Проектирование детали летательного аппарата

Федеральное агентство по образованию  
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования 
Самарский государственный аэрокосмический университет 
имени академика С. П. Королева

Кафедра КиПЛА

Лабораторная работа №1 
Проектирование детали летательного аппарата 
Вариант 3э1 

Выполнил студент гр. 1403 
Власов С.А. 
Проверил: 
Резниченко Г.А.

Самара 2012 

Задание.  
Спроектировать кронштейн со стороны закрылка, выполнить  
рабочий чертеж

=30000Н;  αº=45º;  В=60мм;  Г=100мм;  H=80мм

Рис. 1 – Задание на лабораторную работу  
Анализ задания. Определение назначения детали и условий ее работы. Разработка требований к детали.

 

Необходимо спроектировать кронштейн со стороны закрылка. Он присоединен к закрылку в точках 1,2. В точке 3 к кронштейну подводится тяга управления закрылком под углом αº=45º. Кронштейн предназначен для обеспечения управления закрылком. Условия работы кронштейна:

- предположим, кронштейн  расположен в негерметичном отсеке, доступ для осмотра затруднен;

- окружающая среда-воздух; температура эксплуатации от -60º  до +50º С;

Сформулируем требования к проектируемой детали.

- минимальное трение  в соединении с кронштейном  со стороны крыла;

- исключение возможности  заклинивания в соединении с кронштейном со стороны крыла.

 Кроме этого к  детали предъявлены дополнительные  требования:

- кронштейн должен  иметь минимальную массу;

- достаточную прочность  и жесткость;

- ресурс, равный ресурсу планера  самолета;

- при производстве кронштейна  должен использоваться техпроцесс, обеспечивающий серийное производство с минимальными затратами;

- должна быть обеспечена простота  установки детали;

- при определении форм и сечений  детали должны быть использованы  апробированные ранее решения.

Эскизы кронштейнов, аналогичных проектируемому, приведены на рис. 2.

 

а).

б).

Рисунок 2 – Эскизы деталей-аналогов

Кронштейн 1 (рис. 2, а) установлен на закрылке самолета, служит для обеспечения  управления закрылком. Деталь выполнена  из алюминиевого сплава методом горячей штамповки и устанавливается на закрылок с помощью четырех болтов, работающих на разрыв. В проушину кронштейна запрессован подшипник, с помощью которого обеспечивается минимальное трение в соединении с кронштейном со стороны крыла. Деталь технологична.

Кронштейн 3 (рис. 2,б) существенно отличается от первого. Он выполнен без подошвы и крепится болтами к специальным проушинам на закрылке. В месте соединения с тягой кронштейн выполнен в виде «вилки».

 

2. Определение реакций  опор. Подбор болтов.

Определим реакции опор в точках 1 и 2 с помощью уравнений равновесия:

  

  

  

  

Подберем болты по статическим разрушающим нагрузкам  в точках 1, 2, 3. Диаметр болта определяет внутренний диаметр проушины детали.  
Подбираем болты марки стали 30ХГСА при t=25ºC. Запишем денные в таблицу:

№	Диаметр болта, мм	Статическая разрушающая  нагрузка, Н	Расчетная нагрузка, Н
1	6	19300	12747,6
2	8	34300	17677,5
3	8	34300	30000

 

 

 

3.1 Выбор материала.

Существует два основных способа изготовления заготовок деталей авиационных агрегатов: литье и горячая штамповка. Литье является наиболее экономичным способом получения деталей со сложными криволинейными поверхностями. Штамповка деталей применяется в серийном производстве. Она обеспечивает хорошие механические свойства тем, что в процессе пластической деформации уплотняется металл и повышается стабильность характеристик. Механические свойства литейных сплавов существенно ниже деформируемых. Проектируемый кронштейн выполнен без каких-либо сложных криволинейных поверхностей и должен обладать достаточно высокими механическими свойствами. Поэтому деталь необходимо изготовлять горячей штамповкой. Выпишем в таблицу круг возможных материалов:

Материал
30ХГСА	1100	900	7,85
АК-6	370	340	2,8
ОТ-4	900	800	4,55
MAI4TI	270	250	1,8

Из анализа таблицы  следует, что с точки зрения минимума массы наиболее подходящим является магниевый сплав. Но его недостаток – слабая коррозионная стойкость, и  контролировать целостность коррозионного  покрытия детали трудно. Следующий сплав с наименьшей плотностью – алюминиевый. Он дешевый и легко обрабатывается, поэтому для изготовления детали выберем материал АК-6.

