шарнирным креплением лопастей при одновременном улучшении их весовых характеристик, надежности и усталостной прочности, что достигается более тщательной проработкой, деталей конструкции с учетом более глубокого понимания условий работы несущего винта.
В последнее время большой интерес проявляется к упрощенной конструкции втулки несущего винта, в которой шарниры заменяются упругими элементами. Существует несколько путей достижения этой цели, отличающиеся своими принципиальными и конструктивными особенностями у различных авиационных фирм. Вряд ли при переходе к бесшарнирному креплению лопастей можно рассчитывать на существенное снижение веса втулки. Достигаемое усовершенствование конструкции нацелено на повышение эффективности за счет снижения себестоимости и эксплуатационных расходов и на улучшение характеристик управляемости ввиду значительного увеличения мощности управления. Эти улучшения достигался ценой преодоления значительных трудностей вследствие усложнения процессов, расчета.
Весовое совершенство втулки, характеризующееся коэффициентом:
, (1.1)
где mвт –масса втулки;
z - число лопастей;
Р - центробежная сила;
К - коэффициент.
Весовое совершенство втулки существенно повышается за счет: замены стали на титановые сплавы; применения проволочных торсионов в конструкции осевого шарнира (ОШ) и самосмазывающихся подшипников в рычагах поворота лопасти; модернизации центробежных ограничителей свеса; использования пружинно-гидравлических демпферов, снижающих действующие в полете переменные нагрузки в плоскости вращения; некоторого повышения напряженности конструкции с учетом современных конструктивно технологических мероприятий, (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Весовое совершенство втулок несущего винта различных типов
Стремление максимально облегчить конструкцию, снизить ее стоимость и упростить техническое обслуживание в эксплуатации привело к созданию втулокиз композиционных материалов без обычных горизонтальных шарниров (ГШ), такие втулки называют бесшарнирными .
1.2 Типы втулок несущего винта вертолета
В настоящее время практически применяется восемь основных схем втулок несущих винтов, кинематические схемы которых приведены в рисунке 1.2. Рассмотрим наиболее широко применяющиеся конструкции втулок и определим преимущества и недостатки каждой схемы.
Классическая схема втулки несущего винта с шарнирным креплением лопастей: допасти крепятся посредством горизонтальных, вертикальных и осевых шарниров. В этом случае существенную роль играет величина разноса (расстояния от оси втулки) горизонтальных и вертикальных шарниров, которая определяет конструкцию втулки.
Несущий винт с совмещенными горизонтальными шарнирами и вертикальными шарнирами достаточно приемлем в конструктивном отношении, допускает использование простой методики при определении напряжений.
.
а - классическая трехшарнирная; б - с совмещенными ГШ и ВШ; в - с вынесенным ВШ; г - с вынесенным ГШ и ВШ; д - на кардане; е - с эластомерным общим шарниром; ж - полужесткие винты; з - жесткие винты
Рисунок 1.2 - Кинематические схемы втулок несущего винта
Однако, вертолет с таким несущим винтом неустойчив, имеет неудовлетворительные характеристики управляемости, подвержен опасности возникновения самовозбуждающихся колебаний на земле и в воздухе. Втулка такого несущего винта тяжела и сложна, должна также включать демпферы колебания лопасти относительно вертикальных шарниров и упора-ограничителя, ограничивающего перемещение лопастей в шарнирах.
Несущий винт с вертикальными и горизонтальными шарнирами, имеющими небольшой разнос, обладает значительно лучшими характеристиками устойчивости к управляемости, но ему присущи, в определенной степени, все остальные недостатки схемы с совмещенными вертикальными и горизонтальными шарнирами.
Несущий винт с большим разносом горизонтальных и вертикальных шарниров имеет превосходные характеристики устойчивости и управляемости, подбором увеличенного разноса вертикальных шарниров и соответствующих характеристик демпфировании устраняются самовозбуждающиеся колебания вертолета. Однако втулка и комлевые части лопастей получаются неизбежно тяжелее и сложнее, чем у несущего винта с совмещенными шарнирами. Большой разнос шарниров привлекает внимание конструкторов также в связи с проблемой уменьшения срыва потока на отступающей лопасти.
Схемы втулок несущих винтов с шарнирным креплением лопастей помимо того, что они отличатся взаиморасположением шарниров и величиной их разноса, могут иметь и другие отличия, например, проушины горизонтального шарнира могут быть смещены так, что ось вертикального шарнира не совпадает с радиальным положением продольной оси лопасти.
Втулка несущего винта с эластомерным подшипником обладает всеми преимуществами системы с шарнирным креплением лопастей при значительно упрощенной конструкции втулки. Эластомерный подшипник состоит из чередующихся сферических слоев эластомера (резины) и металла. Под действием центробежной силы лопасти эластомерный подшипник сжимается, а перемещения лопастей в плоскости взмаха и в плоскости вращения, а также изменение угла установки лопасти - приводят к сдвигу эластомера.
Втулка несущего винта на кардане не имеет сложных элементов, свойственных схеме с шарнирной подвеской лопастей и является, по-видимому, самой простой в конструктивном выполнении. В ней отсутствуют вертикальные шарниры и демпферы для демпфирования колебаний лопастей относительно вертикальных шарниров. Недостатком этой схемы является неприменимость ее для больших вертолетов вследствие ограничений, связанных с постоянным углом конусности лопастей несущего винта. Кроме того, несущему винту на кардане свойственен особый вид неустойчивости типа аэродинамического флаттера, получивший название "волнение" несущего винта (от волнообразной траектории, прочерчиваемой в пространстве концами лопастей).
Жесткий несущий винт не имеет ни горизонтальных, ни вертикальных шарниров. Однако, при отсутствии шарниров, лопасти могут крепиться к втулке несущего винта жестко или посредством упругих элементов - торсионов, поэтому точнее следует называть такие несущие винты винтами с бесшарнирным креплением лопастей. Жесткое крепление лопастей может быть применено на небольших вертолетах, чтобы избежать чрезмерной величины переменного изгибающего момента, действующего в комле лопасти. Отклонение лопастей в плоскости взмаха и в плоскости вращения несущего винта, в этом случае, осуществляется благодаря упругой деформации самих лопастей, которые, следовательно, должны бить выполнены достаточно упругими.
При креплении лопастей к втулке посредством упругих элементов-торсионов, последние воспринимают действующие на лопасти центробежные силы и позволяют лопастям отклоняться в плоскости взмаха и в плоскости вращения несущего винта. Жесткий несущий винт обладает рядом преимуществ: допускает значительное смещение центровки вертолета, быстро реагирует на управление и обеспечивает хорошие характеристики устойчивости вертолета.
Экспериментально было определено, что мощность управления жесткого несущего винта вдвое превышает мощность управления несущего винта на кардановом подвесе, причем, теоретические расчеты показали, что жесткий винт имеет в 14 раз большую потенциальную возможность управления в сравнении с винтом на кардане. У вертолета с жестким несущим винтом может быть обеспечена хорошая продольная управляемость без хвостового оперения.
Применение жесткого несущего винта допускает использование наклоняющегося пилона, обеспечивающего возможность изменения угла атаки несущего винта и благодаря этому возможность установки в полете фюзеляжа в положение, соответствующее минимальному сопротивлению вертолета, что особенно существенно для скоростных вертолетов. Кроме того, жесткое крепление лопастей несущего винта позволяет перераспределять аэродинамическую нагрузку на ометаемую площадь несущего винта (путем бокового смещения центра тяжести вертолета) таким обрезом, что это может быть использовано для отдаления срывного режима на отступающей лопасти, уменьшения вибраций и увеличения максимальной скорости полета вертолета.
1.3 Особенности использования эластомерных подшипников
У втулки несущего винта с эластомерными подшипниками маховое движение, перемещение в плоскости вращения и изменение угла установки каждой лопасти обеспечивается одним эластомерным подшипником (рисунок 1.3). Для сохранения постоянного положения геометрического центра эластомерного подшипника применяется дополнительный самосмазывающийся подшипник, воспринимающий только небольшие поперечные нагрузки, перпендикулярные продольной оси лопасти.

