Проектировочный расчет кронштейна навески элерона

ЗАДАНИЕ. Выполнить проектировочный расчет кронштейна навески элерона

Выполнить проектировочный расчет кронштейна навески элерона, рассчитать его геометрические и силовые параметры, выполнить оптимизацию конструкции с целью снижения массы (при этом коэффициент запаса прочности должен удовлетворять требования, предъявленные к авиационным конструкциям).

РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ

Исходными данными для расчета являются: Р — нагрузка, приложенная в точке крепления осивращения управляемой поверхности, L — расстояние от точки приложения силы Р до плоскости крепления кронштейна на продольном силовом элементе КСС, Нк — максимальная высота кронштейна в плоскости крепления (по условию предыдущей расчетно-графической работы).

L=0,18 м;

Нк=0,28 м;

Материал узла: АК4;

Коэффициент концентрации напряжений — нагрузка переменная (циклическая).

РАСЧЕТ

В качестве материала, из которого изготовлена вся конструкция задан алюминиевый сплав АК4. Характеристики материала см. в таблице 1.

Таблица 1 Характеристики сплава АК4

Поскольку кронштейн предназначен для навески на него элерона, в нем применяется шарнирный подшипник по ГОСТ 3635–78.

По каталогу подшипников согласно заданной нагрузке выбирается подшипник ШЛТ8.

Использовать данный подшипник предпочтительнее, чем аналогичный ЕШ10, указанный в каталоге ГОСТ, поскольку вышеуказанный подшипник имеет меньшую массу (0,008 кГ, против 0,012 кГ у аналога и имеет больший угол поворотапротив соответсвенно).

Схему подшипника см. на рис. 1. Характеристики подшипника приведены в таблице 2.

Рис. 1 Шарнирный подшипник

Таблица 2 Характеристики подшипника

Диаметр болта выбирается по внутреннему диаметру подшиника.

Учитывая стандартные диаметры болтов, выбираем болт диаметром 8 мм по ГОСТ 7798–70 (см. рис. 2), в третьем исполнении, с отверстием под шплинт. Характеристики болта см. в таблице 3.

Рис. 2 Соединительный болт

Таблица 3 Характеристики соединительного болта.

Соединения рассчитывают, исходя из размеров подшипника.

Рис. 3 Подвижное соединение

Наружный диаметр проушины:

Где: Dпнаружный диаметр подшипника =17 мм. (см. табл. 2);

eширина перемычки. Для алюминиевого сплава АК4 при нагрузке от 10 000 до 36 000 Н составляет 14 мм.

Высота проушины:

Где: Впвысота подшипника (см. таблицу 2);

а=0,2 мм, для подшипников с наружным диаметром 2030 мм.

По окончании построений контура ушка определяется длина замыкающего болта по формуле:

где: — высота проушины;

— толщина вилки (принимаем за половину толщины уха~ 4);

— толщина шайбы =1 мм (количество шайб- 2);

— высота корончатой гайки (по ГОСТ 5932–73, исполнение 2) = 9,5 мм (характеристики гайки см. рис. 7, характеристики гайки см. в таблице 3);

— запас нарезной части болта (выступание над гайкой), который примерно равен удвоенному шагу резьбы = 2,5 мм.

Рис. 4 Корончатая гайка

Таблица 3 Характеристики корончатой гайки

Учитывая стандартные размеры, для соединения выбираем болт длиной L=30 мм по ГОСТ 7798–70. Контрение осуществляется шплинтом ГОСТ 397–79.

Рис. 5 Кронштейн с ушковым элементом

Толщина в сечении А-А (см. рис.):

В целях снижения массы и металлоемкости кронштейна максимальная высота корпуса принята за половину высоты плоскости крепления, составляющая, таким образом, 140 мм.

Толщина стенки кронштейна в сечении В-В (см. рис 5) равна:

Толщина стенки в сечении Б-Б:

Ширина пояса в сечении В-В:

Толщина стенки кронштейна принимается как большее значение (но не минимально возможное по технологии изготовления) в двух расчетных сечениях: наименьшей строительной высоты (сечение Б-Б) и на наибольших действующих напряжений на краю отверстия облегчения (сечение В-В).

Толщина пояса кронштейна равна:

Диаметр болтов, служащих для крепления кронштейнов определяется по действиющему усилию .

Где hкрепл.- расстояние между болтами по оис ОY, определяемое как:

Sразмер головки болта «под ключ»;

Согласно расчетной разрушающей нагрузке выбирается болт (материал болтасталь 30ХГСА) диаметром 8 мм по ГОСТ 7798–70 в первом исполнении (см. рис. 2). Характеристики болта приведены в таблице 4.

Таблица 4 Характеристики крепежного болта

Рис. 6 Крепление кронштейна к стенке

Длина болта определится как:

Где: = -толщина бобышки на подошве кронштейна (см. рис 6); Sст.- толщина стенки, по предыдущей задаче = 2,5; - толщина шайбы = 1 мм (количество шайб-2); - высота гайки = 6,5 мм по ГОСТ 5915–70; - запас нарезной части болта (выступание над гайкой), который примерно равен удвоенному шагу резьбы = 2,5 мм.

Учитывая стандартные размеры, для соединения выбираем болт длиной L=20 мм по ГОСТ 7798–70. Контрение болта осуществляется кернением. Толщина подошвы определится как:

Где: б=1,4- коэффициент, учитывающий виды нагружения подошвы;

dбдиаметр болта;

nбколичество болтов;

в кроншт.- передел прочности материала кронштейна.

Дальнейший расчет и оптимизация производятся в САПР T-Flex.

Рис. 7 Предварительный общий вид кронштейна

Выполняется расчет кронштейна на прочность, согласно условиям задания. Расчет производится методом конечных элементов.

Рис. 8 Разбивка кронштейна на конечные элементы

Рис. 9 Результат расчета

Коэффициент запаса прочности равен 2,9. Конструкция обладает излишней прочностью. Масса ее при этом составляет 1,598 кГ.

Дальнейшие мероприятия направлены на уменьшене массы кронштейна и приближения его весовых характеристик к авиационным конструкциям.

Рис. 10 Результаты расчета после оптимизации

Производится изъятие лишнего материала, грани сглаживаются (снимаеются концентраторы напряжений и уменьшается масса). При этом коэффициент запаса прочности составляет 1,45.

Масса конструкции- 1,407 кГ, что на 0,191 кГ меньше, чем у исходного образца.

Рис. 11 Оптимизированный кронштейн

Кронштейн навески элерона: