Кронштейн навески закрылка самолета

Кронштейн-3к.doc

Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П. Королева
”Проектирование детали самолета”
Необходимо спроектировать кронштейн навески закрылка крепящийся к крылу.
А = 250мм Б = 100мм Н = 150мм Д = 50мм Е = 70мм К = 140мм α = 45°.
Действующая нагрузка РР = 30000 Н.
Необходимо спроектировать силовую деталь – кронштейн.
Кронштейн навески закрылка предназначен для закрепления закрылка на крыле
и обеспечения подвижности закрылка его выпуска.
Кронштейн установлен на крыле поэтому имеется возможность свободного
доступа к большей части детали. Температура эксплуатации от -60° до +50°.
Кронштейн должен удовлетворять как общим так и специальным требованиям.
достаточная прочность
достаточная жесткость
ресурс равный ресурсу планера самолета Т =
Кроме того к детали предъявляются и специальные требования:
минимальное трение и люфты в сочленении кронштейна на крыле и
кронштейна на закрылке
исключение возможности заклинивания и заедания при деформировании
обеспечение возможности сосной установки всех кронштейнов навески
Проведем анализ уже существующих конструкций детали аналогичной данной.
Выберем материал кронштейна. Для данной схемы наиболее подходящим способом
изготовления является горячая штамповка. Этот технологический процесс
обладает высокой производительностью хорошими механическими свойствами
получаемых заготовок высоким значением коэффициента использования
материала. Так как деталь является средне-нагруженной ее выгодно
изготавливать из деформируемых алюминиевых сплавов (АК4 АК6 АК8).
Выбираем материал АК6 т.к. он обладает меньшей плотностью а значит при
том же объеме меньшей массой по сравнению с АК4 и АК8 и средним значением
предела прочности [pic]. Сплав АК8 обладает бо'льшим пределом прочности
но склонен к коррозии и имеет удовлетворительную обрабатываемость.
Итак принимаем материал кронштейна АК6 ОСТ 1 90073-72 с характеристиками:
Рассчитаем геометрические параметры стержней фермы.
При этом следует учесть что расчеты будут проводиться исходя из того что
принятая схема это оси стержней. Но когда стержни приобретут геометрические
размеры кронштейн не будет удовлетворять заданным компоновочным
ограничениям. В точке 2 в крыле установлена стенка и стержни 1-2 и 2-3
должны лежать ниже этой стенки.
Поэтому сначала необходимо рассчитать приближенные геометрические
параметры для расположения стержней по схеме а затем сдвинуть точку 2 вниз
так чтобы кронштейн удовлетворял условиям компоновки.
Так как наиболее нагруженным из стержней 1-2 2-3 является стержень 1-2
то очевидно что геометрические параметры этого стержня будут определять
на сколько необходимо опустить точку 2.
Рассчитаем ориентировочные геометрические параметры.
При ферменной КСС стержни работают только на растяжение-сжатие не
воспринимая изгиба. Подберем сечения стержней фермы.
где - напряжения в стержне
[] - допускаемое напряжение для материала стержня
N - усилие в стержне
F - площадь поперечного сечения стержня.
Принимаем [pic] для материала АК6.
Определим потребные площади поперечных сечений стержней. Результаты
сведены в таблицу 2.
Таблица 2. Потребные площади поперечных сечений стержней.
Если бы расчётная схема в виде фермы была адекватна действительной
конструкции то форма поперечного сечения стержней роли не играла бы. Но в
действительности стержни в реальной конструкции работают и на изгиб.
Поэтому форму сечений следует выбирать рациональной с точки зрения работы
на изгиб. К тому же следует учитывать возможность потери устойчивости в
С учетом этого выберем для стержня 1-2 тавровое поперечное сечение.
Определим примерные геометрические параметры сечений без учета
Для определения примерных геометрических параметров сечений стержней
возьмем за основу наименее нагруженный стержень – 2-5 а сечение стержня 1-
получится увеличением высоты ребра a в зависимости от нагрузки.
