Проектирование качалки управления

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

имени академика С.П. КОРОЛЕВА

(национальный исследовательский  университет)»

 

Факультет летательных аппаратов

Кафедра КиПЛА

 

 

Лабораторная работа

Проектирование качалки  управления

 

 

 

Выполнил: студент группы 1404

      Анисимов А.С.

     Проверил: Кузнецов А.С.

 

 

 

Самара 2013

ЗАДАНИЕ

Вариант V-4

• Спроектировать качалку управления
• Произвести ряд необходимых расчетов
• Выполнить рабочий чертеж

 

Исходные данные представлены на рисунке 1.

Действующая нагрузка P = 18кН, расстояние B=50мм.

 

Рисунок 1 – Исходные данные

 

 

1. АНАЛИЗ ЗАДАНИЯ

1.1 Определение назначения  деталей и условии ее работы. Разработка требования к детали

Качалка управления подвешена в точке 2 к центроплану крыла. В точке 3 качалке подводятся тяга управления. Направление действия силы совпадает с осями тяг.

Качалка предназначена:

• для изменения направления движения тяги;
• изменения величины усилия в тяге;
• поддержки тяг проводки управления.

Условия работы качалки:

• качалка установлена в негерметичном отсеке, доступ для осмотра затруднен;
• окружающая среда – воздух; температуры в эксплуатации качалки от -60 до +50 С;
• ограничений по отклонению относительно других деталей нет.

Основные требование к  проектируемой детали:

• минимальное трение и люфты в сочленениях качалки с тягами и кронштейном подвески;
• исключения возможности заклинивания и заедания в сочленениях при максимальных перемещениях тяг и деформациях деталей каркаса.

Дополнительные требования:

• минимальная масса качалки;
• достаточная прочность и жёсткость;
• ресурс, равный ресурсу планера самолета;
• техпроцесс, обеспечивающий серийное производство с минимальными затратами;
• обеспечение  возможности установка качалки без дополнительной подгонки при сборке;
• при определении формы  и сечений качалки должно быть использованы апробирования ранее решения.

1.2 Анализ и  выбор возможного варианта конструктивно-силовой  схемы

Эскизы вариантов конструктивно-силовых схем приведены на рисунках 2-5.

Схема 1:

Данная деталь, отображенная на  рисунке 2, является совокупностью  неудачных решений. Из-за наличия  вала длинною 50мм необходимо сделать  деталь толстой, что неминуемо приведёт к увеличению массы. Возможен вариант  детали переменной толщины, однако это  приведет к усложнению технологии её изготовления. Возможно её применение в том случае, когда не нужно беспокоиться о лишней массе, так как деталь имеет низкий коэффициент использования материала.

Рисунок 2 – Эскиз №1

 

Схема 2:

Данная деталь, изображенная на рисунке 3, является модификацией предыдущей, однако несмотря на удаление нерабочего материала, деталь имеет те же, пускай и уменьшенные, недостатки. Может применяться в единичном производстве.

Рисунок 3 – Эскиз №2

Схема 3:

Данная деталь, изображенная на рисунке 4,  технологична. Выполняется  методом горячей штамповки из деформируемого алюминиевого сплава. После штамповки требуется небольшой  объем механической обработки. Расчетная  схема – балочная.  Форма –  простая, обеспечивает длинный путь передачи сил между тягами. Усилия в детали легко определяются. Однако качалка, выполненная по данной схеме, имеет недостаток – она является менее жесткой по сравнению с прошлыми схемами.

 

Рисунок 4 – Эскиз №3

Схема 4:

Деталь, изображенная на рисунке 5, является модификацией своего предшественника. Удаление нерабочего материала позволило повысить коэффициент использования материала.

Рисунок 5 – Эскиз №4

Проанализировав предложенные варианты, их плюсы и минусы, был  сделан вывод, что схема 4 является наиболее подходящей.

2 ПОДБОР НОРМАЛЕЙ. НАЗНАЧЕНИЕ  РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

Определим реакции опор в точках 1 и 2(см. рис. 1).

Уравнения равновесия имеют следующий  вид:

_, ;

_, ;

 

Откуда: , , , .

Подшипники подбираем по статическим разрушающим нагрузкам в точках 1, 2 и 3. Наружный диаметр выбранного подшипника определяет внутренний диаметр и толщину проушины детали.

Размеры выбранных подшипников  представлены в таблице 1.

Таблица 1- Характеристики подшипников

Номер точки	Тип подшипн.	Статическая разрушающая нагрузка, Н	Расчетная нагрузка, Н	d, мм	D, мм	b, мм
1	1009	27000	25454	9	26	8
2	1300	47000	40246	10	35	11
3	1007	25000	18000	7	22	7

 

 

 

 

3 РАСЧЕТ ПРОУШИН. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  СИЛОВОГО ФАКТОРА

И СЕЧЕНИЙ ТЕЛА ДЕТАЛИ

3.1 Выбор материала

Таблица 2 – Характеристики материалов

Материал	σв, МПа	[σ]р, МПа	ρ, т/м3
30ХГСА	1100	900	7,85
АК-6	370	340	2,75
ВТ6	920	820	4,43
MAI4TI	270	250	1,8

Здесь [σ]р – разрушающее напряжение.

