Курсовая работа (т): Проектирование узла крепления

Проектирование узла крепления

Курсовой проект

Проектирование узла крепления

Задание

Введение

Как известно, в летательных аппаратах широко используются такие элементы конструкции, как узлы крепления, и, в частности, кронштейны. Так как к основным требованиям к конструкции элементов ЛА относятся прочность конструкции и весовой фактор. Исходя из вышесказанного в данном курсовом проекте, предлагается спроектировать узел крепления с учётом вышеприведённых требований. Разрабатывается три варианта кронштейна, для производства штамповкой, литьём и сваркой. Необходимо выбрать материалы узла крепления в зависимости от технологического исполнения конструкции.

1. Проектирование узла крепления. Штамповка

В качестве материала узла крепления для штамповки примем сплав АМГ6, для которого .

Принимаем , отсюда следует

Расчёт проушины шарнирного соединения типа «ухо-вилка»

В конструкциях ЛА проушины выполняются в следующих вариантах: с подшипником, с втулкой, без подшипника или втулки. Рассмотрим отдельно каждый из них.

Проушины с подшипником

Проушины с подшипниками качения применяются, как правило, в элементах соединений типа «ухо-вилка» в кронштейнах с подвижными, шарнирными соединениями, в которых действуют небольшие нагрузки. При этом соединение болта с внешними подшипниками за счёт его затяжки и большего трения, чем в подшипнике, можно считать неподвижным.

Рисунок 1 - Шарнирное соединение типа «ухо-вилка»

Установка подшипника в проушине уха исключает возможность заклинивания навески элементов ЛА и уменьшает трение в этих узлах. Установка подшипников в двух проушинах вилки препятствует ориентации соединения и поэтому не применяется.

В шарнирных соединениях ЛА обычно используются шарикоподшипники радиальные сферические одно- или двухрядные с двумя защитными шайбами и выступающим внутренним кольцом. Подшипник подбирается по каталогу.

Исходя из величины нагрузки , для нашего случая подойдёт шарикоподшипник радиальный однорядный с канавкой для ввода шариков с двумя защитными шайбами без сепаратора №980800. Характеристики подшипника приведены ниже.

Рисунок 2 - Конструкция проушины с подшипником

Выбранный подшипник определяет диаметр болта, который в этом случае на срез и смятие не проверяется, а также другие размеры проушины. Так толщина проушины «уха» в соответствии с выбранным подшипником устанавливается как

где  - высота внешней обоймы подшипника,

 - расстояние от края проушины до внешней обоймы подшипника. Эта величина определяется ОСТ 03841-76 для диаметра 20…30 мм , для диаметра 30…40 мм .

Внутренний диаметр проушины определяется диаметром внешней, наружной обоймы подшипника

сварной шарнирный кронштейн шов

.

Наружный диаметр проушины  зависит от материала кронштейна и определяется по следующей зависимости

,

где  - величина перемычки, которая учитывает действующую нагрузку, внутренние напряжения от запрессовки подшипника, технологию заделки, а также возможную овальность отверстия под подшипник.

На смятие проушина под подшипником не проверяется.

В шарнирных соединениях, допускающих ориентирование уха по отношению к вилке, необходимо обеспечивать с помощью втулок на вилке или иных средств размер зазора на перекос.

Проушины с втулками

Проушины с втулками применяются в двух случаях: при передаче больших сил, когда применение подшипников нерационально, из-за их большого размера, и для уменьшения размеров проушины кронштейнов из алюминиевых и магниевых сплавов.

Втулка (с буртиком или без буртика) устанавливается в тело проушины по прессовой посадке, образуя неподвижное соединение, у которого допустимое напряжение смятия больше, чем у подвижного. Кроме того, повышается давление по поверхности трения «втулка - стальной болт». В случае разработки отверстия втулка без труда может быть заменена.

Втулки с буртиком применяются в случаях, когда по плоскости контакта проушин происходит перемещение. Для предотвращения заклинивания, материал втулки должен иметь меньший предел прочности по сравнению с материалом болта.