1-вал несущего винта, 2- лопасть, 3- эластомерный подшипник.
Рисунок 1.3 - Схема втулки несущего винта с эластомерным подшипником
Эластомерный подшипник должен выполнять следующие четыре функции:
- воспринимать полную центробежную силу лопасти;
- обеспечивать изменение угла установки лопасти;
- обеспечивать маховое движение лопасти;
- обеспечивать перемещение лопасти в плоскости вращения.
Одновременное выполнение всех этих четырех функций одним подшипником возможно прежде всего лишь в том случае, если подшипник имеет сферическую форму. Сферический эластомерный подшипник состоит из чередующихся слоев стали и резины склеенных друг с другом Центробежная сила сжимает весь подшипник, который имеет очень высокую степень упругости при сжатии, более высокую, чем предполагалось при расчетных исследованиях, что является большим преимуществом данной конструкции, так как дает при сжатии незначительное смещение относительно оси несущего винта как центра подшипника, так и комля лопасти.
Изменение угла установки лопасти и перемещения ее в плоскости взмаха и в плоскости вращения вызывает относительное смещение металлических пластин подшипника, ограничиваемое силами, возникающими в слоях резины при их сдвиге.
По сравнению с обычными шарнирами эластомерный подшипник, в котором угловые перемещения лопастей осуществляются за счет сдвига упругих (эластомерных) элементов, имеет следующие преимущества:
- уменьшается количество деталей;
- упрощается техническое обслуживание;
- отсутствует истирание, износ или проскальзывание вращающихся элементов;
-устранено загрязнение рабочих деталей (шарнирных подшипников) присутствующими в окружающей среде грязью, пылью, водой.
В качестве эластомерного (упругого) элемента в эластомерном подшипнике выбирают натуральный каучук, обладающий рядом преимуществ, важных для выполнения намечаемых функций, в то время как недостатки его не вызывают серьезных конструктивных проблем.
Преимуществами выбранного материала в данном случае являются превосходные прочностные характеристики. Недостатками являются: ограниченный диапазон рабочих температур; чувствительность к воздействию света, озона, загрязнению маслом; старение.
Кратко рассмотрим возможное влияние недостатков натурального каучука, при использовании его в эластомерном подшипнике, на рабочие характеристики изделия. Диапазон рабочих температур втулки несущего винта изменяется, примерно, от -54°С до +71°С. Путем определенных добавок к натуральному каучуку получены сорта резины эффективный диапазон температур которых изменяется от -54°С до +82°С, что перекрывает диапазон рабочих температур втулки.
Для выяснения влияния повышенных температур на усталостную прочность эластомерного подшипника были проведены 500 часовые динамические испытания подшипника при температуре 93°С, На рисунке 1.4 показана зависимость деформации подшипника от нагрузки до и после 500 часовых испытаний на усталостную прочность. Как следует из графиков рисунка 1.4, после 500 часовых испытаний при температуре 93°С степень упругости испытываемого образца оставалась в пределах производственных допусков.

1-до динамических испытаний 2 – после 500-часовых динамических испытаний на усталость при температуре 93º
Рисунок 1.4 - Графики зависимости деформации эластомерного подшипника от нагрузки
При предельной отрицательной температуре (-54°С) резко увеличивается жесткость резины. Характеристика хрупкости при этом не достигает критической точки, которая наступает при температуре (-62°С) Динамические испытания, проведенные при температуре (-64°С), показали, что несмотря на увеличение жесткости в 22 раза по сравнению с жесткостью при комнатной температуре, подшипник продолжает нормально работать без разрушения.
Одним из основных преимуществ втулки с эластомерным подшипником является отсутствие смазки, так что опасность загрязнения эластомерного подшипника маслом практически исключается. Однако, в демпфере лопасти (при ее перемещении в плоскости вращения несущего винта) применяется гидравлическая жидкость. Для защиты от возможного загрязнения эластомерного подшипника гидравлической падкостью и от воздействия солнечного света и озона может быть применено защитное покрытие подшипника.
Для резины характерно изменение ее физических свойств с течением времени, т.е. старение. Процесс старения усиливается от воздействия таких факторов, как солнечный свет, кислород, озон, тепло, дождь и другие неблагоприятные влияния окружающей среды при эксплуатации вертолета. За процессом старения эластомерного подшипника должен быть установлен строгий контроль с регулированием условий хранения для ограничения его старения с момента вулканизации подшипника и до постановки втулки с этим подшипником на вертолет.

