Винт-гайка нижнего привода винтового механизма стабилизатора самолета ИЛ-86

Реферат

Ключевые слова:

ВИНТ — ведущее звено в винтовой передаче с внешней резьбой

ГАЙКА — деталь с внутренней резьбой, образующая с винтом винтовую пару

РЕЗЬБА — чередующиеся выступы и впадины на поверхности тел вращения, расположенные по винтовой линии

ПОДШИПНИК — опора для цапфы вала или вращающейся оси

ПРОУШИНА — обеспечивает соединение механизма подъемника со стабилизатором самолета

ДОПУСТИМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ (ДАВЛЕНИЯ) — максимально возможные напряжения (давления), после превышения которых начинается разрушение детали.

Количество страниц- 17,

Количество рисунков- 3.

В домашнем задании выполнен расчет и конструирование передачи винт-гайка подъемника стабилизатора самолета ИЛ-86.

Задание

Спроектировать передачу винт-гайка нижнего привода винтового механизма стабилизатора самолета ИЛ-86 по следующим данным:

Fa=45 000 H,

L=500мм,

t=20 с.

Введение

Расчет необходимых параметров Расчет передачи винт-гайка скольжения Расчет винта Определение числа витков резьбы гайки Расчет тела гайки на прочность Выбор подшипника Проверка стержня винта на прочность по приведенным напряжениям КПД резьбы скольжения Расчет проушины Расчет штифтов Заключение Список использованной литературы

В создании современных летательных аппаратов решающая роль принадлежит инженерам конструкторам, которым необходимо произвести расчеты и рационально сконструировать детали и механизмы.

Нужно придерживаться специфики расчетов и конструирования деталей и механизмов общего назначения, которые используются в летательных аппаратах, а именно механические передачи, валы, подшипники, муфты, соединения и др. Особое внимание необходимо уделять специальным требованиям к деталям летательных аппаратов — минимальной массе и габаритным размерам, высокой надежности, долговечности, удельной прочности, работоспособности — в разных, в том числе в экстремальных условиях.

В данной работе необходимо сконструировать и произвести расчет подъемника стабилизатора самолета ИЛ-86. Подъемник стабилизатора предназначен для изменения угла атаки стабилизатора при различных центровках самолета.

Материалы винтовой пары

Материалы винта и гайки должны составлять антифрикционную пару и иметь хорошую обрабатываемость.

Винт передачи скольжения изготовим из стали 30ХГСА, которая обладает высокой прочностью и износостойкостью. Для уменьшения потерь на трение гайку выполним из антифрикционной оловянистой бронзы БрОЦС6−6-3, которая способна воспринимать большие удельные нагрузки.

Расчет необходимых параметров

1. Определяем среднюю скорость поступательного движения винта (гайки):

(м/с).

2. Определяем эффективную мощность на винте (гайке):

(кВт).

3. Принимаем приближенное значение КПД передачи винт-гайка:

(для резьбы скольжения при Z=2).

4. Принимаем приближенное значение КПД зубчатого редуктора:

— для одной ступени,

.

5. Определяем общий КПД механизма:

.

6. Определяем потребную мощность на входе в механизм, это может быть мощность двигателя или мощность отбираемая от карданного вала:

(кВт).

Расчет передачи винт-гайка скольжения

Назначение передач винт-гайка — преобразование вращательного движения в поступательное. Передачи обеспечивают большой выигрыш в силе, возможность получения медленного движения, большую несущую способность при малых габаритах, возможность достижения высокой точности перемещений, простоту конструкции и изготовления.

К недостаткам передач скольжения следует отнести большие потери на трение и низкий КПД, а поэтому невозможность применения при больших скоростях перемещений.

Наиболее характерные области применения передач винт-гайка: поднятие грузов (в домкратах), нагружение в испытательных машинах, осуществление процесса механической обработки (в винтовых прессах, станках), управление оперением самолетов, точные делительные перемещения (в измерительных машинах, станках), установочные перемещения для настройки и регулирования машин, перемещение рабочих органов роботов.

Основными критериями работоспособности передач винт-гайка скольжения являются износостойкость рабочих поверхностей резьбы, прочность и устойчивость винта. При значительных перегрузках витки резьбы проверяют на срез и изгиб.

Расчет винта

В проектировочном расчете диаметр винта определяют из трех условий:

1.Из условия износостойкости средний диаметр резьбы

гдекоэффициент высоты гайки,

выбираем .

При трении закаленной стали по бронзе, рекомендуют выбирать МПа.

Итак, получим

(мм).

2.Из условия прочности винта на сжатие (растяжение) внутренний диаметр резьбы определяют по формуле:

где — допускаемое напряжение, МПа.

— предел текучести, =765 МПа,

n=5- коэффициент запаса прочности.

(мм).