Термообработка: закалка  и искусственное старение при  температуре 160º в течении 12 часов [4].

 

3.2 Расчет проушин.

Расчетные условия:

Материал АК-6, =340МПа. Разрушающие усилия на проушину:

Диаметры болтов в  проушинах: , , для точек 1,2 и 3.

1. Внутренний диаметр втулки  соответствует диаметру болта  . Внутренний диаметр проушины: , Δ=1,5 мм. μ-характер соединения (соединение втулка-проушина неразрывное, неподвижное), μ=1,3-1,5. Примем μ=1,4.

Вычислим толщину проушины:

 для стали 30ХГСА  =1100МПа; 

Т.к. МПа, МПа, , то вычислим толщину проушины  ;

=max( , )=3 мм. – толщина проушины в точке 1. В соответствии с ГОСТ 8032-84, принимаем =4мм.

МПа – напряжение смятия;

- избыток прочности;

мм; мм, где =3,5мм – минимальная перемычка для проушин из алюминиевых сплавов.

мм – ширина проушины. .

2. Внутренний диаметр втулки  соответствует диаметру болта  . Внутренний диаметр проушины: , Δ=1,5 мм,. μ-характер соединения (соединение втулка-проушина неразрывное, неподвижное), μ=1,3-1,5. Примем μ=1,4.

Вычислим толщину проушины:

 для стали 30ХГСА  =1100МПа; 

Т.к. МПа, МПа, , то вычислим толщину проушины

;

=max( , )=7,4мм. – толщина проушины в точке 2. В соответствии с ГОСТ 8032-84, принимаем =8 мм.

МПа – напряжение смятия;

- избыток прочности;

мм; мм, где =3,5мм – минимальная перемычка для проушин из алюминиевых сплавов.

мм – ширина проушины. .

Подбор подшипника

 

  

 

Подшипник подбираем  по статическим разрушающим нагрузкам. Наружный диаметр выбранного подшипника определяет внутренний диаметр и  толщину проушины детали.

 

 

Выбираем шарикоподшипник  радиальный сферический однорядный с двумя защитными шайбами  без сепаратора №980700.

d=10 мм, D=37мм, b=12мм,

Подшипник допускает  перекос оси внутреннего кольца относительно наружного. Вычислим избыток  прочности  ,

, где – число подшипников, в данном случае оно равно 1.

.

 

 

Расчёт вилки кронштейна.

 

Найдем толщину и  ширину проушины, вставляемой в нашу вилку, из условия прочности на смятие:

, где  – количество проушин, - коэффициент, учитывающий подвижность соединения, =1

 

по ГОСТ 8032 – 84, принимаем

Т.е. расстояние между двумя проушинами в нашей вилке составляет 7 мм.

 

Диаметр отверстия вилки  принимаем равным диаметру болта d_пр=d= 10мм.

Найдём толщину и  ширину проушины вилки из условия прочности на смятие:

, где  – количество проушин, - коэффициент, учитывающий подвижность соединения, =1

по ГОСТ 8032 – 84, принимаем 

Вычислим напряжение смятия:

Зададимся шириной проушины из условия размещения головки болта, шайбы и гайки и получения минимальной концентрации напряжения в проушине:

b=b_min=2d=20мм, тогда b/d=2, x=(b-d)/2=5мм.

Рисунок 9 – размеры  проушины

Определим размер из условия работы проушины на срез:

, где  - касательные напряжения в проушине.

, где  , следовательно, y=5 (по ГОСТ 8032 – 84)

Определим отношение  , отсюда найдем значение k по графикам.

k=0,84

Сделаем проверку:

 < 0.84*340=285.6 МПа

Условие прочности выполняется.

 

Данные проушины, полученные в результате расчета:

b=20мм, y=5 мм, x=5мм, мм.

 

Выбираем болт марки 30ХГСА по диаметру подшипника 10 мм и условий прочности. Болт работает на срез.

Расчётная нагрузка болта 53900 Н, на болт действует нагрузка 30000 Н

53900> 30000 – условия прочности не нарушены.

 

 

 

 

 

4.1 Определение усилий в элементах детали.

Определим усилия в стержнях кронштейна. Для нахождения внутренних сил, используем метод сечения. Мысленно проведем через кронштейн плоское сечение по горизонтали, которое разделит его на 2 части. Отбросим верхнюю часть детали и заменим ее действие на оставшуюся часть силами и (соответственно для стержня 1 и стержня 2), распределенными по полученным сечениям (рис. 9). Получили статически определимую конструкцию. Воспользуемся уравнениями равновесия и определим усилия в стержнях для первого и второго случаев нагружения:

1.

= ;

Для стержня 2 - =26260,1 Н;      для стержня 1 -  =7687,55 Н.

2.   

  

= ;              =9017,9 Н;       =8118,1 Н.

Выбираем наибольшее значение для усилия в стержне. Итак, =8118,1 Н, =26260,1 Н  
5. Расчет потребных по прочности сечений стержней детали. 
Модификация сечений с учетом технологических факторов и ограничений.

Материал АК-6, =340МПа. Усилия в стержнях: 
  =8118,1 Н 
      =26260,1 Н

Рассчитаем площади  поперечных сечений стержней по формуле: 
  ;  = 23,88 мм²;  = 77,24 мм². 

δ₁ = 4 мм, δ₂ = 4 мм.

Площадь сечения: . Для определенности положим, что , тогда . Откуда .

 

      Рассмотрим стержень1-3 т.к. он более нагружен, а для менее нагруженного стержня 1-2  примем аналогичную форму сечения, но с меньшей высотой полки a. 

 

Для стержня 1-3 получим: .

Принимаем

.

 

 

Необходимо учесть требования технологичности, а именно штамповочные уклоны, минимальные  радиусы скругления, минимальные  толщины полок.

Имея длину ребра  , по [2,стр.13] подберем минимальные радиусы скругления и толщины полок

Для определения штамповочных уклонов  необходимо выбрать плоскость разъема  штампа. Плоскость разъема штампа принимаем в плоскости симметрии  кронштейна.

Для соотношения , штамповочный уклон α = 5° [2, с 8].

Сечение с учетом технологичности будет иметь вид:

 

 

Рисунок. 9

     Для стержня 1-2 с учетом равенства толщин полотна примеряем

     Для стержня 1-2 получим: .

Принимаем

.

Принимаем

Имея длину ребра  , по [2,стр.13] подберем минимальные радиусы скругления и толщины полок

Для определения штамповочных уклонов  необходимо выбрать плоскость разъема штампа. Плоскость разъема штампа принимаем в плоскости симметрии кронштейна.

Для соотношения  , штамповочный уклон α = 5° [2, с 8].

 

Детали, изготавливаемые  из штампованных заготовок должны иметь  простую геометрическую форму. С  технологической точки зрения редпочтительней  детали открытых сечений.

Предельные отклонения размеров между  необрабатываемыми поверхностями назначим по 5-му классу точности. На вертикальные размеры +0,4-1,8 мм; на горизонтальные размеры +0,8-0,4 мм; допуск на радиусы закруглений +1,5-0,5 мм.

С учетом условий работы детали, назначим антикоррозийное покрытие: анодирование в серной кислоте с наполнением оксидной пленки хромпиком; не позже чем через 24 часа покрытие грунтом АЛГ-1 с горячей сушкой.

 

6. Список литературы

1. Резниченко Г.А. Проектирование  детали летательного аппарата: Метод.  указания / СГАУ Самара 1993.

2. Майнсков В.Н. Основы конструирования в самолетостроении: Метод. указания / Самар. авиац. ин-т. Самара 1992.

3. Проектирование конструкций  самолетов / Под ред. Войт Е.С.  М. : Машиностроение , 1987.

4. Конструирование деталей  авиационных конструкций из горячештампованных  заготовок. Власов В.Н., Майнсков В.Н.,:СГАУ Самара 2002.