Расчет проушин на растяжение

В большинстве разъемных соединений, применяемых в конструкции самолета, широко используются разного рода проушины. При проектировании надо учитывать, что любой стык является критическим местом и сделать его равнопрочным регулярному полотну без значительного увеличения массы очень сложно. К увеличению массы проушины ведет наличие концентрации напряжений в зоне отверстия, а масса проушин подвижных соединений увеличивается из-за снижения напряжения смятия под болтом и соответствующего увеличения размеров проушины.

Алгоритм проектировочного расчета проушины неподвижного соединения.

Расчетная схема проушины неподвижного соединения представлена на (рис. 2.1). Пусть задана сила Р, вызывающая разрыв проушины.

Рис. 2.1. Проушина

Расчет соединения типа «ухо-вилка» осуществляется по следующему алгоритму:

1. Определение площади сечения болта. Определяется площадь сечения болта из условия работы на срез:

где: — расчетная нагрузка на проушину;

вб — предел прочности материала болта на срез;

вб=(0,6…0,65)вб

— число плоскостей среза болта, .

2. Определение диаметра соединительного болта из условия среза. Диаметр болта определяется по следующей формуле:

где:-диаметр соединительного болта, уточняется по справочникам согласно отраслевых стандартов или нормалям.

3. Определение толщины проушины.

Толщина средней проушины уха или суммарная толщина двух крайних проушин вилки определяется из условия работы проушины на смятие, определяется ее толщина:

где см — допустимое напряжение смятия проушины может быть определено по формуле:

— коэфициент зависящий от типа соединения, =1…1,3

4. Определение остальных размеров проушины.

Осчтальные размеры проушины определяются из условия разрыва по сечению А- Необходимо учитывать, что из-за наличия отверстия в сечении А-А проушины, напряжения будут изменяться неравномерно. За разрушающее напряжение в этом случае принимается величина [],

где k — коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений.

Приближенно k можно определить по эмпирической зависимости:

Более точное значение k можно определить по справочникам. Обычно, отношение параметров и выбирают в следующих пределах:

=c=1…1,4 и = 2…3

Тогда, площадь сечения проушины по сечении А-А из условия разрыва будет равна:

где вп — допустимое временное напряжение материала проушины.

Учитывая, что площадь сечения проушины можно определить:

; У=1,2Х;

Ширину перемычки (У) необходимо проверить из условия среза по плоскостям (У1-У2)

;

где ВП — предел прочности материала проушины на срез.

Необходимо соблюдение условия У<У;

Площадь сечения за проушиной определяют по выражению:

6. Программа расчета проушин неподвижного соединения.

Приведенный в разделе 2.1 алгоритм расчета проушины неподвижного соединения был реализован в виде программы PROUSH для вычислительной машины ПЭВМ на алгоритмическом языке ПАСКАЛ 7.0

В числовом материале программы используются характеристики алюминиевого сплава Д16 и стали 30ХГСА.

Решение задач по конструированию проушина с использованием программы PROUSH производится с помощью терминального комплекса автоматизированного программирования (ТЕКАП), разработанного на кафедре КиПЛА. ТЕКАП позволяет с помощью клавиатуры дисплея ПЭВМ задать исходные данные, отправить программу на решение и получить ответ на экране дисплея либо на бумаге в виде распечатки.

Для работы программы PROUSH необходимо ввести исходные данные (табл. 2.1).

Таблица 2.1

В результате расчета получаются следующие параметры проушина (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Таблица 2.3. Таблица вариантов задания исходных данных

Проушина работает на разрыв в ослабленном сечении, смятие, срез. Соответствующие условия прочности имеют вид:

; (6.6)

; (6.7)

, (6.8)

где:  — геометрический параметр проушины.

σв, σсм, τср — пределы прочности материала на разрыв, смятие, срез. Материал проушины алюминиевый сплав Д16 ( МПа).

Из условия на срез крепежного элемента подбираем наружный диаметр d:

, (6.9)

где:  МПа.

Выразим d:

 мм

Конструктивно принимаем d=14 мм (по большему диаметру подшипника).

Из условия на смятие проушины определим :

 мм. (6.10)

Принимаем  = 4 мм, по подшипнику. Из условия на срез проушины рассчитываем расстояние а для обеспечения соосности.

 (6.11)

Выразим из формулы 6.11 а:

 мм

Из условия разрыва в ослабленном сечении найдем наружный диаметр проушины:

, (6.12)

где: n — коэффициент концентрации n=3.

Выразим D:

 мм. (6.13)

В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636 — 69 и по конструктивно — технологическим соображениям принимается D = 16 мм.

Условие соосности R > а выполняется.

Для полученных значений и D проверим выполнение условия разрыва в ослабленням сечении:

,

Так как условие разрыва в ослабленном сечении выполняется, то проушина с выбранными геометрическими параметрами выдержит необходимое усилие.

Определим диаметр оси d из условия прочности на срез по формуле

Принимаем диаметр оси равным 5 мм (ГОСТ 9650-80).

