Проектирование узла системы управления рулем высоты

α

β

P₁

r₁

r₂

a

b

B

t₁

t₂

H₁

e₁

e₂

e₃

96

19

920

140

150

75

20

25

2,5

2,0

110

16

15

1,8

2.1    Определение нагрузок, действующих на качалку

Известно, что силы Р₁ и Р₂ перпендикулярны нейтральному положению качалки. Принята следующая расчетная схема - рис.1.

На качалку действуют нагрузки Р₁, Р₂ и их реакции R_ax R_ay неизвестными являются Р₂‚ R_аx, R_ау они определены таким образом.

Плечи сил Р₁ и Р₂ относительно точки А соответственно h₁ и h₂. Определим их.

АВ=h₁=r₁·cosβ=140·cos19°=132,37 мм=h₂=r₂·cosβ=150·cos19°=141,83 мм

Условием равновесия качалки будет следующее уравнение моментов всех сил, действующих на качалку относительно точки А.

ΣМ_А=0; P₁·h₁-P₂·h₂=0

Известно‚ что: α=90°+δ=90+6=96°

где δ - угол между осью АУ системы координат ХАУ и осью АВ, соответствующей нейтральному положению одного из плеч качалки (рис.1).

Определение реакций действующих сил в точке А (R_ax‚ R_ау).

Для определения реакций R_ах, R_ау составлено два уравнения равновесия.

Сумма проекций всех действующих сил на ось АХ равна нулю.

ΣF_X=0, R_AX+P₁·cosδ=0

R_AX=-Р₁·cosδ=-920·cos6°=-914,96 кгс

где δ=а-90=96-90=6°

И сумма проекций всех действующих сил на ось АУ равна нулю.

ΣF_y=0

Откуда находим неизвестную реакцию Rау:

P₂+P₁·sinδ+Ray=0,=-P₂-P₁·sinδ=-920-858,67·sin6°=954,83 кгс

По знакам R_АХ и R_АУ определено, что эти реакции направлены в сторону, противоположную положительному направлению соответствующих осей АХ и АУ, (рис. 1). Показанные на рис.1 реакции имеют знак «минус».

Рисунок 1 - Расчетная схема качалки.

.2      Проектирование качалки

Каждое плечо качалки необходимо рассчитать по трем сечениям: 1-1‚ 2-2‚ 3-3.

Сечение 1-1 проходит по оси болта крепления качалки и тяги. Сечение 2-2 дано в середине плеча качалки. Сечение 3-3 максимально удаленное от линии действия силы (оси болта крепления качалки и тяги) сечение.

Сечение 1-1 работает на срез.

Необходимо определить максимально допустимую нагрузку по срезу [Рср]^1-1 и сравнить ее c действующей.

При проектировании проушина качалки (сечение 1-1) необходимо чтобы:

[Pcp]^1-1>Pi           (i=1, 2).

При этом коэффициент запаса прочности по срезу должен составлять:

где: σ_в=40 кг/мм²

[τср]=0,6σ_в=0,6·40=24 кг/мм²

Примем с₁=6 мм, d₁=5 мм, b₁=10 мм, H₁=20 мм.

Fcp=(H₁-d₁)·(b₁-c₁)=(20-5)·(10-6)=60 мм²

[Рср]^1-1=[τср]·Fср= 24·60=1440 кгс

Сечение 2-2 (также и сечение 3-3) воспринимает изгибные напряжения от силы Р_і на плече h^2-2 (для сечения 3-3 на плече h^3-3)‚ сжимающие для левого плеча качалки, от составляющей силы Р₁, (Р₁sіnβ) и растягивающие для правого плеча от составляющей силы Р₂ (Р₂sіnβ).

Приближение первое:

Примем с₂=7 мм, b₂=18 мм, h₂=32 мм, H₂=40 мм, h^2-2=65 мм.

Изгибающий момент в сечении 2-2 составит:

M_i^2-2=Pi·cosβ·h^2-2          (i=1, 2)

i=1 левое плечо, i=2 правое плечо.

M₁^2-2=920·cos19°·65=56542,01 кгс·мм

M₂^2-2=858,67·cos19°·65=52772,54 кгс·мм

Момент сопротивления сечения 2-2 относительно оси z:

Напряжения от изгибающего момента в сечении 2-2.

Напряжение от сжимающей нагрузки в сечении 2-2 (для левого плеча):

где: F ^2-2- площадь сечения 2-2.

F^2-2=b₂·(H₂-h₂)+(b₂-2·c₂)·h₂= 18·(40-32)+(18-2·7)·32=272 мм²

Напряжение от растягивающей нагрузки во втором сечении правого плеча.