Заключение (выдержка)

В выпускной квалификационной работе произведен анализ существующих типов втулок несущих винтов вертолетов, а также произведены расчеты на прочность бесшарнирной втулки несущего винта и втулки несущего винта с металлофторопластовым подшипником и торсионом. Результаты анализа доказали возможность установки на вертолет Ми-8 втулок данных типов. Повышение эффективности эксплуатации втулки несущего винта вертолета Ми-8 достигается значительным сокращением работ по осмотру креплений и смазке втулки, эти факты рассмотрены в специальной части выпускной квалификационной работы. Кроме того, срок эксплуатации бесшарнирной втулки напрямую зависит от условий ее эксплуатации и результатов дефектоскопии, в то время как втулка несущего винта вертолета Ми-8 имеет ресурс 20000 часов после чего подлежит замене. Экономическое обоснование замены.
Раздел безопасность полетов связан обеспечением безопасности полетов в сложных метеорологических условиях. Это весьма сложная задача, требующая комплексного подхода и тщательного контроля за исполнением требуемых предписаний, анализа и проработки свершающихся происшествий. Безопасности полетов при посадке в особых метеорологических условиях можно добиться соблюдая все требования и наставления по эксплуатации вертолета, а также проводя дополнительные предпосадочные подготовки, способствующие совершенствованию навыков экипажа.
Экономическое обоснование замены втулки, рассмотренное в пятой части работы доказывает целесообразность замены трехшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8 на бесшарнирную втулку несущего винта.
В разделе безопасность и экологичность проекта проанализированы факты влияющие на безопасность персонала при работе на высоте. Особо отмечены факторы риска, связанные с работами на высоте при замене втулки, влияние которых снижается за счет соблюдения правил техники безопасности.
Расчеты экономических затрат на обслуживание бесшарнирной и шарнирной втулок несущего винта вертолета показал. что затраты на обслуживание бесшарнирной втулки несущего винта меньше затрат на обслуживание шарнирной втулки несущего винта, это доказывает экономическую целесообразность замены втулки несущего винта на бесшарнирную. Кроме того, бесшарнирная втулка несущего винта имеет значительно меньшую массу, и замена втулки даст дополнительную полезную нагрузку и тем самым увеличит экономический эффект от замены элемента несущий системы. Годовой эффект от установки одной втулки составит руб.

Литература

1 Аэродинамика, динамики полета, конструкция, оборудование и техническая эксплуатация вертолетов. Справочник. А.М. Володко, М.П. Верхозин, В.А. Горшков. –М., Военное издательство. 1992.-556с.
2 Конструкция вертолетов. Учебник для ВУЗов В.Н. Далин, С.В. Михеев. - М., МАИ, 2001. – 352с.
3 Втулки несущих винтов вертолетов. Перевод М.А. Лернер. – М., ЦАГИ, 1972.-54с.
4 Конструирование втулок несущих винтов вертолетов. Учебное пособие Сохань О.Н. - М., МАИ, 1981.-54с.
5 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Bo-105 1967 [Электронный ресурс] -Режим доступа свободный: h**t://w*w.aviastar.org/helicopters_rus/mbb-105-r.html Дата обращения (23.10.2010)
6 Конструирование винтов силовых установок приводов. Учебник для ВУЗов. Ф.П. Курочкин. -М., МАИ, 1980.-139с.
7 Металлофторопластовые подшипники А.П. Семенов, Ю.Э.Савинский. -М.Машиностроение 1976.- 192с.
8 Руководство по технической эксплуатации вертолета Ми-8 книга 2, 1984.
9 Вертолет Ми-8(устройство и техническое обслуживание).В.А.Данилов Транспорт, 1988.-278с.
10 Выбор рациональных конструктивных параметров торсиона втулки несущего винта вертолета из композиционных материалов. Учебное пособие для ВУЗов. Е.А Башаров.-М, МАИ -2010.
11 Основы механики, проектирования и технологии изготовления изделий из слоистых композиционных материалов. Учебное пособие для ВУЗов. Ю.С.Первушин, В.С. Жернаков. -Уфа, 2008. -298с.
12 Техническая эксплуатация летательных аппаратов. Под редакцией Н.Н.Смирнова – М.: Транспорт, 1997.
13 Руководство по технической эксплуатации вертолета Bk-117
14 Конструкция и эксплуатация вертолетов и двигателей. Учебник для
ВУЗов. Судаков В.Я. -М., Воениздат, 1987.
15 Анализ безопасности полетов по типу воздушного судна. Государственный центр «Безопасность полетов на воздушном транспорте» .- М. 2008-148с.
16 Экономика гражданской авиации. Учебник для ВУЗов Степанова Н.И., МГТУГА 2003.-103с.
17 Межотраслевые правила труда при работе на высоте. -М. 2004.
18 Инструкция по охране труда при проведении работ повышенной опасности ИОТ 0011-02, 2002.
19 Наставления по технической эксплуатации и ремонту авиационной техники в гражданской авиации России. (НТЭРАТ ГА-93) - М.,1994.
20 Конструкция вертолетов. Учебник для авиационных техникумов.ЮС Богданов, Р.А.Михеев. М., Машиностроение 1990.-267с.
21. Регламент технического обслуживания вертолета Ми-26 книга 2.
22 Регламент технического обслуживания вертолета Bo-105
23 Справочник по авиационным материалам и технологии их применения
Александров В.Г., Базанов Б.И., -М., 1979
24 Техническая эксплуатация вертолетов. Учебное пособие.Беляков В.Т. Воениздат.1961г. 312 с.
25 Расчетно-экспериментальное исследование прочности упругих элементов бесшарнирных винтов вертолетов Голованов А. И., Митряйкин В. И. Изв. вузов. -Казань: Авиационная техника, 2001.
26 Основы проектирования и изготовления конструкции ЛА из КМ Васильев В. В. - М.: МАИ, 1985.
27 Оптимальное проектирование элементов авиационных конструкций из КМ. Дудченко А. А. -М.: Издательство МАИ, 2002.
28 Композиционные материалы: Справочник / Под ред. В. В. Васильева. - М.: Машиностроение, 1990.
29 Конструкция вертолетов Завалов О. А. -М.: Изд-во МАИ, 2004.
30 Методы проектирования конструкций. Бирюк В. И., Липин Е. К., Фролов В. -М.- М.: Машиностроение, 1977.

Схема втулки - пятилопастная, с разнесенными и повернутыми горизонтальными шарнирами, с разнесенными вертикальными шарнирами, с осевыми шарнирами.

Конструкция втулки выполнена таким образом, что при взмахе лопасти относительно горизонтального шарнира на угол Y происходит уменьшение истинного угла установки лопасти на величину Z = KY . Коэффициент пропорциональности K называется коэффициентом компенсатора взмаха.

С целью уменьшения свеса лопастей и создания необходимых зазоров между лопастями и хвостовой балкой при малой частоте вращения несущего винта в конструкцию втулки введены центробежные ограничители свеса лопастей.

