Проектирование кронштейна стабилизатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

профессионального высшего образования

Федеральное агентство по образованию “Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика С. П. Королёва”

Кафедра КиПЛА

Лабораторная работа

Проектирование детали

Вариант Iст - 3

2015

ЗАДАНИЕ

Спроектировать кронштейн стабилизатора

Выполнить рабочий чертеж

Стабилизатор нагружен распределенной аэродинамической нагрузкой и сосредоточенными силами в узлах навески. От этой нагрузки в силовых элементах руля возникают перерезывающая сила , изгибающий и крутящий моменты. Руль фиксируется от поперечных перемещений кронштейном.

Кронштейн прикреплен к стене стабилизатора четырьмя болтами. В точке 1 кронштейн, прикрепленный к стабилизатору, соединен с кронштейном, прикрепленным к рулю, при помощи соединения типа «ухо-вилка». Данная работа выполнена по методике, изложенной в (1).

Кронштейн навески стабилизатора предназначен для:

отклонения руля

крепления руля

Условия работы:

окружающая среда - воздух

температура эксплуатации от

кронштейн установлен в герметичном отсеке

количество циклов нагружений 104

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка: 29 с., 15 рис., 6 источников.

Графическая документация: 1 лист А3.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КРОНШТЕЙН, ПОДБОР БОЛТОВ, ПРОУШИНА, ПОДШИПНИК, ТЕОРИЯ ПРОЧНОСТИ, ИЗБЫТОК ПРОЧНОСТИ.

В данной работе проведено проектирование кронштейна в соответствии с назначением детали, условиями ее работы и характером нагружения. Составлены функциональные требования, требования минимальной массы детали и производственно-технологические требования к проектируемой детали, в соответствии с совокупностью ее свойств и работой с учётом статистических данных по производству и эксплуатации аналогичных деталей. Выбран материал детали и тип подшипника, крепление кронштейна и подобраны болты, спроектирована подошва, выполнен рабочий чертёж проектируемой детали.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

АНАЛИЗ И ВЫБОР ВОЗМОЖНОГО ВАРИАНТА КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВОЙ СХЕМЫ

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДЕТАЛИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ЕЁ ЭЛЕМЕНТАХ

ПОДБОР ПОДШИПНИКА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛИ

ВЫБОР МАТЕРИАЛА

КОНФИГУРАЦИЯ СЕЧЕНИЙ КРОНШТЕЙНА

РАСЧЕТ ПРОУШИНЫ

ВЫБОР ЛИНИИ РАЗЪЕМА ШТАМПА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

кронштейн проектирование подшипник

В большой по объему и многообразной по содержанию работе по проектированию детали, выпуск соответствующей конструкторской документации является одним из основных видов деятельности конструктора.

Жесткие, часто противоречивые требования к авиационным конструкциям, разнообразие решаемых задач, быстрое внедрение новейших материалов и технологий делают труд конструктора творческим, приводят к появлению новых решений. Но формализовать творческую конструкторскую работу очень сложно. Большое значение имеет практический опыт. Конструктор приобретает его не только в своей практической деятельности, но и получает в обобщенном виде в стандартах, инструкциях, рекомендациях и других регламентирующих документах, соблюдение которых является необходимым условием создания конструкции нужного качества.

АНАЛИЗ И ВЫБОР ВОЗМОЖНОГО ВАРИАНТА КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВОЙ СХЕМЫ

Рассмотрим четыре конструктивно-силовые схемы.

Схема 1.

Рисунок 1.

Кронштейн вырезан из листа и имеет прямоугольное сечение (рис. 1). Так как напряжение от изгибающего момента распределены не равномерно по сечению (рис. 1), мы наблюдаем переупрочнение в середине сечения, что ведет к значительному увеличению избыточной массы.

Схема 2.

Рисунок 2.

Кронштейн выполнен в виде двутавровой балки переменной высоты (рис. 2), в стенке которой, с целью облегчения, вырезается отверстие.

Схема 3.

Рисунок 3.

Конструктивно-силовая схема выполнена в виде фермы (рис. 3), состоящей из кольца и подошвы, соединенных двумя стержнями. Стержни передают нормальные усилия. Схема невыгодна тем, что для обеспечения устойчивости сжимаемого стержня, придется значительно увеличить его диаметр, что ведет к значительному увеличению избыточной массы.

Схема 4.

Рисунок 4.

Кронштейн в виде фермы (рис. 4), состоящей из двух стержней таврового сечения. Тавровое сечение обеспечивает устойчивость сжимаемому стержню без значительного увеличения массы.

Можем сделать вывод, что наиболее выгодными с точки зрения минимальной массы являются схемы 2 и 4, тем более что оба варианта детали технологичны, изготовляются горячей штамповкой из деформируемых сплавов. После штамповки требуется небольшой объем механической обработки. Способ изготовления выгоден для серийного производства. Выбираем схему 4, так как данный вариант детали имеет меньшую массу.