Примем ориентировочно 1= 3 мм 2 = 5 мм. Площадь сечения: [pic]. Для
определенности положим что для опорного стержня 2-5 [pic] тогда [pic].
Для стержня 2-5 получим: [pic]. Принимаем b = const = 10мм для всех
стержней. Для стержня 2-5 [pic]. Для стержня 1-2 высота полки a определится
выражением: [pic][pic] [pic].
Необходимо учесть требования технологичности а именно штамповочные
уклоны минимальные радиусы скругления минимальные толщины полок.
Для определения штамповочных уклонов необходимо выбрать плоскость разъема
штампа. Плоскость разъема штампа принимаем в плоскости симметрии
Рассмотрим стержень 2-5. Для соотношения [pic] штамповочный уклон α = 5°.
Сечение с учетом технологичности будет иметь вид:
Для стержня 2-5 при значении высоты ребра расположенного в плоскости
разъема штампа [pic] [pic] минимальные значения радиусов скругления
следующие: [pic] [pic] [pic]. Принимаем [pic] [pic] [pic]. Тогда
минимальное значение ширины b определится: [pic] [pic]. Принимаем b = 14
мм. Пересчитаем значение высоты ребра a.
Высота полки достаточно велика и в целях ее уменьшения можно было бы
принять крестообразное сечение и разделить ее пополам. Но для стержня 1-2
нельзя принять крестообразное сечение из-за требований компоновки: в точке
расположена задняя стенка крыла. Для уменьшения высоты полки увеличим
Примем 1 = 8 мм. Тогда Высота полки:
Теперь необходимо "опустить" точку 2 на величину [pic].
При этом изменится геометрия осей стержней и следовательно измениться
силы в стержнях. Обозначим углы:
Выразим эти углы через [pic]:
Новое значение угла α:[pic].
Выразим усилия в стержнях фермы через эти углы:
[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic].
Результаты расчетов сведены в таблицу.
Таблица 3. Смещение точки 2.
В соответствии с изменением усилий в стержнях изменятся и потребные
площади сечений стержней.
Таблица 4. Потребные площади поперечных сечений.
Рассчитаем геометрические параметры сечений подобно тому как это было
сделано для стержня 1-2.
Геометрические параметры без учета требований технологичности сведены
Таблица 5. Расчет геометрических параметров.
Выберем следующие формы поперечных сечений стержней:
Для наружных стержней 1-2 2-3 3-4 4-5 – тавровое сечение для
внутренних 2-4 2-5 – крестообразное сечение.
Для стержней 3-4 и 4-5 из-за большого значения высоты полки а принимаем
крестообразное сечение.
Данные расчеты проводились исходя из того что расчетная потребная площадь
распределяется по тавровому или крестообразному поперечному сечению в виде
двух прямоугольников. Не учитывалось изменение площади из-за радиусов
скругления и штамповочных уклонов. Подсчитаем действительные площади
поперечных сечений исходя из того что по условиям технологичности для
всех стержней толщины стенок постоянны и равны1 = 3 мм 2 = 5 мм ширина
полки b = const = 14 мм радиусы скругления постоянны и равны: R1 = 15 мм
R2 = 3 мм R3 = 25 мм.
Исходя из действительных значений площадей уменьшим или увеличим значения
высоты полки a исходя из условия: [pic]. Получим следующие результаты:
Вычислим значения действующих напряжений в поясах [pic] и значения
коэффициентов избытка прочности [pic]. Результаты сведены в таблицу:
Таблица 5. Значения действующих напряжений и коэффициента избытка
Сжатые стержни 2-5 3-4 4-5 необходимо проверить на потерю устойчивости.
Напряжения местной потери устойчивости определяются:
где k - коэффициент учитывающий вид нагружения и закрепление;
E - модуль упругости материала;
b - ширина полки которая проверяется на потерю устойчивости;
В данном случае k = 36 как для заделки для материала АК6 E = 75·104
Если потеря устойчивости происходит за пределом пропорциональности т.е.