Рис. 3.4. Схема втулки несущего винта

Схема втулки представлена на рис.3.4. На рисунке обозначены:

1 Вал редуктора; 2 Нижнее кольцо; 3 Корпус втулки; 4 Верхнее кольцо; 5 Гайка; 6 Шлицы; 7 Палец вертикального шарнира; 8 Корпус осевого шарнира; 9 Цапфа осевого шарнира; 10 Тяга разворота лопасти; 11 Палец горизонтального шарнира; 12 Проушина; 13 Скоба; 14 Демпфер вертикального шарнира; 15 Кронштейн крепления демпфера; 16 Рычаг поворота лопасти.

lгш – Разнос горизонтальных шарниров;

lвш – Разнос вертикальных шарниров;

А – Точка крепления тяги автомата перекоса к поводку осевого шарнира;

Q – Аэродинамическая сила;

R – Равнодействующая сила;

Fцб – Центробежная сила.

Основные технические данные втулки:

§ разнос вертикальных шарниров 507мм;

§ смещение середины проушины горизонтального шарнира 45мм;

§ величина коэффициента компенсатора взмаха 0,5;

§ угол взмаха вверх от плоскости, перпендикулярной оси вращения относительно ГШ 24,5-25,5 0 ;

§ угол свеса вниз от плоскости, перпендикулярной оси вращения относительно ГШ:

При упоре на скобу 3 0 40¢-4 0 10¢;

При упоре на собачку ЦОС 1 0 40¢-2 0 .

§ угол поворота относительно вертикального шарнира:

По вращению 12 0 15¢-13 0 15 ¢ ;

Против вращения 10 0 50¢-11 0 10 ¢ .

§ частота вращения НВ, при которой срабатывает центробежный ограничитель свеса (ЦОС):

При разгоне 105-111 об / мин (52-55%);

При торможении 92-98 об / мин (45,5-48,5%).

§ угол наклона оси НВ (вперед) 4 0 20¢-4 0 30¢;

§ диаметр втулки НВ 1744мм;

§ масса втулки НВ 610кг.

Основными узлами втулки несущего винта являются:

1. Корпус втулки, имеющий пять проушин, лежащих в одной плоскости под углом 72 0 друг к другу.

2. Пять скоб, проушины которых в соединении с проушинами корпуса втулки с помощью пальцев и игольчатых подшипников образуют горизонтальные шарниры.

3. Пять цапф осевых шарниров, которые в соединении с проушинами скоб образуют вертикальные шарниры.

4. Пять корпусов осевых шарниров, смонтированных на цапфах осевых шарниров с помощью подшипников.

5. Рычаги поворота лопастей, смонтированные на корпусах осевых шарниров.

6. Центробежные ограничители свеса лопастей, смонтированные в проушинах скоб.

7. Гидродемпферы, служащие для гашения колебаний лопастей относительно вертикальных шарниров и подпитываемые гидросмесью из компенсационного бачка, уровень жидкости, в котором должен находиться между верхней риской и нижней кромкой колпака.

Примечание: Втулки несущего винта вертолетов типа Ми-171 оборудуются осевыми шарнирами с магнитной пробкой и смотровым стаканчиком. Масло в шарнире должно быть прозрачным (видна противоположная стенка стаканчика).

Рис.3.5. Шарниры втулки несущего винта

1 – Заправочное отверстие осевого шарнира; 2 – Заправочное отверстие горизонтального шарнира; 3 – Заправочное отверстие вертикального шарнира.

Уровень масла в шарнирах втулки (от кромки заливных отверстий):

v в горизонтальных шарнирах 30-40мм;

v в вертикальных шарнирах 25-35мм;

v в осевых шарнирах 15-20мм.

В течение летного дня допускается снижение уровня масла в шарнирах:

v в горизонтальных шарнирах на 20мм;

v в вертикальных шарнирах на 20мм;

v в осевых шарнирах на 15мм.

Основные детали втулки несущего винта

А. Корпус

Корпус втулки сочленяется с валом главного редуктора шлицами 6 и закрепляется на нем гайкой 5 . Затяжку гайки производят специальным тарировочным ключом. Корпус имеет пять проушин 12 , лежащих в одной плоскости под углом 72° друг к другу.

Б. Горизонтальные шарниры

Пять скоб втулки 13 (рис.4.6) в соединении с проушинами корпуса 12 с помощью пальцев 11 и игольчатых подшипников образуют горизонтальные шарниры. Смещение проушин горизонтальных шарниров а, выбрано таким образом, чтобы на основных режимах полета равнодействующая R аэродинамических Q и центробежных сил F цб лопасти была направлена примерно по середине горизонтального шарнира. Такая конструкция обеспечивает более равномерное распределение нагрузки между игольчатыми подшипниками ГШ и существенно повышает их долговечность. Принципиальное устройство горизонтального шарнира представлено на рис.4.7.

Рис.4.7. Горизонтальный шарнир втулки несущего винта

1 – Проушина корпуса втулки;

2 – Палец горизонтального шарнира;
3, 7 – Резиновые уплотнительные кольца;

4 – Игольчатые подшипники;
5 – Проушины скобы;

6 – Распорные кольца

В. Вертикальные шарниры

Пять цапф осевых шарниров 9 (рис.4.6) в соединении с проушинами скоб 13 с помощьюпальцев образуют вертикальные шарниры.

Г. Осевые шарниры

На втулке имеются пять корпусов осевых шарниров 8 (рис.4.6), смонтированных на цапфах 9 .

Конструкция осевого шарнира показана на рис.4.8.

Рис.4.8. Осевой шарнир втулки несущего винта

1 – Цапфа осевого шарнира; 2 – Резиновое уплотнительное кольцо;
3, 9 – Упорные гайки; 4, 8 – Шариковые подшипники; 5 – Заливная пробка; 6 – Корпус шарнира; 7 – Роликовый подшипник; 10 – Гребенка;
11, 12, 15 – Распорные втулки; 13 – Сливная пробка; 14 – Резиновая манжета; 16 – Смотровой стаканчик; 17 – Компенсатор давления в шарнире; 18 - Заглушка

Корпус осевого шарнира 6 имеет возможность проворачиваться относительно цапфы 1 на трех подшипниках. Два шариковых подшипника 4 и 8 воспринимают изгибающие моменты от лопасти, а роликовый 7 – центробежные силы.

На днище стакана осевого шарнира имеется "гребенка" 10 с проушинами для крепления лопасти. Шарнир оборудуется сливной магнитной пробкой 13 со смотровым стаканчиком 16 . Масло в шарнире должно быть прозрачным (видна противоположная стенка стаканчика).

