Wyważanie śmigieł

ŚMIGŁA.
 
W praktyce modelarza lotniczego RC i w prawie wszystkich klasach z wyjątkiem szybowców spotykamy się ze śmigłami jako jednym z elementów napędów modeli. Śmigła generalnie dzielimy na kilka grup, są to śmigła szybko i wolnoobrotowe, dwu i i wielo łopatkowe, stałe i składane. Śmigła do modeli spalinowych i śmigła do modeli elektrycznych. Pomijam tutaj napędy typu EDF, śmigła modeli halowych 4D o zmiennym skoku, oraz eksperymentalne śmigła jedno łopatkowe. Wszystkie te śmigła wymagają przed ich użyciem wyważenia. W przypadku śmigieł wiodących firm często śmigła wyważone są już na etapie produkcji, jednak nie zaszkodzi nawet w domowych warunkach faktu tego sprawdzić. Nie wyważone śmigło bywa przyczyną nadmiernych wibracji konstrukcji modelu, wpływa na trwałość łożysk napędu, działanie elektroniki modelu, luzowanie się połączeń śrubowych. W przypadkach skrajnych może doprowadzić nawet do bardzo poważnych skutków, katastrofy, pokaleczenia, czy też rozbicia modelu. Tyczy to zarówno szybkoobrotowych śmigieł modeli spalinowych – ok 16-18 tyś obrotów, jak i śmigieł modeli klasy Slow-Fly, których prędkość waha się w granicach 5-6 tyś obrotów.
 
Różnorodność śmigieł to głównie materiał z jakiego są wykonane, kształt łopatek, przeznaczenie samego śmigła, prędkość z jaką śmigło się obraca . Na fotografii 1 widzimy od lewej śmigło napędu elektrycznego o małej średnicy i dużym skoku, śmigło wolnoobrotowe klasy Slow-fly, tradycyjne śmigło 8x4 do napędu modelu elektrycznych, śmigło APC, oraz śmigła do napędu modeli spalinowych, gdzie żółte wykonane jest z tworzywa sztucznego, zaś czarne z kompozytu węglowego
Śmigła napędów elektrycznych z reguły są śmigłami i o mniejszej masie, cieńszych łopatkach i większej elastyczności.
 

Foto. 1
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"
 
Natomiast śmigła modeli spalinowych charakteryzują się większą masą łopat, dużo większą sztywnością konstrukcji i znaczną wytrzymałością konstrukcji. Tyczy to zarówno śmigieł wykonanych z tworzyw, kompozytów jak i drewna. Ze względów bezpieczeństwa pamiętać musimy o tym by stosować odpowiednie śmigła do zespołu napędowego, o ile zastosowanie śmigła spalinowego w napędzie elektrycznym w przypadku śmigła dobrze wyważonego raczej niczym złym nam nie grozi, o tyle zastosowanie śmigła typowo elektrycznego w silniku spalinowym może mieć bardzo przykre skutki.
 
Na fotografii 2 widzimy różne śmigła, a raczej łopatki napędów elektrycznych stosowanych w motoszybowcach. I tutaj możemy wyróżnić napędy wolnoobrotowe o dużej średnicy śmigła, jak i napędy znacznie szybsze, gdzie średnica jest mniejsza, ale skok łopatek większy.
Same łopatki wykonane mogą być z różnych tworzyw, jedne wiotkie (cecha śmigieł firmy Multiplex ) inne bardzo sztywne, jak łopaty firmy CamProp wykonane z kompozytów. Łopaty tych śmigieł też wymagają przed ich użyciem sprawdzenia i wyważenia.
 
 
Foto. 2
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"

Śmigła poddajemy procedurze wyważania przed ich pierwszym użyciem, jak i po każdej kraksie, otarciu czy też innym zdarzeniu, które mogło mieć wpływ na zachowanie. Śmigła pęknięte, mocno wyszczerbione, czy też w inny sposób uszkodzone dyskwalifikujemy i odkładamy na bok ze względu na nasze i innych bezpieczeństwo.

WYWAŻARKI.
 
Aby sprawdzić i wyważyć śmigło potrzebna nam będzie do tego odpowiednia wyważarka.
Oczywiście cały czas mówię o wyważaniu w warunkach domowych, czyli o wyważaniu statycznym śmigła.
Sama wyważarka jest bardzo prostym urządzeniem składającym się z kilku elementów.
 
