Модернизация микродвигателя КМД-2,5
Из материалов журнала Моделист Конструктор "ВО ИМЯ НАДЕЖНОСТИ"
Нет ничего интересней радиоуправляемых! Таково мнение даже тех, кто впервые провел по замысловатой трассе сложнейшую гоночную автомодель-копию. Действительно, чтобы заставить мчаться по извилистой траектории со «взрослой» скоростью (она достигает порой чуть ли не сотни километров в час!) эффектную спортивную микромашину, необходимо полное слияние спортсмена со своим творением.
И вот эта первая модель отлажена и прошла основные испытания. Но ведь она была сделана по готовым чертежам... И ребят начинает разбирать «зуд творчества», так хорошо знакомый истинным моделистам. Наверняка что-то можно улучшить, что-то сконструировать по-другому, чтобы машина оказалась самой быстрой на трассе. Нередко в результате на листах ватмана появляются эскизы с мудреными кинематическими схемами передач и подвесок, модель усложняется все больше и больше...
Но многие при этом не учитывают важнейшего фактора — надежности всей модели в целом. Ввели в схему передачи дифференциал — машина будет устойчивее на поворотах, однако для этого потребуется установить десяток новых деталей. Независимая подвеска на пользу ходовым качествам, но тут также не обойтись парой «железок». А ведь каждый дополнительный узел — место возможного отказа! Введение новых и новых элементов уменьшает вероятность удачи в заездах, что, кстати, нередко подтверждается и на соревнованиях. Но, возразите вы, разве можно первоклассную радиоуправляемую сделать простой? Разумеется, нет, а вот постараться уменьшить число входящих к ее конструкцию узлов и деталей крайне желательно.
Давайте попробуем сконструировать автомодель, удовлетворяющую всем требованиям современных соревнований. Естественно, первой задачей будут выбор двигателя. Если делать это, ориентируясь на максимальную мощность, то может показаться, что подходит и двигатель с рабочим объемом 2,5 см3. Но такой мотор на радиоуправляемой модели вряд ли будет надежен. Дело в том, что высокофорсированный двигатель весьма капризен в регулировке, стабильность режима его работы обеспечить трудно. К тому же и частота вращения вала у него такова, что без двухступенчатого редуктора не обойтись. А это и «лишние» детали, и значительные потери мощности.
Как же быть? Лучше всего, конечно, поставить мотор с рабочим объемом 3.5 см3. Хотя таких наша промышленность пока не выпускает, существует отличный серийный двигатель КМД-2,5, доработать который ничуть не сложнее, чем изготовить качественный двухступенчатый редуктор.
Вот что с ним следует сделать. Подрезав задний торец картера, вместо штатной задней стенки установите стенку от «Ритма». Расточим на один миллиметр внутренний диаметр рубашки цилиндра и обрежем ее верх. Теперь в двигателе удастся разместить цилиндро-поршневую пару диамером 17 мм. Рабочий объем такого мотора составит 3,4 см3. Новую гильзу лучше выточить из латуни ЛС-59. Пользуясь в качестве образца серийной, прорежьте в заготовке перепускные и выхлопное окна. После предварительной притирки зеркало цилиндра хромируется, затем следует окончательная притирка. Гильза крепится обычным способом — ее буртик зажимается между торцом доработанной рубашки и дополнительной головкой охлаждения, замыкающей объем цилиндра и несущей калильную свечу. Поршень вытачивается из алюминиевого сплава АЛ-25 или АЛ-26 и притирается по готовой гильзе. Расстояния от кромок окон гильзы до оси коленвала и продольные размеры поршня остаются такими же, как на КМД-2,5, поэтому все прочие детали двигателя используются без доработки. Переделанные таким образом моторы сохраняют отличный запуск, свойственный КМД-2,5, хорошо держат заданный режим и развивают солидную мощность.
Теперь дело за автоматической муфтой сцепления. Вариантов ее конструкции множество. Однако требование к ним одно — передавать максимальную мощность с минимальными механическими потерями, четко отключая двигатель, при выходе его на средние обороты. Без идеальной соосности отдельных деталей этого не добиться, так же как и не избавиться от биения выходного элемента (шестерни). Для снижения потерь немаловажна и разгрузка носового подшипника коленчатого вала, осуществляемая за счет уменьшения консольности расположения этой шестерни.
Перебрав известные конструкции, можно заметить, что каждой в той или иной степени присущи недостатки. Избавиться от них позволит... упрощение узла! Крепление маховика винтом, входящим в пропиленную на валу лыску (аналогичное крепление встречается на скоростных двигателях «Торпедо» и ТВА-15), значительно уменьшает занимаемую маховиком длину, и на гладком участке вала остается место для посадки ведомого барабана. Задача, таким образом, решена. В нашей муфте всего две детали, и между ними соосность идеальная, консольность шестерни уменьшена более чем в два раза по сравнению с известными вариантами.