На заливную пробку 5 устанавливается компенсатор давления 17 , за счет прогиба мембраны увеличивающий свой объем при повышении давления в шарнире.

В настоящее время, в соответствии с конструктивной доработкой, при изготовлении втулки в пустотелую цапфу ОШ устанавливается гофрированный резиновый «чулок», выполняющий функцию компенсатора давления (рис. 4.8а, поз. 17). Компенсатор давления в шарнире (поз.17, рис. 4.8) при этом демонтируется.

Рис.4.8а. Осевой шарнир модифицированной втулки несущего винта

17 – Резиновый чулок

Д. Рычаги поворота лопастей

Рычаги поворота лопастей смонтированы на корпусах осевых шарниров и крепятся к тягам 6 (рис.4.1) тарелки автомата перекоса.

Примечание: При выполнении целевых периодических осмотров рычагов поворота лопастей ИТС применять лупу семикратного увеличения.

Изобретение относится к вертолетостроению. Втулка несущего винта вертолета состоит из корпуса и узла подвески лопасти, включающего цапфу с подшипником, кожух с рычагом поворота лопасти, соединитель лопасти и эластомер. Цапфа узла подвески лопасти неподвижно соединена с корпусом втулки и снабжена самоориентирующимся двухрядным подшипником, внешняя обойма которого соединена с кожухом. Эластомер одним концом неподвижно соединен с цапфой, а другим концом с соединителем лопасти. Эластомер снабжен металлическими втулками и армирован высокопрочными нитями, соединяющими попарно металлические втулки, размещенные по каждую сторону от оси симметрии эластомера. Изобретение направлено на упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к вертолетостроению и служит для крепления лопастей и передачи им крутящего момента с вала редуктора, а также для восприятия и передачи на фюзеляж сил и моментов, создаваемых лопастями.

Известно, что классический узел подвески лопасти включает в себя: корпус втулки, горизонтальные, вертикальные и осевые шарниры, связанные при помощи соединителя с лопастями. Вертикальные шарниры снабжены демпферами (Фатеев С.С. «Основы конструкции вертолетов», Москва, Военное издательство, 1990, стр.57). Корпус втулки имеет шлицевое соединение с валом редуктора. Обычно с корпусом втулки соединяют горизонтальный шарнир, к нему вертикальный шарнир, а к нему осевой шарнир. Осевой шарнир по сути является узлом подвески лопасти и включает цапфу, на которой установлено несколько радиальных и упорных шарикоподшипников, распорные втулки и гайки для фиксации подшипников. Сверху узел подвески закрыт кожухом, снабженным рычагом поворота лопасти. Узел подвески также включает соединитель лопасти. Цапфа узла подвески подвижно установлена на оси вертикального шарнира. Приведенная втулка конструктивно близка к конструкции предлагаемого изобретения и может быть выбрана в качестве прототипа.

Недостатком приведенной втулки является множество сочлененных меж собой шарниров с целью придания лопастям необходимых степеней свободы, а также проведение периодического осмотра и смазки.

Известна также бесшарнирная втулка несущего винта с эластомерным подшипником или втулка типа «Старфлекс». Втулка содержит корпус, слоистый эластомер, шаровую опору, рукав втулки. Эластомерный подшипник выполняет функции всех трех шарниров и представляет собой набор чередующихся металлических и резиновых сферических прокладок. Они работают на сжатие от центробежной силы, на сдвиг при маховом движении и на кручение при изменении угла установки лопастей.

Недостатки эластомерных подшипников заключаются в низкой надежности сцепления металлических и резиновых прокладок. Такой подшипник может разрушиться под воздействием больших центробежных сил, создаваемых вращающимися лопастями, что требует включения в конструкцию дополнительно специальных скоб крепления лопастей.

Предлагаемое изобретение направлено на упрощение конструкции втулки несущего винта (НВ), увеличение ресурса работы и надежности.

Поставленная задача достигнута тем, что цапфа узла подвески соединена с корпусом втулки неподвижно, а на цапфе установлен самоориентирующийся двухрядный подшипник (ГОСТ 28428-90). Отличительная особенность такого подшипника в том, что его внешняя обойма может быть шарнирно повернута в любую сторону относительно геометрического центра подшипника, значит и относительно внутренней обоймы подшипника. Таким образом, шарнир такой конструкции является универсальным и совмещает в себе функции всех трех шарниров, обеспечивая достаточное количество степеней свободы, и может быть отклонен в любую сторону относительно оси цапфы. Эластомер представляет собой цельнотельный (литой, прессованный, вулканизированный и т.д) элемент. Эластомером или резиной называют любой упругий материал (полимер), обладающий в диапазоне эксплуатации высокоэластичными свойствами, который может растягиваться до размеров, во много раз превышающих его начальную длину, и возвращаться к исходному размеру, когда нагрузка снята. В данном случае эластомер предназначен для восприятия центробежных нагрузок на узел подвески, а также полностью разгружает от этих нагрузок внешнюю обойму самоориентирующегося подшипника. Кроме того, эластомер возвращает узел подвески в исходное положение после снятия нагрузки. В предложенной конструкции эластомер одним концом неподвижно соединен с цапфой, а другим концом с узлом соединения лопасти. Эластомер снабжен металлическими втулками, посредством которых осуществляется крепеж болтами, а материал эластомера армирован высокопрочными нитями (например, кордовыми или кевларовыми нитями), соединяющими попарно втулки, размещенные вдоль оси симметрии эластомера. Нити принимают на себя основную нагрузку, исключая возможность разрыва эластомера под воздействием центробежных сил. В то же время нити не препятствуют работе эластомера на сжатие от центробежной силы, на сдвиг при маховом движении и на кручение при изменении угла установки лопастей.

Один из возможных вариантов конструкции втулки представлен на чертежах. На фиг.1 приведен сборочный чертеж втулки, на фиг.2 приведено устройство эластомера.

Втулка несущего винта вертолета включает корпус втулки 1, к которому неподвижно соединена цапфа 2 узла подвески. На шейке цапфы установлен самоориентирующийся двухрядный подшипник 3. Гайка 4 фиксирует внутреннюю обойму подшипника. На внешней обойме подшипника установлен кожух 5, снабженный рычагом 6 поворота лопасти. К кожуху при помощи крепежа соединен фланец соединителя лопасти 7. Внутри цапфы соосно установлен эластомер 8. Эластомер снабжен металлическими втулками 9-12, размещенными по обе стороны от оси симметрии. Эластомер прикрепляется неподвижно к цапфе и узлу соединения лопасти при помощи болтового соединения 13. Эластомер армирован высокопрочными нитями (на чертеже не показаны). Нити попарно обведены вокруг металлических втулок (9-10, 11-12) и вулканизированы совместно с материалом эластомера.