Проанализировав данные таблицы, пришли к выводу, что лучшим с  точки зрения минимальной массы  будет магниевый сплав. Однако он обладает низкой коррозионной стойкостью. Оптимальными характеристиками обладает титановый сплав ВТ6, но он достаточно дорог. Поэтому возьмем алюминиевый сплав АК – 6, так как он легок и прост в обработке.

Термообработка: закалка  и искусственное старение при  температуре 160º в течение 12 часов. [σ]_р=340 МПа.

 

3.2 Расчет проушин

Расчет проушин ведем  с соответствие с рекомендациями, изложенными в [4].

Расчетные условия:

Материал АК-6, .

Разрушающие усилия на проушину:

 
 

Размеры подшипников в  проушинах, мм:

                                                  
 
 
 

Произведем расчет проушины в точке 1:

Рисунок 6- Схема проушин

 

1. Толщина проушины, мм:

 

, где а=0,2мм – припуск на заделку подшипника по ОСТ 1.03841-76.

В соответствии с ГОСТ 8032-84

Принимаем .

2) Определим ширину проушины, мм:

 

здесь .

Принимаем

Определим минимальную ширину проушины, мм, из условия запрессовки подшипника:

 

Вычислим напряжение, МПа, в проушине:

 

 

Пользуясь этим же алгоритмом, определили размер проушин в точке 2 и 3:

Для точки 2 получаем:

 

Для точки 3 получаем:

 

 

3.3 Расчет потребных по  прочности сечений тела детали

Определим усилия в поясах и стенке качалки. Для нахождения внутренних сил, используем метод сечения. Мысленно проведем через кронштейн  плоское сечение по горизонтали, которое разделит его на 2 части. Отбросим правую часть детали и заменим  ее действие на оставшуюся часть силами , (соответственно для пояса 1 и пояса 2) и потоком T в стенке . Получили статически определимую конструкцию. Воспользуемся уравнениями равновесия и определим усилия в поясах и стенке для трех сечений.

 

Рисунок 7 – Схема сечений

1.    

     

   

   

_{Для сечения 2 получили аналогичные  результаты. Перейдем к сечению 3:}

 

 

Площади поперечных сечений  поясов, :

Получаем:

 

3.4 Расчет на прочность  и жесткость при кручении

Проведем расчет вала на прочность  и жесткость при кручению. Следует выяснить, сможет ли выбранный нами материал выдержать приложенную нагрузку.

Для участка вала с максимальным по модулю значением крутящего момента  запишем условие прочности при кручении:

Произведем ряд вычислений:

Следовательно, условие прочности  выполняется.

Проверим условие жесткости. Для  этого проверим ряд параметров, проведя  некоторые расчеты. Для участка вала с максимальным по модулю значением крутящего момента запишем условие жесткости при кручении:

Заметим, что G - модуль упругости материала при сдвиге – равен 27ГПа.

Следовательно, условие жесткости  выполняется. Вал (труба) способен перенести приложенную нагрузку.

 

3.5 Выбор линии разъема штампа

Модификация сечений с  учетом технологических факторов и ограничений. Конфигурацию детали, учитывающую особенности горячей штамповки, определим по рекомендации [4].

1. Выбор линии разъема штампа.

Деталь симметрична относительно срединной плоскости. Линия разъема  – прямая и образуется пересечением срединной плоскости с внешним  контуром детали (рисунок 5).

 

 

Рисунок 5 Линия разъема штампа

 

2. Выбор штамповочных уклонов.

Пояс 1-3

Высота пояса переменная.

Высоту в точке 3 подберем исходя из потребной по прочности площади пояса   .

Задаемся  6,25 мм; 3 мм,

Здесь - высота ребра, - радиус при вершине ребра.

По таблице 7.2 [4] наружный и внутренний  уклон  . В точке 1 высота ребра мм (по табл. 7.2), уклон .

 

Пояс 1-2

Высота пояса переменная. В точке 2 мм². Задаемся мм. По табл. 7.2 наружный и внутренний уклоны . В точке 1 высота ребра, исходя из толщины ступицы, равна 8,38 мм, при этом уклоны  .

3. Расчет толщины полотна (стенки детали).

Минимально допустимая толщина  полотна определяется по табл. 7.7 [4] в зависимости от площади проекции детали.

При см² минимальная толщина мм.

4. Радиусы сопряжений  и переходов определяем по  табл. 7.15 [4]. Радиус сопряжения ребра  с полотном  мм.

Радиус переходов (на стыке  ребра с проушиной) мм.

5. Предельные отклонения размеров между необрабатываемыми поверхностями назначим по 4-му классу точности.

На вертикальные размеры +0,5;-0,3 мм (табл. 7.20) [4].

На горизонтальные размеры +0,6;-0,3 мм (табл. 7.22).

Допуск на радиусы закруглений +2,0;-1,0 мм (табл. 7.24).

С учетом условий работы детали и выбранного материала назначим антикоррозийное покрытие [7]: анодирование в серной кислоте с наполнением  оксидной пленки хромпиком; не позже  чем через 24 часа покрытие грунтом  АЛГ-1 с горячей сушкой.