[pic] то необходимо произвести пересчет:
Но эта формула при очень большом значении напряжений дает искаженные
результаты. Значение коэффициента оказываются очень низкими и [pic]
получается практически равным [pic].
Возможно использование другой формулы:
Для материала АК6 [pic].
Принимаем [pic] [pic].
Результаты расчета для местной потери устойчивости сведены в таблицу:
Таблица 6. Местная потеря устойчивости.
Условие [pic] выполняется для всех стержней.
Проверим общую потерю устойчивости. Напряжения общей потери устойчивости
где с - коэффициент учитывающий закрепление;
Jx - момент инерции сечения.
В данном случае коэффициент c =4 как для случая заделки.
Результаты расчета для общей потери устойчивости сведены в таблицу:
Таблица 6. Общая потеря устойчивости.
Стержни не теряют устойчивость.
Произведем подбор болтов крепления кронштейна к стенке лонжерона.
Определим силу действующую в точке 1 и разложим ее на две составляющие -
срезающую (вертикальную) и разрывающую (горизонтальную) болт.
В точке один действует сила со стороны стержня 1-2.
Из требований компоновки в точке 1 кронштейн будет крепиться двумя
болтами. Усилия действующие на каждый болт определятся:
Эквивалентная нагрузка на каждый болт:
По эквивалентной нагрузке подберем болт из условия [pic] где [pic] -
разрушающее усилие на разрыв болта.
Принимаем болт M12 с [pic]. Коэффициент избытка прочности:
Произведем аналогичные вычисления и для точки 5.
Срезающее и разрывающее усилия действующие на болт:
Принимаем болт М10 с [pic]. Коэффициент избытка прочности:
Рассчитаем основание кронштейна ("подошву"). Для обеспечения прилегания
основания кронштейна к стенке лонжерона она обрабатывается механически.
Чтобы снизить площадь такой обработки разместим две подошвы – верхнюю и
нижнюю для каждой пары болтов.
Основание рассчитывается на смятие и на изгиб из-за эксцентриситета c.
Условие прочности при смятии основания определится:
[pic] - допускаемое напряжение смятия материала принимаем
Для верхнего основания:
Для нижнего основания:
Проверим проушину по условию прочности на изгиб:
W - момент сопротивления изгибу.
В данном случае [pic]. Принимаем [] = в. Тогда:
Размер а проушины определится минимальным расстоянием от центра болта до
Условие прочности не выполняется. Увеличим расстояние до края a и толщиу
Коэффициент избытка прочности:
Рассчитаем проушину кронштейна.
Для расчета проушины необходимо выбрать способ крепления кронштейна на
крыле к кронштейну на закрылке. Наиболее рациональным является соединение с
помощью подшипника качения. При таком способе обеспечивается низкое трение
а соответственно больший ресурс отсутствие люфтов в соединении и т.д.
Подберем подшипник по действующей нагрузке P = 30000 Н. Для соединения
деталей авиационных механизмов управления рекомендуется применять
сферические радиальные подшипники. Такие подшипники воспринимают
значительную радиальную нагрузку а также незначительную осевую нагрузку.
Они также допускают незначительные перекосы одного кольца относительно
другого что очень важно для обеспечения работы органов управления при
деформации поверхностей на которых они установлены. Это уменьшает
вероятность заклинивания и в некоторой степени помогает обеспечить
соосность кронштейнов например.
Таким образом выбираем сферический радиальный подшипник 981700 с
разрушающей нагрузкой при качании [pic].
Геометрические характеристики подшипника:
внутренний диаметр d = 10 мм;
наружный диаметр D = 37 мм;
ширина наружного кольца b = 12 мм;
ширина внутреннего кольца b1 = 16 мм.
Коэффициент избытка прочности будет равен:
Рассчитаем толщину проушины из условия заделки подшипника:
a - припуск на заделку подшипника по ОСТ 1.03841-76.
Принимаем а = 025·10-3 м.