Część główną stanowi oś wyważarki wykonana z pręta stalowego z obydwu stron zakończona stożkowato. Sama oś może być gładka lub nagwintowana zależnie od zastosowanego sposobu mocowania obsad śmigła.
W przypadku pręta gładkiego obsady mocowane są na wcisk, ich trwałe ustawienie na osi realizowane jest poprzez gumowy pierścień znajdujący się we wnętrzu obsady. W przypadku pręta gwintowanego same obsady też są gwintowane i nakręcane na ten pręt.
Na fotografii 3 u dołu wyważarka z obsadami wciskanymi zaś powyżej dwie wyważarki z osią gwintowaną, gdzie środkowa gwintowana jest na całej swej długość.


Foto. 3
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"

Proces kontroli i wyważania rozpoczynamy od zamocowania śmigła w wyważarce.
Samo śmigło powinno być czyste pozbawione przyklejonych resztek trawy i innych zanieczyszczeń na całej swej powierzchni.
Zależnie od wyważarki śmigło mocujemy poprzez ściśnięcie lub skręcenie go pomiędzy obsadami. Obsady osadzamy częścią stożkowatą do wewnątrz. Ma to na celu wyosiowanie samego śmigła na pręcie wyważarki. Śmigło nie może nam luźno „latać” na osi, musi być na „sztywno” zaciśnięte.
 
 
 
Foto. 4
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"
 
METODY WYWAŻANIA.
 
Wyważanie samego śmigła może odbyć się jedną z kilku metod. Metoda najprostsza przydatna szczególnie w warunkach polowych to kontrola śmigła pomiędzy palcami. Ujmujemy delikatnie wyważarkę pomiędzy palcami wskazującym i kciukiem starając się by oś wyważarki znalazła się w poziomie. Praktycznie nie ściskamy samego pręta wyważarki pozwalając mu w miarę luźno kręcić się.
Proces ten pokazany jest na fotografii 5.
 
 
 
Foto. 5
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"

Fotografia 6 ukazuje proces kontroli śmigła z wykorzystaniem wyważarki i dwóch szklanek
 
Foto. 6                                                                                     Foto. 7
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"
 
Na równej powierzchni ustawiamy dwie szklanki. Pomiędzy tymi szklankami opieramy ośkę wyważarki z nasadzonym śmigłem. Metoda następna – fotografia 7, to wykorzystanie dwóch żyletek i kawałka klocka drewnianego. Równolegle do siebie w kawałku klocka balsowego, styropianu, styrodurze lub podobnym tworzywie osadzamy dwie żyletki. Ważnym jest by żyletki były wypoziomowane. Na tak zrobionym „urządzeniu” kładziemy nasze śmigło osadzone na pręcie wyważarki..
Przedstawione powyżej trzy metody mają to do siebie, że ich precyzja jest mało dokładna, aczkolwiek pozwalają nam na przeprowadzenie samego procesu wyważania. Głównym powodem wpływającym na precyzję pomiaru jest tracie, tarcie pomiędzy końcami wyważarki a palcami, tarcie na krawędziach szklanki czy też żyletek. Jedynym antidotum na wyeliminowanie do minimum tarcia jest użycie wyważarki magnetycznej.
 
Foto. 8                                                                                     Foto.9
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"
 
Fotografie 8 i 9 przedstawiają uniwersalną wyważarkę magnetyczną firmy MODELCRAFT.
Jej uniwersalność polega na tym, że pręty wyważarki mogą być osadzane w przypadku cięższych śmigieł na łożyskach kulkowych, w przypadku śmigieł lżejszych na łożyskach magnetycznych. Wyważarka wyposażona jest też w kontrolną poziomicę, która pozwala nam na precyzyjne jej ustawienie. Urządzenie to pozwala nam na kontrolę łopat śmigłowcowych, kołpaków, kół samochodów RC , śrub modeli pływających.
Jej ograniczeniem jest w mojej opinii mała przestrzeń pod śmigłem, nie pozwalająca na to by śmigło swobodnie się obracało.



Na fotografii 10 wyważarka magnetyczna innego producenta zaopatrzona jedynie w mocowanie magnetyczne pręta. Niestety też zbyt niska moim zdaniem.
 
W ofercie naszej firmy znajdują się wyważarki magnetyczne kilku firm.
 
 
 
Q-MODEL - http://modelmotor.pl/wywazarka-reczna-do-smigiel-176-q-model.html
 

 
Foto.10
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"
 
W przypadku, gdy nie mamy dostępu do takowej wyważarki małym nakładem środków możemy samemu sobie zbudować takowe urządzenie. Materiałem wyjściowy,m może być sklejka, plexi, płyty plastikowe itp.
 