3.Из условия устойчивости стержня винта внутренний диаметр резьбы находят по зависимости:

где — допускаемый коэффициент запаса устойчивости, =4

— коэффициент приведения длины, зависящий от условий закрепления винта, =1,

Е=МПа.

L — длинна сжатого участка винта.

L=500

(мм).

Из трех полученных выше значений диаметров винта принимаем большее

d=42,85 мм. Уточняем его по таблицам стандартов выбранной резьбы, а затем выбираем размеры всех параметров резьбы:

резьба трапецеидальная

Р=8,

d; D=48 мм,

d₂=D₂=44 мм,

d₃=39 мм,

D₁; d₁=40 мм,

D₄=49 мм,

Н=1.866Р=14.928 мм,

H₁=0.5P=0.5*8=4 мм,

H₂=H₁+a_c=0.5*4=4.5 мм,

a_c=4.5

z-число заходов резьбы, z=2.

Угол подъема резьбы определяют по формуле:

.

Если резьба должна удовлетворять условию самоторможения, находят угол трения и сравнивают его с углом подъема средней винтовой линии. При этом должно быть выполнено условие

где — угол наклона рабочей грани резьбы, для трапецеидальной резьбы =15⁰,

f — коэффициент трения, f=0.08.

Тогда .

Определение числа витков резьбы гайки

винт гайка резьба подшипник

При относительном движении винта и гайки в резьбе под нагрузкой происходит износ и приработка рабочих поверхностей витков и первоначальная неравномерность нагрузки по ним выравнивается. Поэтому для расчета резьбы гаек принимают, что осевое усилие распределяется по виткам равномерно, а угол подъема витков настолько мал, что их можно рассматривать в виде плоских круговых колец.

Число витков резьбы гайки Z_г определяют из трех условий:

1. Из условия обеспечения износостойкости, которое выражается в ограничении среднего удельного давления:

где — рабочая высота профиля резьбы,

— допускаемое удельное давление в резьбе.

.

2.Из условия прочности на изгиб витка как консольной балки. При этом расчет ведут по виткам гайки, выполненной из более слабого материала.

где — допускаемое напряжение на изгиб.

— предел прочности материала гайки, =910 МПа;

mP-толщина ниток резьбы в опасном сечении, mP=5.12;

m=0.64 — для трапециидальной резьбы;

МПа.

Тогда

.

3.Из условия прочности витков на срез:

где — допускаемое напряжение среза.

Тогда

.

Из трех значений числа витков выбираем большее, 7.

Расчет тела гайки на прочность

1. Определение высоты гайки.

Высоту гайки определяем по двум зависимостям:

Н_Г1=P*Z_Г; Н_Г2=1.3*d₂

При Н_Г1<�Н_Г2 принимаем значение высоты гайки Н_Г2

Н_Г1=P*Z_Г=8*7=56 мм, Н_Г2=1.3*d₂=1ю3*44=57.2 мм.

Следовательно, высота гайки 57.2 мм.

2. Определение толщины гайки.

Схематически изобразим гайку на Рис. 4.

Рис.4

Определим наружный диаметр гайки из условия:

где (МПа).

Площадь определим по формуле:

А==900 (мм²);

где D=48 мм — наружный диаметр резьбы.

Тогда выражение для нахождения запишем в виде:

.

(мм).

Итак, минимальная толщина гайки составляет 59 мм.

Выбор подшипников

Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки и передают их на корпус машины. Подбор подшипников осуществляется по динамической грузоподъемности.

С — динамическая грузоподъемность. Это постоянная нагрузка, которую может выдержать подшипник без признаков усталостного разрушения в течение оборотов, Н. Число миллионов оборотов определяют по формуле:

где nчастота вращения, 1/мин,

— ресурс подшипника, час. ,

Р — эквивалентная нагрузка на подшипник,

nчастота вращения винта (гайки).

1/мин.

Тогда

(1/мин).

Принимаем =500 часов, тогда:

.

Динамическая грузоподъемность:

где — коэффициент, учитывающий надежность подшипника; =1, — коэффициент, учитывающий качество материала подшипника; =1, р=3.

Тогда получим:

.

Таким образом, была определена потребная динамическая грузоподъемность. По справочнику подбираем подшипник исходя из условия:

где — располагаемая динамическая грузоподъемность.

Был выбран подшипник 8215:

Ориентировочные расчетные параметры:

=68 400,

=169 000.

n_пред об/мин, при смазке:

пластичной — 1600,

жидкой — 2000.

d=75,

D=110,

H=27,

d₁=75.2,

r=1.5,

Шарики z=21, =12.7,

m=0.86 кг,

=96,

=89,

=111,

=6.