По условиям технологичности принимаем толщину проушины равной ширине полки
Определим наружный диаметр проушины из условия ее прочности на разрыв:
Определим наружный диаметр проушины из условия запрессовки подшипника:
где [pic] - минимальная ширина проушины по условию запрессовки
Принимаем [pic]=3·10-3 м. Тогда:
Принимаем наружный диаметр проушины d = max[pic] [pic] = [pic] d = 43
Также на проушине необходимо предусмотреть штамповочный уклон.
Сечение проушины будет иметь вид:
Окончательно кронштейн будет иметь следующий вид:
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Войт Е.С. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение
Комаров А.А. Основы проектирования силовых конструкций. Куйбышев:
Куйбышевское книжное издательство 1965 88 с.
Власов Н.В. Майнсков В.Н. Конструирование деталей авиационных
конструкций из горячештампованных заготовок. Учебное пособие. Самара:
Майсков В.Н. Основы конструирования в самолетостроении. Учебное
пособие. Самара: СГАУ 1992 55с.
Чекмарев А.А. Осипов В.К. Справочник по машиностроительному черчению.
М.: Высшая школа 2001 493 с.

Рахимкулов 3-К-1.cdw

Технические условия на штамповку по ОСТ 1 90073-72. Группа
Неуказанные штамповочные уклоны 5
Неуказанные радиусы 5 мм.
Предельные отклонения размеров штамповки по ОСТ 1 41187-72.
Неуказанные предельные отклонения размеров обрабатываемых
поверхностей - по ОСТ 1 00022-80.
Термообработка: закалка и исскуственное старение.
Гр.Фл-086 204 кроме отверстий
ОСТ 1 90055-72 ПИ-3602
Маркировать по ПИ-7108 шрифтом ПО-2.

Кронштейн 3к5.doc

Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени академика
Проектирование детали летательного аппарата
Анализ деталей прототипов 4
Требования к проектируемой детали 9
Разработка и анализ возможных вариантов конструктивно-силовых схем 9
Подбор подшипника 12
Проектирование проушины 12
Расчет усилий в стержнях 13
Расчет потребных по прочности сечений в стержнях детали 22
Проектирования детали с учетом технологических факторов и ограничений
1 Выбор линии разъема штампа 24
2 Выбор штамповочных уклонов. 25
Расчет основания кронштейна 25
Список использованных источников 26
Спроектировать кронштейн крепления закрылка к крылу
выполнить рабочий чертеж
Кронштейн (рис.1) прикреплен к стене лонжерона двумя болтами. В точке 1
кронштейн прикрепленный к крылу соединен с другим кронштейном
прикрепленным к закрылку при помощи соединения типа «ухо–вилка». Большая
часть кронштейна находится в набегающем потоке.
Данная работа выполнена по методике изложенной в [1].
Рисунок 1 – Примерный вид и размеры кронштейна по условиям задания
Кронштейн навески закрылка предназначен для:
отклонения закрылка при взлете или посадки
окружающая среда – воздух
температура эксплуатации от -60 до +500 С
кронштейн установлен в негерметичном отсеке
количество циклов нагружений 104
Анализ деталей прототипов
) Кронштейн самолета Ту-154
Кронштейн закрылка самолета Ту-154 (рис. 2) установлен на одном из
закрылков. Деталь выполнена из материала АК-6 методом горячей штамповки.
В точках 1 и 2 кронштейн крепится болтами к одному закрылку. В точке 3
данный кронштейн соединен при помощи соединения типа «ухо-вилка» с
кронштейном другого закрылка.
Деталь технологична но сечение неаэродинамично.
Кронштейн самолета Ан-2
Кронштейн закрылка самолета Ан-2 (рис.3) установлен на нижнем крыле.
Деталь криволинейной формы изготовленная из двух штампованных профилей из
листа Д16-АТ толщиной 12 мм склепанных между собой.
Для крепления кронштейна к полкам лонжерона приклепываются с двух сторон
уголки которые крепятся к полкам лонжерона болтами.