При использовании в шарнирном соединении втулок с точки зрения схем нагружения не имеет значения, какое соединение делать подвижным - относительно внешних или внутренних проушин. В первом случае применяется болт или ось, зафиксированные в средней проушине. Втулки устанавливаются в проушины вилки. Во втором более технологическом случае неподвижность соединения достигается затяжкой болта, втулка при этом устанавливается в проушине уха. Рассмотрим этот случай подробнее.

Диаметр отверстия втулки  назначается по диаметру болта , который определяется исходя из условия его среза по двум плоскостям

,

где  - число плоскостей среза болта ();

 - расчётное напряжение среза болта.

Высота или толщина проушины  берётся, как правило, равной высоте одной или двух стандартных втулок, запрессованных с обеих сторон проушины. Тогда наружный диаметр втулки определится как (в качестве материала втулки принимаем сталь 30ХГСА, для которой )

втулку назначаем исходя из конструктивных соображений, т.к. ,

где  - количество плоскостей смятия (для «уха» , вилки )

,  - пределы прочности на смятие соответственно материалов втулки и проушины.

При проведении проектировочного расчёта принимаем для алюминиевых и магниевых сплавов , для сталей

По рассчитанным размерам , ,  из отраслевых стандартов подбирается ближайший типоразмер втулки, и проводится проверка её прочности. Так, в случае установки в проушину двух втулок необходимо выполнение следующих неравенств

В случае если по расчётам получается, что , то при применении в конструкции кронштейна высокопрочных материалов и при отсутствии ремонта соединения втулку можно не ставить; при малых нагрузках на соединение при необходимости ремонта размеры втулки назначают, исходя из конструктивных соображений.

Рисунок 3 - Проушина со втулкой

Высоту проушины ,

 - высота проушины из условия смятия материала болта;

 - высота проушины из условия смятия проушины,  - диаметр отверстия проушины;

 - высота проушины из условия смятия материала по внутренней поверхности.

Остальные размеры назначают, исходя из конструктивных и технологических соображений.

Расчёт проушины без подшипников и втулок

Расчёт ведётся в следующей последовательности.

Диаметр соединительного болта определяется выражением

,

где  - число плоскостей среза;

 - расчётное напряжение среза болта.

Принимаем .

Рисунок 4 - Плоскости среза и разрыва

Толщина проушины определяется как максимальная из величин  и :

 - толщина проушины из условия смятия материала болта, принимаем, что ;

Рисунок 5 - Конструкция тяги

 - толщина проушины из условия смятия материала проушины, принимаем, что .

Ширина перемычек проушины определяется как максимальная из условия среза проушины от силы  и разрыва от силы :

 - ширина перемычки из условия разрыва проушины по плоскости разрыва;

 - ширина перемычки из условия среза проушины по плоскости среза;

,  - расчётные напряжения разрыва и среза материала проушины;

 - коэффициент концентрации, в общем случае зависит от вида нагружения соединения, числа проушин, размеров самого соединения.

Ширина перемычки  определяется аналогичным образом.

Остальные размеры назначаются исходя из конструктивных и технологических соображений.

Проектировочный расчёт корпуса балочного кронштейна

Корпус балочного кронштейна имеет, как правило, двутавровое сечение. Он включает в себя два пояса, заключённую между ними стенку, основание. Пояса двутавра воспринимают осевые усилия, возникающие от изгибающего момента и силы , а стенка - касательные усилия от сил  и .

Проектировочный расчёт начинается с расчёта сечения в зоне перехода проушины к телу кронштейна. Это сечение устанавливается на расстоянии  от точки приложения нагрузки.

Тогда

Должно выполняться условие

В выбранном сечении от усилий  и  действуют напряжения

Условие  выполняется.

Рисунок 6 - Корпус кронштейна

Далее переходим к расчёту толщины стенки. Стенка воспринимает перерезывающую силу. Её толщина рассчитывается из условия среза по формуле

где  - угол наклона пояса кронштейна к продольной оси;