Проектирование редуктора для системы управления рулем высоты самолета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перечень условных обозначений и сокращений

- передаточное отношение;

- число зубьев колеса (шестерня);

- межосевое расстояние (коническая передача), мм;

- угловая скорость, рад/с;

- мощность, кВт;

- расчетный момент, Нм;

- диаметр колеса (шестерня), мм;

- число контактов одной поверхности зуба за один оборот;

- эквивалентная цикловая длительность нагружения для одной поверхности, сек;

- допускаемое контактное напряжение, МПа;

- коэффициент безопасности (запаса прочности);

- коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределение нагрузки по ширине зубчатых венцов;

- коэффициент, учитывающий дополнительную динамическую нагрузку;

- КПД цилиндрической передачи;

- модуль зубчатой передачи, мм;

- рабочая ширина венца, мм;

Введение

Данный редуктор спроектирован для системы управления рулем высоты самолета. Расчет и конструирование редуктора выполнен с учетом оптимального выбора материала и технологии изготовления. При этом учтены требования к ЛА такие как минимальная масса и габариты, высокая надежность, долговечность, удельная прочность, работоспособность в различных эксплуатационных, в том числе экстремальных условиях (низкие и высокие температуры).

Технические характеристики редуктора

1. Количество ступеней - 1

2. Крутящий момент на выходном валу: М вых., Нмм. - 250

3. Частота вращения: n вых., об./мин. - 550

4. Передаточное число: U - 1,1

5. Назначенный ресурс, ч - 1000

6. Коэффициент динамичности внешней нагрузки: k_д - 1,25

7. Время: t₁, мин. - 0,25

1. Проектный расчет зубчатой передачи

1.1 Выбор материала зубчатой передачи

Так как конструкция испытывает умеренные динамические нагрузки, а также требуется высокая статическая и циклическая прочность, повышенная выносливость и износостойкость, выбирается марку стали 38ХА (см. табл.1):

Таблица 1

Марка стали	Состояние	Тверд. НВ	, МПа	, МПа	, МПа	, МПа	Изгиб , МПа	, МПа
38ХА	Закалка -в масле. Отпуск- .	207	950	800	480	340	420	210

1.2 Определение чисел зубьев шестерни и колеса

Суммарное число зубьев - .

Тогда:

редуктор управление самолет чертеж

Рассчитаем коэффициент смещения:

1.3 Выбор степени точности

При отсутствии высоких требований к точности к данному механизму принимаем степень точности 7.

1.4 Выбор относительной ширины зубчатого венца

1.5 Выбор формы выполнения зуба (угла наклона)

Для конических передач с прямыми зубьями

1.6 Определение предельных контактных напряжений

Кривая выносливости описывается формулой:

;

;

;

;

Где

;

;

- предельное контактное напряжение.

1.7 Определение допускаемого контактного напряжения

Допускаемое контактное напряжение:

Где

1.8 Определение значений коэффициентов , , и функции , входящих в формулу для определения межосевого расстояния цилиндрической передачи

Для прямозубых передач

Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине зубчатых венцов,

Где

Коэффициент, учитывающий дополнительную динамическую нагрузку,

1.9 Определение в первом приближении конусного расстояния конической зубчатой пары

Где ; ;

Подставляя входящие в формулу величины, получаем:

1.10 Определение модуля зацепления

В первом приближении:

Принимаем стандартный модуль:

1.11 Определение основных геометрических размеров зубчатой передачи

Делительные диаметры в наружном торцевом сечении:

мм

мм

Конусное расстояние в наружном торцевом сечении:

Ширина конических зубчатых венцов:

Среднее конусное расстояние:

Половинные углы при вершинах делительных конусов:

Внешний диаметр колес:

2. Проверочный расчет зубьев передачи на контактную прочность

Условие контактной прочности:

2.1 Определение коэффициентов , , входящих в формулу для определения величины

Коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зуба для конических передач:

Коэффициент, учитывающий упругие свойства материала зубьев:

-для стальных зубьев

Коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий в зацеплении:

2.2 Удельная расчетная окружная сила при определении контактных напряжений

Вычисление производится по формуле:

- расчетная окружная сила в зацеплении

Средний диаметр конической шестерни

-

;;

- скоростной коэффициент

-удельная окружная динамическая нагрузка

- окружная скорость в зацеплении

Подставляем полученные значения в формулу:

2.3 Определение расчетных контактных напряжений



2.4 Проверка контактной прочности зубьев

Условие контактной прочности:

Где:

Условие прочности выполнено. Недогрузку в зацеплении уменьшим путем уменьшения ширины зубчатого венца со стороны внутреннего торца, при этом конусное расстояние не изменится.

Принимаем

3. Проверочный расчет зубчатой передачи на прочность по изгибу

Условие изгибной прочности для шестерни и колеса

3.1 Определение расчетного изгибного напряжения у основания зуба шестерни и колеса

Коэффициент формы зуба

Где: Z_V - число зубьев биэквиволентного конического колеса

Коэффициент наклона линии зуба:

Определение удельной расчетной окружной нагрузки:

Где: ;

;

;

Расчетные местные напряжения изгиба у оснований зубьев шестерни и колеса:

3.2 Определение допускаемых напряжений изгиба в расчетных точках зубьев шестерни и колеса, работающих в условиях частого реверсирования

Определение предельных напряжений изгиба в зубьях шестерни и колеса:

- расчетное число циклов изменения напряжения

Так как неравенство не выполняется принимаем:

Предельные напряжения изгиба для двустороннего приложения нагрузки

Где

Коэффициент, учитывающий влияние шероховатости переходной поверхности у основания зуба на изгибную прочность:

Коэффициент, учитывающий чувствительность материала зубьев к концентрации напряжений и масштабный эффект:

Так как неравенства выполняются, принимаем:

Коэффициент безопасности при расчете зубьев на изгиб:

Допускаемые напряжения изгиба в расчетных точках зубьев шестерни и колеса:

3.3 Проверка изгибной прочности зубьев шестерни и колеса

Условия прочности удовлетворяются, зубья шестерни и колеса прочны при действии напряжений изгиба.