 
Potrzebne nam będą jedynie :
- sama wyważarka prętowa
- magnesy neodymowe
 
 
Istotnym jest by sama wyważarka prętowa,a właściwie jej główny element, czyli pręt były ze stali magnetycznej. W przypadku gdy nabędziemy wyważarkę z prętem amagnetycznym możemy go wymienić na pręt pozyskany z napędu CD-romu. Na takowych właśnie prętach mocowana jest głowica tych czytników.
Jedynie co musimy zrobić to w miarę precyzyjnie zeszlifować końcówki pręta w ostre stożki.
 
 
 
 
Foto.11                                                                                          Foto.12
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"
 
Fotografie 11 i 12 przedstawiają tak zbudowaną wyważarkę we własnym zakresie, gdzie rama nośna i podstawa zostały wycięte z plexi o grubości 5 mm.
Elementy te zostały ze sobą sklejone klejem do łączenia twardych plastików. Dodatkowo w ramie został nawiercony otwór, w którym chowana jest sama wyważarka prętowa zabezpieczając w ten sposób precyzyjnie wyszlifowane końcówki przed stępieniem czy też innym uszkodzeniem. Wymiary ramy zostały tak dobrane by śmigło o średnicy 20 cali swobodnie obracało się w całym urządzeniu.
 
 
PROCES WYWAŻANIA.
 
Nie zależnie od tego czy używamy szklanek, żyletek, rąk, czy też stojaka magnetycznego istotnym jest, by pręt z osadzonym śmigłem były odpowiednio wypoziomowane. W przypadku wyważarek magnetycznych często okazuje się że sama wyważarka prętowa wymaga wstępnego wyważenia. Może się okazać, że któryś z trzpieni mocujących śmigło sam nie jest wyważony i to będzie nam generować zafałszowanie wyniku.
Postępujemy w ten sposób, że wpierw wpinamy w ramę magnetyczną sam pręt z założonym jednym trzpieniem. Obracamy całość i sprawdzamy czy przypadkiem nasz pręt nie zatrzymuje się za każdym razem w tej samej pozycji. Jeśli coś takowego następuje, znaczy to że trzpień nie jest równo wyważony. Niwelujemy tą wadę poprzez delikatne spiłowanie go z cięższej strony pilnikiem diamentowym. Powtórnie kontrolujemy zachowanie pręta. Postępujemy tak aż do momentu gdy z dowolnej pozycji po kilku obrotach pręt ostawi nam się w pozycji dowolnej, za każdym razem innej. W ten sam sposób kontrolujemy drugi trzpień mocujący wyważarki. Następnie zakładamy oba trzpienie na pręt i sprawdzamy całość wielokrotnie.
 
Dopiero po takiej operacji możemy przystąpić do wyważania samego śmigła. Śmigło mocujemy pomiędzy trzpieniami zaciskając je, lub skręcając zależnie od samego pręta.
Jeśli budowa ( sposób nagwintowania ) pręta pozwala nam na przesunięcie do jednej z krawędzi, mocujemy śmigło w ten sposób. Dlaczego właśnie tak ?, a nie na środku.
Pamiętać musimy że wyważarka magnetyczna z jednej strony tylko dotyka magnesu, z drugiej zaś pręt „wisi” w powietrzu, dlatego też śmigło mocujemy od strony, gdzie pręt styka się z magnesem.
 
Widzimy to na fotografii 13.
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"

Śmigło zostało umocowane z prawej strony pręta, tej która bezpośrednio dotyka magnesu, druga strona wisi w powietrzu.
Gdybyśmy śmigło zamocowali na środku lub z lewej strony zbyt słaby magnes mógłby nie utrzymać tak całości lub też pręt pod obciążeniem lekko opadłby w dół.
W tym momencie widzimy na co powinniśmy zwrócić uwagę budując we własnym zakresie taką wyważarkę. Otóż rozpiętość ramion deprymowana jest długością samego pręta. Ramę z magnesami budujemy tak by pomiędzy końcówką pręta a czołem magnesu zachowana była odległość ok 0,2 – 0,5 mm.


Foto. 13
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"

Tak zamocowane śmigło lekko obracamy i czekamy aż się zatrzyma. Jeśli któraś z łopatek śmigła jest cięższa, to właśnie ta łopatka opadnie nam na dół.
Czynność obrotu powtarzamy.
 
Powinniśmy otrzymać dokładnie ten sam wynik. Zdejmujemy pręt oraz śmigło z ramy i delikatnie papierem ściernym od strony dolnej krawędzi spływu zeszlifowywujemy materiał.
 
Znów wpinamy nasz pręt i śmigło w ramę i obracamy czekając na efekt. Czynność tę powtarzamy wielokrotnie, aż do momentu w którym śmigło zatrzyma się w pozycji poziomej, lub w każdej innej za każdym razem.