Втулка работает следующим образом.

Корпус втулки 1 вращается вместе с узлом подвески лопасти. При помощи рычага общего шага приводится в действие тяга общего шага, соединенная с рычагом 6 поворота лопасти. При этом рычаги 6 поворота лопастей поворачивают вокруг своих осей одновременно все узлы подвески, устанавливая лопасти под одним и тем же углом. Так осуществляется управление общим шагом несущего винта.

Направление же силы тяги вертолета изменяется наклоном плоскости вращения НВ за счет циклического изменения углов установки лопастей в зависимости от их азимутального положения. Осуществляется это при помощи ручки управления вертолетом. При этом связанные с ручкой управления тяги продольного и поперечного управления наклоняют тарелку автомата перекоса и тяги относительно оси вала НВ. Так как тяги связаны с рычагами 6 поворота лопастей, узлы подвески поднимаются и наклоняются, вращаясь на подшипнике 3, вызывая циклическое изменение углов установки лопастей относительно среднего значения шага. Циклическое изменение углов установки и соответствующее изменение силы тяги лопастей вызывает маховое движение лопастей, т.е наклон конуса вращения НВ. Возникающие при маховом движении лопастей центробежные силы и изгибающие моменты воспринимаются эластомерами 8. При снятии нагрузки эластомеры возвращают узлы подвески и связанные с ними через соединитель 7 лопасти в исходное состояние.

1. Втулка несущего винта вертолета, состоящая из корпуса и узла подвески лопасти, включающего цапфу с насаженным на нее подшипником, кожух с рычагом поворота лопасти, соединитель лопасти и эластомер, отличающаяся тем, что цапфа узла подвески лопасти неподвижно соединена с корпусом втулки и снабжена самоориентирующимся двухрядным подшипником, внешняя обойма которого соединена с кожухом.

2. Втулка несущего винта вертолета по п.1, отличающаяся тем, что эластомер одним концом неподвижно соединен с цапфой, а другим концом с соединителем лопасти, снабжен металлическими втулками и армирован высокопрочными нитями, соединяющими попарно металлические втулки, размещенные по каждую сторону от оси симметрии эластомера.

Втулка несущего винта предназначена для крепления лопастей, для передачи крутящего момента от вала главного редуктора на лопасти, а также для восприятия и передачи на фюзеляж сил, возникающих на лопастях.

Основными элементами втулки являются: корпус втулки, горизонтальные шарниры промежуточные скобы, вертикальные шарниры, осевые шарниры, рычаги поворота лопастей, гидравлические демпферы, центробежные ограничители свеса лопастей, маятниковый гаситель вибрации.

Корпус втулки на шлицах устанавливается на вал главного редуктора центрируется на валу нижним и верхним конусными кольцами и фиксируется гайкой. Сверху на корпусе втулки крепятся компенсационный бачок гидродемпферов, токосъёмник НВ и маятниковый гаситель вибрации.

Каждый горизонтальный шарнир образуют проушина корпуса втулки, две проушины промежуточной скобы и палец, который установлен на двух игольчатых подшипниках. Усилия, действующие вдоль оси пальца воспринимают два бронзовых кольца. От осевого перемещения палец фиксируется гайкой, а от проворачивания относительно скобы - шпонкой. Палец с одной стороны имеет две проушины для крепления штока гидродемпфера, а с другой стороны проушину для крепления штормовой струбцины.

Промежуточная скоба представляет собой деталь коробчатого сечения с двумя парами проушин на концах. Внутри каждой скобы смонтирован механизм центробежного ограничителя свеса лопасти.

Вертикальный шарнир образуют две проушины промежуточной скобы, проушина цапфы осевого шарнира и палец, который установлен на двух игольчатых подшипниках и двух бронзовых кольцах.

Осевой шарнир образован соединением цапфы и корпуса осевого шарнира. На хвостовике цапфы установлены подшипники осевого шарнира: два шариковых радиальных подшипника, которые воспринимают нагрузку от изгибающего момента, и один роликовый упорный подшипник, воспринимающий нагрузку от центробежной силы. Корпус осевого шарнира выполнен в виде стакана, на днище которого с наружной стороны расположена гребенка с проушинами для крепления лопасти.

Рычаг поворота лопасти одним концом жестко крепится к корпусу осевого шарнира, а другим шарнирно соединяется с вертикальной тягой автомата перекоса.

Гидравлический демпфер состоит из цилиндра, штока с поршнем и крышки. Цилиндр демпфера шарнирно установлен на кронштейнах цапфы осевого шарнира. Поршень имеет восемь перепускных клапанов, которые открываются при достижении перепада давления между полостями цилиндра 20 кгс/см 2 . Клапаны установлены так, что четыре перепускают жидкость в одном направлении, а четыре - в обратном. В крышке гидродемпфера установлен шариковый компенсационный клапан, через который полости цилиндра сообщаются с компенсационным бачком для отвода пузырьков воздуха и компенсации температурных изменений объёма жидкости.

Механизм центробежного ограничителя свеса лопастей установлен на промежуточной скобе и состоит из противовеса, пружины, тяги и собачки. При невращающемся несущем винте пружина удерживает механизм в таком положении, что упор собачки ограничивает свес лопасти до 1°40 / . При раскрутке несущего винта под действием центробежных сил противовес отводит собачку и угол максимально возможного свеса лопасти увеличивается до 4°. При уменьшении частоты вращения несущего винта до 108 об/мин (54,5%) вследствие уменьшения центробежных сил противовес начинает обратное движение и при частоте вращения несущего винта 95 об/мин (50%) и менее пружина установит противовес и собачку в исходное положение.

Маятниковый гаситель вибрации установлен на корпусе втулки и состоит из кронштейна, ступицы с пятью рукавами и пяти маятников, которые соединены с рукавами ступицы бифилярными подвесками. Каждая бифилярная подвеска представляет собой две роликовые связи свободно посаженные в отверстия втулок маятников и ступицы. Кронштейн крепится к втулке несущего винта пятью полыми болтами, через полости которых заливается масло в горизонтальные шарниры. Ступица крепится на кронштейне шпильками.

от системы предупреждения появления трещин. Лопасти имеют большой ресурс, но весьма сложны в производстве.

Рисунок 16. Сечение многолонжеронной лопасти несущего винта.