Суммарные напряжения для сечения 2-2:

σ_Σ1^2-2= σ_M^2-2·σ_СЖ^2-2=23,45·1,1=24,56

σ_Σ2^2-2= σ_M^2-2+σ_P^2-2=21,89+1,03=22,92

Напряжения будут максимальны для внутренней полки левого плеча (здесь сжимающие напряжения складываются) и наружней полки правого плеча (складываются растягивающие напряжения).

Параметры с₂, b₂, h₂, H₂ подбираются исходя из требуемого коэффициента запаса прочности.

Коэффициенты запаса прочности для левого и правого плеча очень высокие, поэтому изменим параметры с₂, b₂, h₂, H₂.

Приближение второе:

Примем с₂=4 мм, b₂=13 мм, h₂=33 мм, H₂=38 мм, h^2-2=65 мм.

M₁^2-2=920·cos19°·65=56542,01 кгс·мм

M₂^2-2=858,67·cos19°·65=52772,54 кгс·мм

Момент сопротивления сечения 2-2 относительно оси z:

Напряжения от изгибающего момента в сечении 2-2.

Напряжение от сжимающей нагрузки в сечении 2-2 (для левого плеча):

F^2-2=13·(38-33)+(13-2·4)·33=230 мм²

Напряжение от растягивающей нагрузки во втором сечении правого плеча.

Суммарные напряжения для сечения 2-2:

σ_Σ1^2-2=33,72·1,3=35,03

σ_Σ2^2-2=31,47+1,22=32,69

Коэффициенты запаса прочности:

Коэффициенты в пределах нормы.

Сечение 3-3

Примем с₃=5 мм, b₃=16 мм, h₃=45 мм, H₃=50 мм, h^3-3=100 мм.

Изгибающий момент в сечении 3-3 составит:

M₁^3-3=920·cos19°·100=86987,71 кгс·мм

M₂^3-3=858,67·cos19°·100=81188,53 кгс·мм

Момент сопротивления сечения 2-2 относительно оси z:

Напряжения от изгибающего момента в сечении 2-2.

Напряжение от сжимающей нагрузки в сечении 3-3 (для левого плеча):

F^3-3=16·(50-45)+(16-2·5)·45=230 мм²

Напряжение от растягивающей нагрузки во втором сечении правого плеча.

Суммарные напряжения для сечения 2-2:

σ_Σ1^3-3=·=27,28

σ_Σ2^3-3=+=25,46

Коэффициенты запаса прочности:

Коэффициенты в пределах нормы.

3.     
Проектирование кронштейна

Определение нагрузок, действующих на кронштейн

На кронштейн действуют две силы R’ay и R’ax равные по модулю силам R_ay и R_ax, но противоположно направленные, поэтому:

|R’_ax|=|R_ax|=914,96 кгс

|R’_ay|=|R_ay|=954,83 кгс

Далее проектируем проушину кронштейна - сечение 5-5 и определяем диаметр болта - d₆ крепления качалки.

Сечение 5-5 работает на срез и растяжение (от силы R’_ay - на срез, от R’_ax - на растяжение).

F_cp^5-5 - площадь среза проушины кронштейна.

F_p^5-5 - площадь разрыва проушины кронштейна - площадь сечения 5-5.

F_cp^5-5=F_p^5-5=(b₅-c₅)·(H₅-d₆)

Диаметр болта d₆ определяется по справочным материалам по суммарной нагрузке R^Σ

d₆=6 мм.

Размеры проушины b₅, c₅, H₅ определяются проектировочным расчетом с учетом следующего. В первом приближении можно принять, что:

H₅=18 мм, с₅=22 мм, b₅=26 мм.

F_cp^5-5=F_p^5-5=(26-22)·(18-6)=48 мм²

Первое соотношение:

Второе соотношение:

Коэффициенты запаса прочности в пределах нормы.

Далее рассчитываются сечения 6-6 и 7-7. Методика расчета данных сечений аналогична. Разница состоит в уровне действующих нагрузок.

Сечения 6-6 расположено на расстоянии равном половине высоты кронштейна, т.е. на расстоянии a/2 от подошвы кронштейна. В сечении 6-6 и 7-7 действует растягивающая сила R’_ax и изгибающий момент:

b₅=b₆=b₇;

c₅=c₆=c₇;

Размеры e₆ и е₇ могут быть выбраны из следующих соотношений:

Из-за габаритов качалки примем e₆=0 мм.

Проведем расчет сечения 6-6.

Примем Н₆=40 мм

где:  - момент сопротивления сечения 6-6 относительно оси z.

F^6-6 - площадь сечения 6-6

F^6-6=H₆·b₆+c₆·e₆-c₆·H₆=40·26+22·2-22·40=160 мм²

Коэффициент запаса прочности в пределах нормы.

