Федеральное агентство по образованию и науке

Федеральное агентство по образованию и науке

Высшее учреждение профессионального образования

Самарский Государственный Аэрокосмический Университет

имени академика С.П. Королева

Кафедра Конструирования и Проектирования Летательных Аппаратов

Расчетная работа

«Проектирование детали самолета»

Вариант № 3-10

Выполнил студент

344 группы

Федоров А. Н.

Проверил

Майнсков В.Н.

Самара 2008

ЗАДАНИЕ

Необходимо спроектировать кронштейн навески закрылка, крепящийся к крылу.

Размеры:

А = 400мм, Б = 180мм, Н = 240мм, Д = 90мм, Е =110мм, К = 200мм, α = 60°.

Действующая нагрузка Р^Р = 35000 Н.

Содержание.

1.Анализ задания……………………………………………………………………….4

2.Подбор силовой схемы и материала кронштейна………………………………….7

3 Расчет размеров проушины……………………………………………………….…8

4 Конструирование болтового крепления к стойке………………………………….9

5. Определение геометрических характеристик в сечениях………………………..10

Список использованной литературы………………………………………………....13

1.Анализ задания. Определение назначения детали и условий ее работы. Разработка требований к детали.

Необходимо спроектировать кронштейн навески закрылка со стороны крыла.

Кронштейн навески закрылка предназначен для закрепления закрылка на крыле и обеспечения подвижности закрылка, его выпуска.

Кронштейн установлен на крыле, поэтому имеется возможность свободного доступа к большей части детали. Температура эксплуатации от -60° до +50°.

Кронштейн должен удовлетворять как общим, так и специальным требованиям.

Общие требования:

· достаточная прочность

· достаточная жесткость

· технологичность

· ресурс, равный ресурсу планера самолета Т = 120000ч

· минимальная масса

Кроме того, к детали предъявляются и специальные требования:

· минимальное трение и люфты в сочленении кронштейна на крыле и кронштейна на закрылке

· исключение возможности заклинивания и заедания при деформировании крыла

· обеспечение возможности сосной установки всех кронштейнов навески закрылка

Для проведения анализа рассмотрим кронштейны, приведенные на различных самолетах, кронштейн навески закрылка Ту-154(рис.1) и Ан-2(рис.2).

Кронштейн 1 установлен на задней кромке крыла и служит для удерживания закрылка в открытом и закрытом положении. Деталь выполнена из двух выштампованных листов алюминия, скрепленных между собой рядами заклепок.

Деталь не технологична. Дополнительные обработки не проводятся. Поверхность покрывается лакокрасочным покрытием. Деталь может быть рассчитана как ферменная конструкции.

Кронштейн 2 отличается своей формой в плане. У него каждое плечо работает как тавровая балка. В теле кронштейна выполнено отверстие облегчения. Он выполнен из алюминиевой литой заготовки. Поверхность детали анодируется для увеличения поверхностной точности.

2.Подбор силовой схемы и материала кронштейна.

Для подбора силовой схемы рассмотрим недостатки и достоинства конструкции аналогов. Кронштейн 1 может выполнятся без дорогостоящего оборудования. Способ выгоден для единичного производства. Расчетной схемой является сплошного сечения. Эта схема имеет малую устойчивость и имеет избыток массы, что не удовлетворяет требованиям по минимальной массе.

Кронштейн 2 предусматривает два метода изготовления: горячая штамповка и литье из деформируемого алюминиего сплава. Деталь технологична. Ее форма проста и после изготовления не требует большого объема механической обработки. Расчетная схема балочная с переменной высотой балки.

Рассмотрение вариантов привело к тому, что я выбрал схему подобную кронштейну 2. Своя схема будет отличатся размером и способом изготовления. Для данной схемы выбираем изготовление литьем. Этот технологический процесс обладает высокой производительностью, хорошими механическими свойствами получаемых заготовок, высоким значением коэффициента использования материала. Так как деталь является средне-нагруженной ее выгодно изготавливать из литейных алюминиевых сплавов АЛ9, АЛ19. Выбираем материал АЛ19, т.к. он обладает большим значением предела прочности , а плотность . Сплав хорошо льется и сваривается, предназначен для изготовления деталей сложной конфигурации средней нагруженности и возможность работать в повышенной температуре.

3. Расчет размеров проушины.

Для расчета проушины необходимо выбрать способ крепления кронштейна на крыле к кронштейну на закрылке. Наиболее рациональным является соединение с помощью подшипника качения. При таком способе обеспечивается низкое трение, а соответственно, больший ресурс, отсутствие люфтов в соединении и т.д. Подберем подшипник по действующей нагрузке P = 35000 Н. Для соединения деталей авиационных механизмов управления рекомендуется применять сферические радиальные подшипники. Такие подшипники воспринимают значительную радиальную нагрузку, а также незначительную осевую нагрузку. Они также допускают незначительные перекосы одного кольца относительно другого, что очень важно для обеспечения работы органов управления при деформации поверхностей, на которых они установлены. Это уменьшает вероятность заклинивания и, в некоторой степени, помогает обеспечить соосность кронштейнов, например.

Таким образом, выбираем сферический радиальный подшипник 980700 с разрушающей нагрузкой при качании .

Геометрические характеристики подшипника:

внутренний диаметр d = 10 мм;

наружный диаметр D = 37 мм;

ширина наружного кольца b = 12 мм;

ширина внутреннего кольца b₁ = 16 мм.