1 – лонжероны, 2 – слои стеклоткани, 3 – сотовый заполнитель.

Композиционные лопасти. Композиционные лопасти, на сегодняшний день, являются самыми распространенными в мире. В России их применяют на вертолетах Ми-28, Ми-34, Ка-50 и др. Конструкции композиционных лопастей весьма многообразны. Сечения некоторых из них представлены на рисунке 17.

Достаточно простые лопасти подразумевают использование С–образного лонжерона и пористого (рисунок 17а) или сотового (рисунок 17б) заполнителя. Более сложные лопасти имеют многозамкнутый лонжерон и приклеенную хвостовой отсек. Пример сечения такого лонжерона показан на рисунке 17в, г, д. Промежуточные стенки, установленные в канале многозамкнутого лонжерона, увеличивают жесткость пустотелой лопасти. Такие лонжероны обладают высокой живучестью, так как при разрушении лонжерона в районе одной из полостей другие могут сохранять несущую способность. Хвостовой отсек лопасти, в настоящее время, чаще делается неразрезным, что значительно упрощает конструкцию.

В качестве материалов изготовления лонжеронов и лопастей используются угле, стекло, органопластики или их комбинации.

Рисунок 17. Сечение композиционных лопастей несущего винта.

а – вертолета ЕС145, б – ЕС332 МК2, в – Ка-50, г - ЕС225,

д - NH90.

1 – стеклопластиковый лонжерон, 2 – пористый заполнитель, 3 – углепластиковое покрытие, 4 – сотовый заполнитель.

2.6. Втулки несущих винтов

Втулка несущего винта вертолета осуществляет передачу крутящего момента от главного редуктора к лопастям несущего винта, при этом выполняя ряд других функций.

По способу крепления лопасти к валу, вращающему винт, несущие винты, можно подразделить на несколько типов.

Несущие винты с трехшарнирной подвеской лопастей (рисунок 18а) и втулкой с универсальным эластомерным подшипником (рисунок 18д) применяются на вертолетах разных

классов. Винт с общим горизонтальным шарниром (рисунок 18б) весьма распространен на сверхлегких и легких вертолетах. В некоторых случаях применяются винты на кардане (рисунок 18в) и с жестким креплением лопастей (рисунок 18г).

Втулки несущего винта с трехшарнирным креплением лопастей широко применялись в вертолетостроении. В настоящее время их использование сокращается, и на новых аппаратах они, практически, не встречаются. В России такие втулки использовались на вертолетах Ми-2, Ми-24, Ми-26 и др. Втулка имеет разнесенные горизонтальные (ГШ), вертикальные (ВШ) и осевые (ОШ) шарниры (рисунок 19). Подобное соединение лопасти дает ей возможность колебаться в нескольких плоскостях.

Рисунок 18. Типы несущих винтов.

а – с трехшарнирной подвеской лопастей; б – с общим горизонтальным шарниром; в – на кардане; г – с жестким креплением лопастей; д- с эластомерным подшипником.

1 – горизонтальный шарнир (ГШ), 2 – вертикальный шарнир (ВШ), 3 – осевой шарнир (ОШ), 4 – общий горизонтальный шарнир, 5 – кардан, 6 – эластомерный подшипник, 7- торсион.

Горизонтальные шарниры обеспечивают маховое движение (колебания в вертикальной плоскости) под действием пе-

ременных по азимуту аэродинамических сил. Вертикальные шарниры позволяют лопастям совершать колебания в плоскости вращения. Эти колебания происходят под действием переменных сил лобового сопротивления и сил Кориолиса. Колебания лопастей относительно вертикального шарнира гасятся гидравлическими демпферами. Обычно демпферы соединяют подвижную и неподвижную часть лопасти.

Благодаря шарнирному креплению лопастей с корпусом втулки, значительно снижаются переменные напряжения в элементах несущего винта.

Осевые шарниры втулки предназначены для изменения углов установки лопастей. Для уменьшения угла установки лопасти при взмахе вверх и увеличения угла установки при движении ее вниз подбирают угол σ1 , образованный осью ГШ и отрезком, соединяющим центр ГШ с концом поводка рычага поворота лопасти.

Рисунок 19. Схема втулки с разнесёнными ГШ.

1- ось вала, 2- ГШ, 3- ВШ, 4-ОШ, 5- гидродемпфер, 6- поводок лопасти.

В некоторых случаях демпферы соединяют между собой подвижные части разных лопастей (рисунок 20), что упрощает конструкцию и облегчает вес несущей системы.

Рисунок 20. Схема карусельной установки демпфера. 1-лопасть, 2-демпфер, 3-ВШ.

Втулки с эластомерными подшипниками являются са-

мыми распространенными. Одна из разновидностей универсальной эластомерной шарнирной втулки представлена на рисунке 21.

Рисунок 21. Схема эластомерного шарнира втулки несущего винта.

1 - слой металла, 2 - слой резины, 3 - металлический стержень, соединяющийся с лопастью.

Принцип действия эластомерного подшипника основан на использовании свойств резины: подвергаться значительным деформациям при растяжении, сжатии и кручении.

Эластомерные подшипники представляют собой съемные блоки, состоящие из слоев резины и металла. Они не требуют смазки, уменьшают количество деталей втулки несущего винта, упрощают эксплуатацию и снижают стоимость. В связи с тем, что резина в подшипнике подвергается термомеханическому воздействию, она быстро стареет. Вследствие этого эластомерные подшипники обычно подлежат замене каждые 4 года.

Втулки с общим ГШ применяются на двухлопастных винтах. Лопасти жестко соединяются между собой. Подвеска на шарнире позволяет исключить влияние асимметрии обтекания.

Центробежные силы лопастей замыкаются на корпусе втулки и не нагружают подшипники, образующие ось ГШ. Для разгрузки комля лопасти от изгибающего момента имеют небольшой конструктивный угол конусности а0 =2…6°. К достоинствам втулок с общим ГШ следует отнести: простоту конструкции втулки, малую массу. Недостатками таких винтов являются большие изгибающие моменты в комле лопасти и большой уровень вибрации на втулке двухлопастного винта, вызываемый второй гармоникой аэродинамических сил. Такая конструкция широко используется на легких и сверхлегких вертолетах для несущих и двухлопастных рулевых винтов.

Втулки на кардане также имеют жесткое крепление лопастей между собой. Втулка крепится к валу с помощью универсального шарнира (кардана). Горизонтальные шарниры заменены карданами. Центробежные силы лопастей замыкаются на корпусе втулки и не нагружают подшипники, образующие ось кардана. ОШ нагружены сильнее, чем у винтов с шарнирным креплением лопастей. Центр кардана для облегчения управления выносят наверх. Такая конструкция широко используется на втулках рулевых винтов.