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДЕТАЛИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ЕЁ ЭЛЕМЕНТАХ

Представим расчетную схему детали в виде фермы (рис. 5). Определим усилия в стержнях и реакции опор методом вырезания узлов (рис. 6).

Рисунок 5 - Расчетная схема детали.

Рисунок 6 - Реакции в опорах и усилия в стержнях

Для определения усилий, действующих в стержнях, составим систему уравнений сил, действующих вдоль осей X и Y:

Получим

Из полученных усилий в поясах найдем реакции в опорах.

ПОДБОР ПОДШИПНИКА

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

Выбираем шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный с двумя защитными шайбами без сепаратора № 971800.

Вычислим избыток прочности ,

,

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

.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНЫХ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛИ

Выбор материала.

Руководствуясь характеристиками удельной прочности, проведем выбор материала. В соответствии с расчетной схемой номер 4, которую мы выбрали в качестве КСС кронштейна. Деталь работает на растяжение-сжатие. Сведем данные по некоторым материалам, применяемым в качестве материалов штампованных деталей, в таблицу 1.

Таблица 1 - Характеристики материалов

Материал	ув, МПа	[у]р, МПа	с, т/м3	[у]р/ с
30ХГСА	1100	900	7,85	114,65
АК-6	370	340	2,75	123,64
ВТ6	920	820	4,43	185,1

Здесь [у]р - разрушающее напряжение.

Из таблицы 1 видно, что с точки зрения минимализации массы наиболее подходящим является титановый сплав ВТ6, но он достаточно дорог. Возьмем алюминиевый сплав АК-6, т.к. он достаточно легкий и его легко обрабатывать.

Термообработка: закалка и искусственное старение при температуре 1600 в течение 12 часов. [у]р=340 МПа.

КОНФИГУРАЦИЯ СЕЧЕНИЙ КРОНШТЕЙНА

Найдем площадь поперечного сечения стержня исходя из значения нормальной наибольшей нагрузки на стержень, в данном случае это .

,

Примем значение площади, равное 210 мм2

Пусть сечение пояса будет выглядеть следующим образом (рис. 7).

Рисунок 7 - Конфигурация сечения пояса кронштейна.

Проверим сечение на общую потерю устойчивости.

Определим радиус инерции.

Нахождение моментов инерции и площади поперечного сечения осуществлялось в графической программе Компас. Результаты расчета:

Площадь F = 210 мм2

Центр масс Xc = 0 мм

Yc = 0 мм

Осевые моменты инерции Jx = 5110,5 мм4

Jy =6299,5 мм4

Центробежный момент инерции Jxy = 0 мм4

Напряжение, при котором происходит общая потеря устойчивости, рассчитывается по формуле:

,

где с - коэффициент ,учитывающий способ опирания пояса, с=2;

Е - модуль упругости материала, Е = 7,2·104 МПа;

, L=177,2 мм - длина сжатого пояса,

Так как , то определим критические напряжения по формуле:

,

где

Найдем напряжения в сжатом поясе:

Из расчетов следует что, пояс устойчивость не теряет.

Найдем избыток прочности:

Проверим пояс на местную устойчивость.

Определим критические напряжения местной потери устойчивости для вертикальной стенки:

,

где - длина вертикальной стенки, , - ширина вертикальной стенки .

Так как , то определим критические напряжения

Можно сделать вывод, что вертикальная полка пояса обладает местной устойчивостью.

Определим критические напряжения местной потери устойчивости для горизонтальной стенки:

,

где - длина горизонтальной стенки, , - ширина горизонтальной стенки .

Так как , то определим критические напряжения

Можно сделать вывод, что горизонтальная полка пояса обладает местной устойчивостью.

Расчет проушины

Диаметр отверстия проушины принимаем равным диаметру болта dпр=d= 10мм.

Найдем толщину и ширину проушины 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=bmin=2d=20мм, тогда b/d=2, x=(b-d)/2=5мм.

Определим размер из условия работы проушины на срез:

,

где - касательные напряжения в проушине.

, где , следовательно, y=8,0 (по ГОСТ 8032 - 84)

Определим отношение , отсюда найдем значение k по графикам.

k=0,79

Сделаем проверку:

МПа

Условие прочности не выполняется.

Зададимся шириной проушины из условия ее прочности на разрыв:

По ГОСТ 8032 - 84 принимаем ширину проушины b=23мм.

Определим b/d=23/10=2,3

Найдем x=(b-d)/2=(23-10)/2=6,5мм

y=8 мм, y/x=8/6,5=1,23

Найдем значение k по графикам: k=0,72, сделаем проверку:

МПа

Условие прочности не выполняется.

Повторим проделанные шаги еще раз:

, принимаем b=24мм.

b/d=24/10=2,4; x=(b-d)/2=(24-10)/2=7мм; y=8мм; y/x=1,14. Отсюда k=0,61.

МПа

Условие прочности не выполняется.

, принимаем b=26 мм.

b/d=26/10=2,6; x=(b-d)/2=(26-10)/2=8мм; y=8мм; y/x=1. Отсюда k=0,56.