Так как соединение тяги с качалкой представляет собой ухо-вилка (вилка расположена в качалке, а — ухо в тяге).

Расчет вилки качалки

При проектировании вилки будем считать, что усилие равно 200Н.

На рис.6.2 представлен эскиз вилки.

Рис.6.2 — Эскиз вилки

Определим толщину вилки из условия прочности крепежного элемента на смятие:

; (6.14)

откуда .

В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636 — 69 принимаем . Принимаем  для проушины. Определим наружный диаметр вилки из условия прочности на разрыв:

; (6.15)

отсюда

В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69 и по конструктивным соображениям принимаем .

Так как все условия выполняются, то вилка с выбранными геометрическими параметрами выдержит необходимое усилие.

Параметры вилок в качалке одинаковые, но в месте соединения тяги 2 (рис.6.1) с качалкой паз в вилке под проушину делается больше для обеспечения поворота качалки на заданные углы.

Расчет ступицы

Особенно ответственным узлом качалки является ступица, которая должна обеспечить свободное вращение качалки без заедания, а также отсутствие люфта вдоль оси вращения качалки. Для обеспечения базы при возможных боковых непредвиденных нагрузках в ступице устанавливаются два разнесенных подшипника [4]. По заданной нагрузке выбираем шариковые подшипники с такими геометрическими характеристиками: наружный диаметр D = 13 мм; внутренний диаметр d = 5 мм; ширина кольца В = 4 мм (ГОСТ 3385-75).

Используя приведенные выше формулы, аналогично рассчитываем ухо качалки в месте присоединения к кронштейну узла навески.

Получаем следующие геометрические параметры:

внутренний диаметр уха: ; наружный диаметр уха: ;

толщина уха с учетом двух подшипников и втулки составляет .

Толщину вилки в месте соединения качалки с узлом навески определим из условия смятия d = 5 мм, R = 283Н.

Определим толщину вилки из условия прочности крепежного элемента на смятие:

; (6.16)

откуда .

В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636 — 69 принимаем .

Принимаем  для проушины.

Определим наружный диаметр вилки из условия прочности на разрыв:

; (6.17)

отсюда

В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69 и по конструктивным соображениям принимаем .

Так как все условия выполняются, то вилка с выбранными геометрическими параметрами выдержит необходимое усилие.

Определим диаметр оси d из условия прочности на срез по формуле:

Принимаем диаметр оси равным 5 мм (ГОСТ 9650-80).

Геометрические параметры вилки в месте присоединения тяги к элерону те же, что и в месте соединения тяги с качалкой.

Расчет закрылка

Закрылок представляет собой отклоняемую вниз хвостовую часть крыла. Размещаются закрылки на участках крыла, не занятых элеронами. Различают поворотные, щелевые и выдвижные закрылки.

При отклонении поворотного закрылка вниз увеличивается кривизна профиля на участке крыла, занятого закрылком, что ведет росту су. При отклонении закрылка кривая су = f (α) смещается качественно так же. как и при отклонении щитка. Разница состоит в том, что при отклонении поворотного закрылка критический угол атаки уменьшается на большую величину, чем при отклонении простого щитка.

Наивыгоднейшие параметры поворотного закрылка: хорда b3 = (0,2.0,25) b и максимальный угол отклонения δЗMAX=40.50°. Поворотные закрылки, уступившие в эффективности другим типам закрылков, применяются очень, редко.

При отклонении щелевого закрылка между ним и основной частью крыла создается профилированная щель. Проходящий через эту щель воздух сдувает пограничный слой на верхней поверхности закрылка, что затягивает срыв на большие углы атаки. Благодаря этому щелевой закрылок создает больший прирост cv. чем поворотный. Недостатком щелевого закрылка является большее, чем у поворотного закрылка, лобовое сопротивление в неотклоненном состоянии из-за наличия щели. Для устранения этого недостатка положение оси вращения и очертание носка закрылка выбираются таким образом, чтобы в неотклоненном его положении щель была бы полностью закрыта. Щелевые закрылки обычно имеют хорду b3= (0,25.0,3) b и максимальный угол отклонения δЗMAX=50.60°.

Закрылки имеют обычно сходную с рулями и элеронами конструкцию, содержащую типовой набор конструктивных элементов — продольные балочки, стенки, стрингеры, нервюры, законцовочные стрингеры и обшивку. Конструктивное разнообразие схем увеличивается благодаря широкому применению сотовых и других заполнителей и созданию многослойных конструкций с использованием композиционных материалов.

Способы подвески закрылков опять же тесно связаны с разработкой кинематической схемы. Наиболее распространенными способами стали установки закрылков на кронштейнах (отклоняющиеся закрылки) и на рельсах (выдвижные или откатные закрылки).

В данной работе используется выдвижной, однощелевой закрылок (рис.7.1).

Рис.7.1 — выдвижной, однощелевой закрылок

Управление закрылком осуществляется механизмом винт-гайка. В связи со сложностями расчета данного соединения конструктивно принимаем внутренний диаметр гайки dг=6 мм