Эскиз зацепления шестерни и колеса построенный по полученным данным показан на рисунке 1.



Рисунок 1 - Эскиз зацепления шестерни и колеса

4. Проверочный расчет ведущей вал - шестерни редуктора

4.1 Исходные данные

1. Частота вращения вала, n = 550 об./мин.

2. Расчетный момент на валу, T= 250 Нмм

3. Циклограмма нагружения (рис.2):

Рисунок 2 - График нагружения (циклограмма)

4. Средний диаметр конического колеса,

5. Угол при вершине делительного конуса,

6. Назначенный ресурс,

7. Материал вал-шестерни указан в. п. 1.1.

8. Подшипники роликовые радиально упорные, ГОСТ 273065-87

№ 7207А; d=35 мм; D=72 мм; В=18,25 мм; С= 48400 Н; С0=32500 H; е = 0,254

9. Вероятность безотказной работы подшипников, P = 0,99



Рисунок 3 - Конструктивная схема вала

4.2 Определение расчетных нагрузок, действующих в зубчатых зацеплениях

Окружная сила на коническом колесе:

Радиальная сила на коническом колесе:

Осевая сила на коническом колесе:

4.3 Определение радиальных реакций опор

Для роликовых подшипников расстояние между точкой пересечения и опорным торцом наружного кольца:

Определение опорной реакции :

Из условия определяем опорную реакцию :

Определяем опорную реакцию :

из условия:

,

Суммарные радиальные нагрузки на подшипник:

4.4 Определение осевых реакций в опорах

Для определения осевых реакций в опорах А и Б составим условие равновесия вала:

и условие правильной регулировки подшипников:

Поскольку примем, что:



Подставим это значение в условие равенства и решим его относительно :

- неравенство не выполняется. Следовательно, полученные значения осевых реакций не удовлетворяют условиям регулировки подшипника опоры А.

Предположим, что точно отрегулирован подшипник опоры Б.

Тогда из условия равновесия:

Проверяя неравенство, находим, что оно выполняется:

Полученные значения и удовлетворяют условию равновесия вала и условиям регулировки подшипников. Окончательно получим:

; .

4.5 Построение эпюр внутренних силовых факторов

Изгибающий момент в плоскости XOY:

Изгибающий момент в плоскости XOZ:

Крутящий момент:

Нормальная сила:

4.6 Выбор расчетных сечений

По эпюрам выбираем расчетное сечение вала для проверки его на циклическую прочность.

Таким сечением является сечение Б, в котором действует максимальный изгибающий момент.

4.7 Проверочный расчет вала по сечению Б

Момент сопротивления при изгибе:

Момент сопротивления при кручении:

Площадь поперечного сечения вала:

Расчетное напряжение:

МПа

Нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу:

Запас прочности по нормальным напряжениям:



Ограниченный предел выносливости материала:

Число циклов нагружения:

Число циклов изменения нормальных напряжений:

Коэффициент снижения предела выносливости:

где - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности

При шероховатости 1,25,

- так как вал не подвергается поверхностному упрочнению

- коэффициент чувствительности материала.

Запас прочности по нормальным напряжениям:

Касательная напряжений изменяется по симметричному циклу:

Коэффициент ассиметрии цикла:

Ограниченный предел выносливости материала по касательным напряжениям:

МПа

Коэффициент снижения предела выносливости:

где ; ;

Запас прочности по касательным напряжениям:

Результирующий запас прочности:

Условие прочности выполняется.

5. Проверка работоспособности подшипников вал - шестерни

Подшипник в опоре Б:

Отношение

Эквивалентная нагрузка для этого подшипника:

где ;

Из условия работы подшипников:

; ;

Н

Условие работоспособности подшипников:

где С = 48400 Н - динамическая грузоподъемность;

а = 0,21 - коэффициент понижения ресурса

Работоспособность подшипника в опоре Б обеспечена.

Подшипник в опоре А:

Отношение

В этом случае Х = 1; Y = 0.

Эквивалентная нагрузка на подшипник:

Условие работоспособности подшипника выполняется.

Заключение

В результате данной курсовой работы был спроектирован редуктор системы управления рулем высоты самолета. Выполнен расчет на контактную прочность и изгиб конической передачи с прямозубьями, рассчитан на прочность входной вал и определена работоспособность подшипников качения входного вала редуктора. По полученным результатам спроектирован сборочный чертеж.

Список использованных источников

1. Дунаев П.Ф. Леликов О.П. “Конструирование деталей и узлов” Москва, 2003 г.

2. Иванов М.Н. “Детали машин” Москва “Высшая школа” 1976 г.

3. Кестельман В.Н. Рощин Г.И. “Основы расчета и конструирования деталей и механизмов летательных аппаратов”. Москва “Машиностроение” 1989 г.

4. МАИ “Методические указания к расчету зубчатых передач авиационных механизмов” Москва, 1987 г.

5. МАИ “Методические указания по расчету и конструированию валов авиационных механизмов” Москва, 1987 г.

Размещено на Allbest.ru