МПа

Сделаем еще одну попытку:

, принимаем b=28 мм.

b/d=28/10=2,8; x=(b-d)/2=(28-10)/2=9мм; y=8мм; y/x=0,89. Отсюда k=0,55.

МПа

Условие прочности выполняется.

Данные проушины, полученные в результате расчета:

b=28мм, y=8мм; x=9мм, мм.

Подбор болтов.

Болты подбираем по эквивалентным нагрузкам и - эквивалентная нагрузка в узле A и В соответственно.

По ОСТ 1.31103 - 80 подбираем болты из стали 30ХГСА. Возьмем по 2 болта на каждом основании.

На верхнем и на нижнем основании, где n - количество болтов.

Берем болты диаметром 9 мм из стали 30ХГСА с

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ПОДОШВЫ

Толщина подошвы рассчитывается на смятие под болтами и на местный изгиб под отдельным болтом (1).

Из условия смятия толщина основания

,

где - коэффициент, учитывающий различные виды нагружения подошвы (усилия затяжки болтов, неравномерное нагружение и т.д.),. Получаем:

Принимаем

Толщина подошвы из условия местного изгиба в зоне крепления кронштейна определяется из условия:

,

откуда

,

где - расстояние от ребра до оси отверстия (рис. 8),

Рисунок 8 - к расчету подошвы

- ширина подошвы, эффективно воспринимающая изгиб полки основания,

- число болтов.

Величина С1 должна удовлетворять ГОСТ 13682-80 «Места под ключи гаечные», а также условию минимального расстояния от края листа, поэтому принимаем С1=2d=18мм.

Величина С2=l также должна удовлетворять ГОСТ 13682-80:

С2=S/2+6=14, где S - размер «под ключ». К тому же должно выполнятся условие минимального шага в однорядном соединении мм. Так как С2=t/2, принимаем С2=13,5мм.

Определим :

мм

Найдем :

.

В соответствии с ГОСТ 8032-84, принимаем

ВЫБОР ЛИНИИ РАЗЪЕМА ШТАМПА

При проектировании детали необходимо учитывать следующее(4):

линия разъема штампа должна лежать в одной плоскости или максимально к этому приближаться;

расположение и форма линии разъема штампа не должны препятствовать извлечению заготовки из полости штампа;

правильно выбранная линия разъема не должна усложнять конструкцию ковочного и обрезного штампов

участки ломаной линии разъема должны иметь углы наклона к горизонтальной плоскости не более ;

целесообразно расположение детали в одном бойке штампа (матрице), так как в этом случае снижается стоимость штампа и повышается точность штамповки из-за отсутствия смещения половин штампа;

в деталях с двусторонним выступами, ребрами или выемками линию разъёма штампа следует намечать посередине боковой поверхности наибольшего периметра детали, что облегчает контроль возможного смещения одной половины штампованной заготовки относительно другой. В этом случае глубина полостей штампа минимальна.

Руководствуясь данными требованиями, выбрали линию разъема штампа (рис.9).

Рисунок 9 - Линия разъема штампа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе в соответствии с заданием были произведены следующие действия.

Спроектирован кронштейн в соответствии с его назначением, условиями работы и характером нагружения.

Составлены функциональные требования, требования минимальной массы детали и производственно-технологические требования, в соответствии с совокупностью ее свойств и работой с учетом статистических данных по производству и эксплуатации аналогичных деталей.

Выбран материал детали Ак-6 и тип подшипника № 971800, определена толщина проушины , минимальная ширина .

Произведен проектировочный расчет балочного кронштейна, во всех сечениях кронштейна определены напряжения и избыток прочности.

Определены все геометрические параметры сечения, крепление кронштейна и подобраны болты диаметром , произведен расчет подошвы, определена ее толщина .

По результатам всего выше описанного выполняется рабочий чертеж детали на листе формата А3, содержащий всю информацию, необходимую для изготовления и контроля детали, а также для разработки чертежей технологической оснастки, в соответствии с требованиями ГОСТ 2.109-70.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Майнсков В.Н. Основы конструирования в самолётостроении: Метод. указания /Самар. авиац. ин-т. Самара, 1992. -56с.

Майнсков В.Н. Технические требования на чертежах: Метод. Указания /Куйбышев. Авиац. ин-т. Куйбышев, 1982. -32с.

Зайцев А.М, Коросташевский Р.В. Авиационные подшипники качения. М. : Оборонгиз, 1963. 336с.

Власов Н.В., Майнсков В.Н. Конструирование деталей авиационных конструкций из горячештампованных заготовок: Учеб. пособие /Под ред. Комарова В.А.. Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2002,26с.

Вильчек М.И. Проектирование узлов силовых конструкций летательных аппаратов: Метод. Указания / Куйбышев. Авиац. ин-т, 19853 -33с

СТП СГАУ 3.13 -97 Требования к оформлению текстовых документов

Размещено на Allbest.ru