Foto.14
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"
 
To będzie odznaczało, że obie łopatki mają tą samą wagę, a śmigło jest prawidłowo wyważone.
W przypadku, gdy śmigło za każdym pomiarem ustawia nam się poziomo w tej samej pozycji, odznacza to ,że pomimo jednakowych ciężarów obu łopatek mamy do czynienia z rożnie umiejscowionymi środkami ich mas.
Wyjaśnia to fotografia 14.
Na górnym rysunku mamy układ idealny i zrównoważony. Środki mas łopat oddalone są jednakowo od środka śmigła ( A=B ) oraz znajdują się w tej samej linii – oś X
Natomiast na rysunku dolnym pomimo tego, że A=B, to środek masy prawej połówki leży poniżej środka masy połówki lewej. To śmigło zawsze będzie przyjmowało taka pozycję końcową w trakcie wyważania.
W takim przypadku możemy spróbować zniwelować tę różnicę.
Powodem też może być sama piasta śmigła cięższa z jednej strony. Wykluczam w tym momencie śmigło, w którym otwór nie jest centralnie wywiercony, to da się zauważyć już w trakcie nakładania samego śmigła na pręt.
Dolną część piasty zaznaczamy markerem, wystarczy kropka. Sprawdzamy czy śmigło zawsze zatrzymuje się w tej samej pozycji, to znaczy kropką w dół.
Możemy teraz delikatnie piastę nawiercić od strony kropki. Wystarczy mały otwór wiertłem o średnicy 2 mm. Proces ten cały czas kontrolujemy kolejnymi pomiarami. Oczywiście musimy zdawać sobie sprawę z tego, by nadmiernie nie osłabić kolejnymi otworami piasty śmigła.
 
Generalnie jednak wystarczy nam, że śmigło nie zwala się jedną łopatą w dół.
Idealnie by było gdyby śmigło zatrzymywało się za każdym razem w dowolnej pozycji kątowej lub poziomo raz z jednej raz z drugiej strony.
Zazwyczaj jednak ideału nie osiągniemy. Jeśli po wyważeniu śmigła w ten sposób, to znaczy wzdłuż osi X śmigło, a raczej cały napęd dalej nam drga i bije, to takie śmigło wymieniamy na inne.
Oczywiście pomijam w tym momencie wpływ uszkodzonego kołpaka, krzywej osi silnika, czy też inne czynniki leżące poza samym śmigłem.
 
Na większe problemy natrafimy w trakcie kontroli łopatek śmigieł składanych. Wszak to dwie osobne łopatki nie połączone ze sobą na sztywno. W celu skontrolowania i ewentualnej korekty posłużyć się musimy dodatkowym mocowaniem takich łopatek do wyważarki.
Jak to zrealizować ?. Pomocnym nam będzie element łączący łopatki z prętem wyważarki.
Fotografia 15 pokazuje nam dokładnie taką właśnie przejściówkę.
Na wał wyważarki nasadzona jest płytka wycięta z aluminium. Ważna jest precyzja same płytki i jej wcześniejsze wyważenie. Przez środek płytki wywiercony jest otwór, przez który przechodzi pręt ( wał ) wyważarki.


Foto.15
Źródło: archiwum Tomasz Motyl "Motylasty"
 
Płytka jest mocno ażurowana celem zmniejszenia jej masy. Na końcach płytki nagwintowane z obu stron dokładnie w tej samej odległości otwory, w które wkręcamy śrubkami M3 łopatki śmigła.
Jedna z łopat montowana jest od góry płytki, druga od dołu. Łopaty na sztywno dokręcamy do płytki z zachowaniem idealnej geometrii i symetrii układu. W ten sposób z dwóch łopat budujemy „sztywne” śmigło.
Dopiero teraz możemy przystąpić do ważenia i ewentualnych korekt którejś z łopatek.
 
Przedstawione sposoby ważenia nie wyczerpują w całości wszelkich aspektów. Analogicznie jak śmigła dwu łopatkowe wyważamy śmigła o większej ich ilości.
Zwrócić jeszcze chciałbym uwagę na fakt, że w trakcie wyważania staramy się ujmować materiał po stronie cięższej łopatki, a nie dociążać łopatkę lżejszą poprzez doklejanie wszelkich tasiemek, naklejek itd.
W trakcie eksploatacji może dojść do oderwania czy też odklejenia się takiego „obciążnika”.
Nawet kawałeczek taśmy klejącej wpadający nam z impetem w oko potrafi nieźle nabroić.
Bezpieczeństwo nasze i innych to rzecz najważniejsze na każdym etapie budowy, eksploatacji i całej zabawy w modelarstwo.
 

Kwiecień 2014,  Tomasz Motyl "Motylasty", Zdjęcia: archiwum własne