Деталь нетехнологична имеет большой вес вследствие использования
заклепок. Так как герметические прокладки и другие средства герметизации
не используются то велика вероятность проникновения воды внутрь
кронштейна что увеличит массу кронштейна. Использование отдельной вилки
также увеличивает массу кронштейна. Опасные сечения ослаблены отверстиями
под заклепки. Кронштейн далеко выдается в набегающий поток.
Но он обтекаем то есть имеет меньшее сопротивление.
Кронштейн самолета М-15
Кронштейн закрылка самолета М-15 (рис.4) установлен на верхнем крыле.
Деталь криволинейной формы имеет обтекаемое сечение. Изготовлен из АК6.
Деталь нетехнологична далеко выдается в набегающий поток.
Требования к проектируемой детали
достаточная жесткость и прочность
при определении формы и сечений детали должны быть использованы
апробированные ранее методы
должно обеспечиваться минимальное трение в соединение кронштейна и узла
исключение возможности заклинивания и заедания в сочленении
ресурс равный ресурсу крыла и закрылка
при производстве детали применяют горячую штамповку
минимальное аэродинамическое сопротивление
Разработка и анализ возможных вариантов конструктивно-силовых схем
) Балочная КСС (рис.5)
Кронштейн изготовлен методом горячей штамповки. Имеет сечение в виде
двутавра; 3 отверстия облегчения; проушины в идее «уха».
Деталь технологична.
) Ферменная КСС (рис. 6)
Кронштейн изготовлен методом горячей штамповки. Имеет сечение нижнего
пояса в виде тавра. Сечение в месте изгиба кронштейна – двутавр. Проушина в
виде «уха». Имеет небольшую массу.
Руководствуясь характеристиками удельной прочности проведем выбор
материала. В соответствии с расчетной схемой номер 2 которую мы выбрали в
качестве КСС кронштейна. Деталь работает на растяжение-сжатие. Сведем
данные по некоторым материалам [2] применяемым в качестве материалов
штампованных деталей в таблицу 1.
Таблица 1 – Характеристики материалов
Материал в МПа []р МПа ρ тм3 []р ρ
ХГСА 1100 900 785 11465
АК-6 370 340 275 12364
ВТ6 920 820 443 1851
МА14Т1 270 250 18 13889
Здесь []р – разрушающее напряжение.
Из таблицы 1 видно что с точки зрения минимализации массы наиболее
подходящим является титановый сплав ВТ6 но он достаточно дорог. Да и
скорости полета будут дозвуковые (т.е. не возникнет проблема нагрева детали
из-за высокой скорости полета). Возьмем алюминиевый сплав АК-6 т.к. он
достаточно легкий и его легко обрабатывать. К тому же он прочнее магниевого
Термообработка: закалка и искусственное старение при температуре 1600 в
течение 12 часов. []р=340 МПа.
Подшипник подбираем по статической разрушающей нагрузке которая равна Рр
и равна 43000 Н. Возьмем подшипник с как можно меньшими геометрическими
Берем шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный 1300 с d=10 мм
D=35 мм bп=11 мм и с Рстатр=47000 Н [3] где
d - диаметр отверстия в подшипнике;
D – внешний диаметр подшипника;
bп – ширина внешнего кольца подшипника.
Вычислим избыток прочности
где n – число подшипников. В данном случае оно равно 1.
= (Рстатр Рр)*n=(4700043000)*1=1093.
Проектирование проушины
Пусть на нашем кронштейна находится ухо.
Определяем – толщину проушины которая как правило определяется по
условию заделки подшипника
где а – припуск на заделку подшипника [4]. Т.к.D=35 мм [30 мм; 40 мм] то
=bп+2*a=11+2*025=115 мм.
Определим b` - ширина проушины из условия прочности на разрыв.