Проведем расчет сечения 7-7.

Примем Н₇=40 мм

где:  - момент сопротивления сечения 7-7 относительно оси z.

F^7-7 - площадь сечения 7-7.

F^7-7=H₇· b₇+c₇·e₇-c₇·H₇=55·26+22·2-22·55=264 мм²

Коэффициент запаса прочности в пределах нормы.

4.     
Расчет крепления кронштейна

Кронштейн крепится к лонжерону четырьмя болтами - №1, №2, №3, №4.

Необходимо определить нагрузки, действующие на каждый из болтов и по данным нагрузкам подобрать из справочника диаметры болтов. Используем болты из материала 30ХГСА.

Все четыре болта испытывают нагрузку на разрыв от силы R’_ax.

Кроме того, от изгибающего момента два болта №3 и №4 догружаются осевыми силами на разрыв, два другие болта - №1 и №2 наоборот разгружаются.

При этом все четыре болта работают на срез от силы R’_ay.

Найдем нагрузку на разрыв, приходящуюся на каждый из четырех болтов от силы R’_ax.

Далее найдём нагрузку на разрыв, приходящаяся на болты №3 и №4 от изгибающего момента.

Так как болты №1 и №2 разгружаются на разрыв от момента М=R’_ay·а, то далее рассмотрены более нагруженные болты №3 и №4.

Суммарная нагрузка на разрыв болтов №3 и №4:

где  - расстояние между болтами вдоль лонжерона. Нагрузки от силы среза:

По двум нагрузкам -  и  из справочника определяют диаметр болтов №3 и №4. Диаметры №1 и №2 выбираются аналогично.

d_{№1, №2, №3, №4}=4 мм.

качалка кронштейн лонжерон фитинг

5.     
Усиление лонжерона и нервюры стабилизатора

Для усиления лонжерона от местных нагрузок, приходящихся на кронштейн и передаваемых на лонжерон установлена накладка, толщина которой равна толщине стенки лонжерона.

Для усиления нервюры и корректной передачи нагрузок на нее от кронштейна использованы четыре фитинга - по два от оси нервюры.

.1      Расчет крепления накладки к лонжерону

Крепление накладки к стенке лонжерона рассчитывается от действующей вдоль оси лонжерона нагрузки - в данном случае от силы R’_ay.

Крепление осуществляется заклепками, которые частично установлены впотай под подошвой кронштейна и равными частями перед подошвой кронштейна и за ней.

Общее количество заклепок крепления накладки к стенке лонжерона (П_н) может быть определено следующим образом:

где [P_ср] - максимальная нагрузка на срез, которую может выдержать заклепка данного диаметра.

Выбираем заклепки диаметром d=3 мм -

Минимальное количество заклепок Пн=14 шт.

5.2    Крепление фитингов

Фитинги (4 шт.) крепятся одной полкой (вдоль оси лонжерона) к стенке лонжерона (болтами крепления кронштейна и совместно - заклепками крепления усиливающей накладки и стенки лонжерона), другой полкой (вдоль оси нервюры) к полке и стенке нервюры.

Крепление фитингов к полке и стенке нервюры рассчитывается от нагрузки R'_ax.первом приближении можно принять, что на каждую полку фитинга вдоль оси нервюры приходится сила R'_ax/4.

Количество заклепок (n_Ø) крепления данной полки фитинга (каждого) к нервюре может быть подсчитано следующим образом:

Минимальное количество n_Ø=5 шт. Кроме того, полка фитинга, приходящаяся под горизонтальную полку пояса лонжерона‚ крепится (в данном месте) совместно с полкой лонжерона и обшивкой с помощью заклепок установленных по обшивке.

Толщины полок фитингов приравниваются к соответствующим толщинам полок нервюры и лонжерона (к которым они прилегают), а общие габариты определяются исходя из габаритов кронштейна и количества заклепок крепления к нервюре n_Ø с учетом стандартного шага между заклепками: t=(4÷5)·d=4·3=12 мм

Вывод

В ходе выполнения данной самостоятельной работы была изучена методика расчета узла управления рулем высоты. Были произведены расчеты качалки, кронштейна, крепления кронштейна, усиления лонжерона и нервюры стабилизатора (крепления накладки к лонжерону и крепления фитингов). Выполнены рабочие чертежи качалки, кронштейна, фитингов и сборочный чертеж узла.

© 2003 - 2022 «Библиофонд»

Обратная связь

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности

Полная версия

Помощь по учебным работам

Консультация по курсовой работе

Консультация по дипломной работе ВКР

Консультация по реферату

Консультация по отчетам о практике