Ведомый барабан муфты сцепления получается установленным на подшипнике скольжения малого диаметра — и это будет ничуть не хуже, чем на шарикоподшипниках, ведь барабан вращается на валу лишь при холостом ходе двигателя. А чтобы он не сползало вала, зафиксируем его пружинным стопорным кольцом, входящим в канавку на коленвале. Резьбовой хвостовик, ставший ненужным, можно срезать, тем более что крепление гайкой в условиях жестких вибраций оказывается ненадежным.
Тем, кто не сможет выполнить барабан зацело с ведущей шестерней, рекомендуем сборный вариант. Изготовьте сначала из прутка шестерню, а затем отдельно сам барабан. Его следует выточить с припусками по всем размерам. После подгонки стыка (проточка за венцом шестерни заканчивается фаской в 45°, в щеке барабана — ответная фаска) спаяйте детали латунью или, что лучше, серебром. Проследите, чтобы припой не затек на зубья шестерни. Бронзовую втулку в таком варианте лучше не ставить, поэтому отверстие в шестерне должно иметь 6 мм.
Теперь решим, стоит ли устанавливать на модели дифференциал. Автомоделисты не без оснований считают, что это устройство позволяет устойчиво проходить самые крутые виражи, не теряя драгоценных секунд на предварительное торможение.
Но вспомните, как эффектно проходят не менее сложные повороты картингисты! Причем при уникальной маневренности у их машин нет дифференциала, он упразднен как лишний, уменьшающий надежность узел. Так почему бы и нам не воспользоваться опытом этого близкого по требованиям, предъявляемым к «автомобилям», спортивного класса?
Рис. 1. Компоновочная схема радиоуправляемой автомодели-копии:
1 — фигурка водителя, 2, 4 — аккумуляторный блок питания радиоаппаратуры, 3 — кузов, 5 — силовая установка с задним мостом, 6 — управляемый карбюратор с воздушным фильтром, 7 — топливный бачок, 8, 19 — теплоизоляционный экран, 9 — тяга управления тормозом и карбюратором, 10 — приемник радиоаппаратуры, 11 — рулевая машинка газа и тормоза, 12 — передний мост в сборе, 13 — рулевая машинка поворота, 14 — шасси, 15 — гнездо крепления спойлера, 16 — предохранительный механизм рулевой машинки поворота, 17 — регулируемая тяга, 18 — рессора подвески переднего моста, 20 - глушитель, 21 — выхлопная труба.
Проблему пробуксовки одного из ведущих колес на повороте картингисты решают просто. Оси цапф передних колес картов наклонены так, что при отклонении их от нейтрали соответствующее колесо одного борта немного приподнимается, другое, наоборот, становится ниже. Из-за наклона во внешнюю сторону виража машина переходит на три колеса, отрывая от дорожки «внутреннее» ведущее. Тем самым создаются условия для свободного вращения приподнятого ведущего колеса и увеличивается нагрузка на другое, оставшееся в контакте с дорогой. А это уменьшает вероятность заноса на крутом вираже. Для автомоделей можно рекомендовать следующие значения углов наклона осей поворота цапф: назад 15—20°, наружу 6—10° (при виде сверху). Подобная схема скашивания всего автомобиля при прохождении виражей хорошо выполняет свои функции, если шасси имеет достаточную жесткость на кручение, поэтому лучше его пластину-основание изготавливать из дюралюминия, а не из стеклопластика, который все чаще применяется на современных моделях.
Подведем итог нашей конструкторской работы. При обеспечении всех требований по прохождению поворотов мы избавились от сложного узла. Надежность модели в целом повышена. И не только надежность... Вы никогда не пробовали подсчитать, сколько «тормозов» стоит на пути потока мощности от двигателя к колесам? Взгляните на схему современной радиоуправляемой. Кроме автоматической муфты сцепления, в передаче установлено 10—11 сравнительно крупных шарикоподшипников, как минимум одно коническое зацепление, четыре-шесть карданных сочленений... А на поворотах начинает работать дифференциал и подключаются еще две пары конических шестеренок и два шарикоподшипника! Не многовато ли для микромотора с ничтожным вращающим моментом? Ведь его большая мощность — результат только высоких оборотов. К тому же, как ни старайся сделать детали трансмиссии поточнее, воздействие пыли и песка быстро сведет эту работу на нет. Так что упрощенная кинематическая схема всего лишь с двумя подшипниками качения явно предпочтительнее и меньшими механическими потерями передачи, чувствительно влияющими на максимальную скорость радиоуправляемой.