Втулки с жестким креплением лопастей имеет простую конструкцию, однако в лопастях и валах создаются большие

изгибающие моменты, что приводит к утяжелению конструкции.

Существуют также втулки несущих винтов, рукава которых выполнены из упругих материалов, что позволяет лопастям совершать маховое движение в плоскостях тяги и вращение за счет упругости конструкционного материала. Это частично разгружает комлевую часть лопасти от изгибающих моментов.

2.7. Конструкция втулок несущих винтов

За последние годы конструкция втулок несущего винта претерпела существенные изменения в сторону упрощения.

Наиболее сложной является конструкция трехшарнирной втулки (рисунок 22). Ее корпус 1 обычно изготавливается из стали или титанового сплава. Он закреплен на валу главного редуктора посредством шлиц и центрируется верхним 2 и нижним 17 конусами. Верхнее конусное кольцо состоит из двух половин, а нижнее - разрезное. Сверху корпус закрепляется на валу гайкой. Середины проушин корпуса смещены от оси вращения несущего винта, что позволяет равномерно нагружать подшипники ГШ и ВШ. Проушины корпуса вместе со скобой 5 образуют корпус ГШ. На пальце ГШ 4 установлены внутренние кольца 3 игольчатых подшипников. Наружные кольца находятся в проушинах корпуса. Между кольцами установлены две шайбы, выполняющие роль упорных подшипников скольжения. Они воспринимают осевые усилия, возникающие при колебаниях лопасти относительно ВШ. Между шайбами и внутренними кольцами имеется упорное кольцо. В качестве уплотнения ГШ используются резиновые армированные манжеты. К проушине пальца ГШ крепится шток демпфера ВШ. Для ограничения колебаний лопасти относительно ГШ на втулке имеются упоры. Верхние ограничители необходимы для предотвращения полного закидывания лопастей вверх при сильном ветре. Нижний ограничитель может изменять свое положение в зависимости от частоты вращения. Это вызвано тем, что допустимый угол свеса лопасти при неработающем

Рисунок 22. Конструкция втулки несущего винта.

1 - корпус втулки, 2 - верхний конус, 3 – внутреннее кольцо игольчатых подшипников, 4 – палец ГШ, 5- скоба, 6 – противовес, 7- цапфа ОШ, 8, 11шариковый радиальный подшипник, 9 – двухрядный роликовый подшипник, 10 – корпус ОШ, 12 – пружина, 13, 15 – пальцы, 14 – тяга, 16– собачка, 17 – нижний конус, 18 – рычаг поворота лопасти, 19 – валик рычага поворота лопасти, 20 – подшипник.

винте гораздо меньше, чем потребный угол маха лопасти вниз в полете. Поэтому на скобе имеются постоянные упоры и центробежный ограничитель свеса. Осевой шарнир образован соединением цапфы 7 и корпуса 10 ОШ. К цапфе крепится кронштейн, расположенный на цилиндре гидродемпфера. На хвостовике цапфы установлены подшипники ОШ: два шариковых радиальных 8, 11, которые воспринимают усилия от изгибающих моментов, действующих на лопасть, и упорный двухрядный роликовый 9, воспринимающий центробежную

силу лопасти. Гнезда сепаратора роликового подшипника развернуты под углом 50" к радиальному направлению. При таком расположении гнезд сепаратор не только колеблется, но и непрерывно вращается в одном направлении. В связи с этим ролики постоянно мигрируют и дорожки колец подшипника полностью участвуют в работе. В результате увеличиваются срок службы подшипников и ресурс ОШ. Корпус ОШ выполнен в виде стакана с проушинами для крепления лопасти. Скоба и цапфа образуют корпус ВШ, который конструктивно выполнен аналогично ГШ. Рычаг поворота 18 лопасти крепится болтами к корпусу ОШ. В цилиндрической полости на конце рычага на двухрядном радиально-упорном шарикоподшипнике и радиальном роликовом подшипнике установлен валик 19. В проушине валика на двух шарикоподшипниках 20 установлен палец, соединяющий рычаг поворота лопасти с тягой автомата перекоса.

Центробежный ограничитель (рисунок 23) смонтирован на нижней поверхности вертикального ограничителя 1 с помощью кронштейна 4 и сухаря 2. На кронштейн 4 на двух шариковых подшипниках установлен подвижный кронштейн 5. К нему крепится центробежный упор свеса 9 и две пластины 6, к которым крепится груз 7, состоящий из набора стальных шайб. Пружина 8 одним концом закреплена на кронштейне 4, а другим - за болт крепления груза 7. На малых частотах вращения несущих винтов зуб центробежного упора свеса 9 под действием пружины 8 находится, в зазоре между упорами корпуса втулки 10 и вертикального ограничителя 1, уменьшая, таким образом, свес лопасти.

Контактная поверхность упора 9 плотно прилегает к соответствующим поверхностям на корпусе 10 и вертикальном ограничителе 1. Подшипники ограничителя свеса посажены в корпус кронштейна 4 на резиновых втулках амортизаторах, что разгружает их от больших нагрузок.

При увеличении частоты вращения несущего винта грузы 7 под действием центробежной силы начинают преодолевать сопротивление пружины 8 и выводить зуб упора свеса 9 из за-

зора между упорами на корпусе 10 и вертикальном ограничителе 1.

Рисунок 23. Центробежный ограничитель свеса.

1 - вертикальный ограничитель, 2 - сухарь, 3 - болт, 4 - кронштейн, 5 - подвижный кронштейн, 6 - стальные пластины, 7 - груз, 8- пружина, 9 - упор свеса, 10 - корпус втулки.

При уменьшении частоты вращения несущего винта уменьшается центробежная сила груза 7 и упор 9 под действием пружины 8 возвращается в исходное положение. Таким образом, на рабочих частотах вращения несущего винта упор свеса 9 не препятствует маховому движению лопасти.

В конструкции втулок часто удается узлы навески лопасти совместить с вертикальным шарниром (рисунок 24). В этом случае лопасти непосредственно соединяются с демпфером вертикального шарнира. Конструкция при этом упрощается. Если же соединение с демпфером делается легкоразъемным, то лопасти, поворачиваясь относительно ВШ, могут быть сложены вручную вдоль хвостовой балки.

В настоящее время часто применяются осевые шарниры с торсионом (рисунок 25). Обычно торсион представляет собой набор металлических пластин, которые выдерживают растяги-