Коэффициент избытка прочности будет равен:

, .

Рассчитаем проушину из условия подбора подшипника.

Расчетные условия.

Материал АЛ19 .

Усилие, действующие на проушину

P=35000H,

Диаметр болта

d_бол=10 мм

Расчет проушины на смятие также ведется по допускаемым напряжениям:

, где .

Коэффициент учитывает подвижность соединения. Так как у нас неподвижное разъемное соединение, то принимаем .

Диаметр отверстия принимаем равным диаметру болта:

=10мм

Толщина проушины вычисляется из условия прочности соединения на смятие:

, где n – число проушин.

. Принимаем .

Задаемся шириной проушины =2d. , поэтому .

Вычисляем ,

, где

.

Поэтому . Определим соотношение

По графикам определяем значение .

Проверяем выполнение условия прочности проушины на разрыв

, ,

Условие выполняется. Вычислим ширину проушины из условия прочности на разрыв.

4. Конструирование болтового крепления к стойке.

Определение нагрузок, действующих на болты.

Нагрузки на болт зависят от величины внешних сил, количества и расположения болтов в соединении.

Принимаем, что площадь сечений болтов одинакова, тогда осевая составляющая будет восприниматься в равной степени. Задаваясь расчетной схемой можно заметить, что воздействие сил будет поворачивать кронштейн относительно нижнего болта, следовательно на верхний болт будут воздействовать изгибные усилия от моментов сил относительно нижнего болта. Создав уравнение равновесия можно определить данную составляющую усилий:

; ;

,

где а- расстояние до края листа. Принимается . Так как мы не знаем своего болта принимаем произвольное значение, но удовлетворяющие условию, что для неподвижных соединений. Задаемся значением .

Тогда после подстановки значений получим ;

Определим значение срезающего усилия

.

Так как болт нагружен одновременно срезающим и разрушающим усилием, диаметр подбирается по эквивалентной нагрузке. Из условий прочности болта:

; ;

.

После этого производим подбор стандартных болтов с шестигранной головкой.

Выбираем болт , значит . Допуск при изготовлении .

Разрушающие усилие . Произведем пересчет при новом числе a.

Получаем .

Тогда получим следующий коэффициент избытка

прочности:

,

где - действующие усилие для болта.

5. Определение геометрических характеристик в сечениях.

Определим осевые силы в стержнях по данной схеме.

; ; .

;

;

;

Рассмотрим сечение около проушины.

Так как расстояние от места приложения силы не велико, то можно считать влияние напряжений от момента небольшим (). Следовательно будем вести расчет по перерезывающим и осевым силам.

Рассчитаем стенку на устойчивость

, где ;

Общая высота сечения составляет Н=30мм. Примем высоту стенки , тогда получаем высоту стенки:

Принимаем .

Рассчитаем площадь сечения воспринимающего осевые усилия:

, где a,b- параметры стержня,

откуда .

Пусть , тогда

Произведем расчет напряжений

,

Необходимо увеличить F. Примем b=30мм,

;

Пусть b=40мм,

Рассмотрим сечение около перелома кронштейна.

Произведем расчет усилий в стержнях. Для этого снчала необходимо посчитать усилия в поперечном сечении.

По ранее замеренным углам определяем осевые силы в стержнях.

,

;

Найдем силы действующие в этом сечении:

.

Рассчитаем стенку при H=111мм.

Примем высоту стенки , тогда

.

Принимаем .

Произведем расчет напряжений по общей форме:

.

;

; ;

.

Отсюда получаем:

.

Запас получается большим. Возьмем b=20мм.

; ;

;

.

Окончательно получаем a=10мм;b=20мм; ; .

,

Принимаем , соответственно возьмем

Третье сечение.

Усилия в стержнях полученные в предыдущем сечении:

Находим усилия в сечении: .

Рассчитаем стенку при H=240мм

Примем высоту стенки , тогда

.

Принимаем . a =20мм, b=40мм.

Произведем расчет напряжений по общей форме:

.

;

; ;

;

Отсюда получаем:

;

Пусть b=20мм. Тогда получим

; ;

,

.

Пусть a=10мм, отсюда

, ,

; ;

,

Увеличим b до 30мм. Получим

; ;

,

.

Принимаем полученные значения

a=10мм, b=30мм, , .

Определим параметры сечения при литье. Для данного сплава применим способ литья- под давлением, а также последующую термическую закалку по ГОСТ 2685-75.

При этом минимальной толщиной стенки будет равно 3 мм в третьем сечении, поэтому для уменьшения массы необходимо выполнить отверстие между вторым и третьим сечением. Литейный уклон на всей детали принимаем 1⁰.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Войт Е.С. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение, 1987.

2. Комаров А.А. Основы проектирования силовых конструкций. Куйбышев: Куйбышевское книжное издательство, 1965, 88 с.

3. Власов Н.В., Майнсков В.Н. Конструирование деталей авиационных конструкций из литых заготовок. Учебное пособие. Самара: СГАУ, 2002, 25 с.

4. Майсков В.Н. Основы конструирования в самолетостроении. Учебное пособие. Самара: СГАУ, 1992, 55с.

5. Чекмарев А.А., Осипов В.К. Справочник по машиностроительному черчению. М.: Высшая школа, 2001, 493 с.

Дата добавления: 2015-10-21