Несколько слов о единственной в модели зубчатой паре. При подборе ее параметров старайтесь сделать диаметр ведущей шестерни поменьше. Хотя это и увеличивает боковую нагрузку на подшипник коленчатого вала, для нас более важно, что при этом уменьшаются потери, связанные с работой зацепления на нормальных для нее нагрузках. А ведь высокий КПД зубчатой передачи достижим только при соответствии их расчетным, при недостаточной загруженности КПД передачи существенно снижается.
Рис. 2. Силовая установка с ведущим мостом:
1 — диск колеса (Д16Т), 2 — шина (пористая резина), 3 — гайка крепления колеса, 4 — штифт (проволока ОВС), 5 — доработанный двигатель КМД-2,5, 6 — дополнительная головка охлаждения (Д16Т), 7 — поводок колодки сцепления (30ХГСА), 8 — маховик (ЗОХГСА), 9 — колодка сцепления (текстолит),10 — ведомый барабан (40Х), 11 — пружинное кольцо (проволока ОВС), 12 — винт крепления маховика, 13 — втулка (бронза), 14 — фиксирующая шайба, 15—вал (ХВГ), 16 — кольцо фиксации подшипника (ЗОХГСА), 17 - шарикоподшипник 8 X Х22, 18 — ведомая шестерня (капрон), Ш — ступица шестерни (Д16Т), 20 — ступица диска тормоза (ЗОХГСА),21 — качалка башмак (Д16Т),22 — ось качалки (ЗОХГСА), 23, 27 — разрезная шайба,24 — диск тормоза (40Х), 25 — башмак тормоза (текстолит), 26 — рама (Д16Т). Отверстия под винты крепления двигатели сверлить при сборке.
Вот теперь, пожалуй, можно начать прорисовку моторамы, являющейся одновременно и основанием заднего моста. Многие моделисты в стремлении облегчить работу над этой деталью сводят ее к изготовлению отдельных мелких элементов, собираемых на винтах в одно целое. Но в действительности это упрощение совсем не полезно для модели. Сборная моторама не обеспечивает соосности валов и подшипников, винты крепления — дополнительная ненадежность ходовой части (едва ли вас хоть раз, да не подводил отвернувшийся от вибрации винт или болт, а если этих элементов пятнадцать - двадцать?), в сумме жесткость детали низкая. Поэтому не пожалейте времени и отфрезеруйте мотораму из целого куска дюралюминия. Такая работа в конце концов займет значительно меньше времени, чем изготовление ряда отдельных, пусть и более простых, деталей, не говоря уже о сложности их взаимной подгонки. Корпус тормозного устройства также желательно выполнить за-цело с моторамой. При ее прорисовке прежде всего решите, как расположить цилиндр двигателя. Вертикальное его положение обеспечит лучшие условия для охлаждения мотора, горизонтальное — существенно снизит центр тяжести, сделает модель устойчивее на поворотах. К тому же на модели не будут видны элементы рубашки охлаждения микродвигателя, выступающие через-неуместные для копии большие отверстия в кузове. Будем считать, что устойчивость машины для нас важнее.
А удовлетворительный тепловой режим мотора обеспечим увеличением площади ребер дополнительной головки цилиндра. Сложен подход к калильной свече? Сделайте от нее отвод в бортовому микроштеккеру и попробуйте модель в работе. Наверняка вы скажете, что пользоваться таким разъемом в любом случае удобнее, чем обычным громоздким свечным штеккером.
Осталось... выбрать прототип для копии. В общем-то, с этого обычно начинается работа над радиоуправляемой, но в предложенной вашему вниманию статье хотелось рассказать прежде всего об основах конструирования сложнейших радиокопий, их наиболее важного элемента — ходовой части.
Рис. 1. Доработка двигателя КМД-2,5:
1 — гильза (латунь ЛС-59, пунктирными стрелками показано направление обработки вертикальных кромок боковых перепускных каналов), 2 — поршень (Ал-25, притирать по гильзе), 3 — головка цилиндра (Д16Т, анодировать в черный цвет, камеру сгорания от анодирования предохранить и полировать), 4 — прокладка (мягкая алюминиевая фольга), 5 — доработка рубашки цилиндра, 6 - доработка картера. 7 — доработка золотника.спечивает регулируемый карбюратор не совсем обычной конструкции.
Вспомните, сколько прецизионных деталей в классическом «радиокарбюратором — корпус и сопряженная с ним поворотная футорка, довольно сложный жиклер с рядом уплотнений. Далеко не каждый моделист имеет возможность изготовить такое капризное в наладке устройство. Попытки же упростить его приводили к ухудшению приемистости моторе, значительному повышению оборотов малого «газа».