Проверка стержня винта на прочность по приведенным напряжениям

В случае нагружения винта с числом циклов его стержень проверяют на прочность по приведенным напряжениям:

Где — напряжения сжатия или растяжения от осевой силы,

(МПа),

— напряжение в винте от кручения, Где — вращающий момент, который прикладывают к винту для преодоления осевой нагрузки,

— момент винтовой пары:

Подставив числовые значения, получим:

(Нмм).

— момент трения в опоре (пяте) винта.

где — внутренний диаметр подшипника,

=75 мм,

f``=0.006 — приведенный коэффициент трения .

Тогда

(Нмм),

(Нмм).

Теперь определим напряжение в винте от кручения:

(МПа).

Проверяем стержень на прочность:

(МПа).

Допускаемое напряжение находим по формуле:

=765/5=153 (МПа).

Необходимое условие выполняется.

КПД резьбы скольжения

Если происходит преобразование вращательного движения в поступательное, (прямой ход), то движущей нагрузкой является момент, равный моменту винтовой пары. В этом случае КПД резьбы скольжения:

Подставим числовые значения:

.

С учетом потерь в упорном подшипнике (пяте) винта КПД винтового механизма при прямом ходе находим из соотношения:

Тогда получим:

.

Расчет проушины

Рассмотрим схематическое изображение проушины (рис.3)

Рис. 3 Где 1- ось проушины, 2- подшипник скольжения, 3- ухо, 4- проушина.

1. Определяем диаметр оси из условия ее работы на срез:

площадь определим по формуле ,

где .

.

Поскольку проушина выполнена из стали 30ХГСА, а МПа, то запишем:

МПа.

Сделав соответственные преобразования, получим формулу для расчета диаметра:

тогда

(мм).

2. Определяем длину подшипника скольжения из условия его допустимого удельного давления в паре ось-подшипник.

Подшипник выполнен из бронзы.

где МПа.

Тогда

подставив числовые значения, получим:

(мм).

3. Определяем размер В из условия ее работы на смятие:

тогда

где МПа.

Получаем

(мм).

Конструктивно увеличиваем В до В=3 мм.

3. Определяем прочность оси из условия ее работы на изгиб как балки на двух опорах. Если при расчете на изгиб действующих напряжений в оси превышает допустимое напряжение, то необходимо определить диаметр оси из условия изгиба и перещитать длину подшипника. Общая схема приведена на Рис. 4.

Рис.4

.

Определим изгибающий момент:

гдеопорная реакция,

L/2 — плечо.

Допустимые напряжения:

(МПа).

=

L рассчитываем как L=l+B=97.403+3=100.403 (мм).

Тогда

(Нмм).

Так как при расчете на изгиб действующие напряжения в оси превышают допускаемые напряжения изгиба, то диаметр оси необходимо переопределить из условия изгиба и также пересчитать длину подшипника l.

Запишем:

откуда .

(мм).

Итак, d=33.67 мм.

d₀=d=0,833.67=27 (мм);

Определяем длину l:

(мм).

Исходя из этого, перечитаем L

L=l+B=38.152+3=41.152

4. Посчитаем геометрический параметр :

откуда .

(МПа).

Подставив числовые значения в выше приведенную формулу, получим:

(мм).

Расчет штифтов

Одним из видов соединения деталей есть соединение с помощью штифтов. Штифты при этом работают на срез и при их проектировании рассчитывают площадь сечения, т. е. определяют их диаметр.

1. Штифты, воспринимающие нагрузки от вращающего момента Т:

где

l — плечо до сечения, где действуют напряжения.

т — допускаемые напряжения среза.

т765 МПа — материал штифтов Сталь 30ХГСА.

Преобразовав формулу, получим

мм,

где N — количество штифтов, принимаем его равным 8-ми.

мм.

2. Штифты, воспринимающие нагрузку от силы F_a.

где F=F_a

мм,

мм.

Заключение

В данной работе выполнен расчет и конструирование механизма подъемника стабилизатора самолета ИЛ-86. Установлено, что винт рассчитывается по трем условиям: условие износостойкости, условие прочности на растяжение (сжатие), условие устойчивости стержня винта. Более жестким оказалось условие износостойкости. Это означает, что основным видом разрушения в передачах винт-гайка с трением скольжения является износ резьбы. Поэтому чтобы увеличить время эксплуатации передачи или уменьшить ее массу и габариты необходимо увеличивать значение допустимого давления [p], зависящее от рационального выбора материала винтовой пары и от условий ее эксплуатации.

1. Полетучий А. И. Инженерные расчеты и основы конструирования деталей и механизмов летательных аппаратов.- Харьков. ХАИ. «Антиква». 2002.

2. Полетучий А. И. Конструирование передач винт-гайка авиационных и робототехнических механизмов: Учебное пособие. — Харьков ХАИ.1993.

3. Решетов Д. Н. Детали машин. — Москва. «Машиностроение». 1989.

4. Анурьев В. И. Справочник конструктора — машиностроителя. Т-2. Москва «Машиностроение». 1980.