Положение может спасти... дальнейшее упрощение узла (кстати, повышающее надежность его работы). Стоит ввести в схему второй жиклер простейшего типа — его вы снимете с отслужившего свой срок «Метеора», — как появляется возможность заменить сложную поворотную футорку простейшей жестяной заслонкой воздуха, напрессованной на проволочную ось-рычаг.
Принцип действия такого карбюратора прост, а работает он не хуже, чем серийные. При полностью открытой заслонке, когда двигатель развивает максимальные обороты, скорость потока в карбюраторе наибольшая, топливо поступает через первый жиклер, открытый до такой же степени, что и в обычных карбюраторах. Второй жиклер (нижний) фактически в подаче топлива не участвует, так как почти полностью закрыт и находится в аэродинамической тени от первого и от заслонки. Если же последнюю начать поворачивать, закрывая проходное сечение воздушного канала, произойдет перераспределение подачи смеси. Значительное падение скорости воздушного потока (задросселированный двигатель сбросил обороты) обусловит и резкое уменьшение разрежения в районе первого жиклера — поступление через него топлива снизится почти до нуля. Зато сильное разрежение под закрытой заслонкой заставит вступить в действие жиклер малого «газа».
Регулировка устройства несложна. Полностью перекрыв иглу малого «газа» и открыв при этом заслонку, выведите двигатель на максимальные обороты. Закрывая проходное сечение воздушного канала и подбирая положение иглы малого «газа», добейтесь устойчивости режима холостых оборотов. Останется лишь еще раз уточнить регулировку первого жиклера после возврата заслонки в позицию полный «газ».
Рис. 2. Управляемый карбюратор:
1— золотниковая распределительная стенка от двигателя «Ритм», 2 — корпус карбюратора (Д16Т), 3 — ось заслонки (проволока ОВС Ø 1,5 мм), 4 —жиклер большого «газа», 5 — заслонка (луженая жесть), 6 — жиклер малого «газа», 7 — корпус воздушного фильтра (Д16Т), 8 — крышка (Д16Т), 9 — редкая капроновая ткань, 10 — фильтр (поролон толщиной 2—3 мм).
При отладке действия радиоаппаратуры обратите особое внимание, на соответствие ходов рычагов заслонки карбюратора и тормоза. Изменяя длину оси-рычага заслонки и переставляя тягу по отверстиям качалки тормоза, добейтесь, чтобы при полностью закрытой заслонке шток (или диск) рулевой машинки был выведен в крайнее положение. Не забудьте, что на единой раздваивающейся тяге в ус тормоза должен быть введен пружинный элемент, начинающий растягиваться (удлиняться) после касания башмаком тормозного диска при срабатывании машинки «газа». Тогда сила прижатия башмака будет зависеть от жесткости пружины «эластичного» элемента и перемещения тяги — таким образом обеспечивается плавное включение тормозной системы. На модели. установлен двухкамерный глушитель. Перфорированная мембрана, значительно уменьшающая уровень шума выхлопа, расположена посередине объема глушителя и имеет восемь отверстий 6 мм. Выхлопной патрубок, выгнутый и спрофилированный по месту в модели и патрубку двигателя, входит в первую камеру глушителя по касательной к окружности корпуса. После подгонки стыка патрубок закрепляется винтом и шов заливается эпоксидной смолой, смешанной с алюминиевой пудрой. Выхлопная трубка крепится во второй камере перпендикулярно поверхности корпуса. Крышки глушителя, выточенные, как и корпус, из дюралюминия, стягиваются трубчатой шпилькой, которая фиксирует одновременно и стальную мембрану. Рекомендуемое внутреннее сечение выхлопной трубки не больше 50 мм2, что соответствует диаметру 8 мм. Площадь поперечного сечения выхлопного патрубка около 100 мм2.
Топливный бачок и механизм защиты рулевой машинки поворота от ударных нагрузок по конструкции аналогичны установленным на радиоуправляемой модели Е. Петрова (см. «М-К» № 6, 8, 10, 12 за 1979 г).
Листовые рессоры подвески переднего моста должны быть весьма жесткими. Основная их задача — предохранить шасси от случайных резких ударов, в нормальных же условиях заезда рессоры не деформируются, являясь как бы абсолютно жесткими. Только при выполнении этих условий эффект «перекоса» модели при повороте (вспомните конструкцию подвески передних колес) проявится в полной мере.
Д. ШЕПИЛОВ
Материалы касательно микродвигателя КМД-2,5
Вторая жизнь КМД-2,5 с цветной парой от ЦСТКАМа
Переделка и модернизация КМД-2,5 в калильный вариант.
КМД-2,5 легендарный авиамодельный двигатель.
"Комодик" внук легендарного КМД-2,5 от Василькова Николая