=(Рр(n* *(b`-dпр)))= bпр где dпр=D=35 мм;
Найдем из этой формулы b`
b` =(Рр(n* * bпр))+ dпр
b` =(Рр(n* * bпр))+ dпр=(43000(1*115*370))+35=45106 мм
Определим bmin – минимальную ширину проушины из условия прочности при
запрессовке подшипника.
bmin= dпр+2*xmin где
xmin – величина перемычки. Здесь ее берем равной 4 мм т.к. у нас
bmin= dпр+2*xmin=35+2*4=43 мм.
b – толщина проушины есть b=max(b` bmin).
b=ma 43)=45106 мм. По [3] принимаем b=46 мм.
Вычислим напряжение в проушине
=Рр(n* *( b -dпр))= bпр
=Рр(n* *( b -dпр))=43000(1*115*(46-35))=339921 МПа bпр=370 МПа
Рассчитаем избыток прочности
= bпр =370339921=1088>1
Расчет усилий в стержнях
Найдем усилия в стержнях методом вырезания узлов.
Возьмем в качестве КСС ферменную.
Вначале определим длину стержней чтобы затем определить углы.
l1-2 =[pic]=[pic]=202485мм
l1-3 =[pic]=[pic]=90 мм
l2-3 ==[pic]=[pic]=70 мм
l2-4 =[pic]=[pic]=148997мм
l3-4 =[pic]=[pic]=172916мм
l2-5 =[pic]=[pic]=25671мм
Рассмотрим узел 1 (рис. 7)
=arctgl2-3l1-3=arctg7090=378750
х: -N1-2*cos-N1-3+Ppx=0
Ppy =Pp*cosα=43000*cos70=14706 Н
Ppx =Pp*sinα=43000*sin70=40406783 Н
N1-2= - Ppy sin= -14706sin37875=-23953448 Н
N1-3=40406783+23953448*cos37875= 59314486 Н
γ=arcos(lБl3-4)= arcos(130172916)=412230
x: N1-3+ N3-4*cosγ=0
N3-4= -N1-3cosγ=-59314486 cos412230= -78859871 Н
N2-3= N3-4*sinγ= -78859871*sin412230= -5196798 Н
=arsinlБl2-5= arsin13025671=304250
`=arcoslБl2-4= arcos130148997=292490
x: - N1-2* cos-N2-4*cos`-N2-5*sin =0
y: N2-3+N2-4*sin`+N2-5*cos =0
N2-3+N2-4*sin`+(- [pic])* cos =0
N2-3+N2-4*sin`- N1-2* cos*tg- N2-4*cos`*tg=0
x: x1+N2-4*cos`+ N3-4*cosγ =0
y: y1-N2-4*sin`-N3-4*sinγ =0
x1 =-N2-4*cos`-N3-4*cosγ=-174676531*cos292490-78859871*cos412230=
*sinγ==174676531*sin292490+78859871*sin412230=137315983Н
x2=N2-5*sin=26348294*sin304250=133430411Н
y2=-N2-5*cos=-26348294*cos304250=-227199439Н
Рассчитаем силовой фактор
Gф= N1-2*l1-2+N1-3*l1-3+N2-3*l2-3+N2-4*l2-4+N2-5*l2-5+N3-4*l3-
+59314486*90+5196798 *70+[pic]*148997+[pic]*25671+78859871*172916=
=1211273943 Н*мм=12112739 кН*мм
Теперь произведем расчет балочной КСС
Рисунок 14 – Схема балочной КСС
Gб=2*L0 M(x)H(x)dx+√26L0Q(x)dx+ΣNi*Li.
Но так как у нас балка состоит из двух «стержней» то
Рассмотрим оба участка.
Рисунок 15 – Участок 1-2
=378750 (см. Расчет усилия в стержне 1-2)
L=202485 мм (см. Расчет усилия в стержне 1-2).
Рисунок 16 – Эпюра N
Рисунок 17 – Эпюра Q
Рисунок 18 – Эпюра M
Рисунок 19 – Участок 1-2 на кронштейне балочной КСС
=2*(29776708870)*202485+1612*14706*202485+40406783*202485=30208568
Рисунок 20 – Участок 2-3
b=95-70+90+35=150 мм.
x`: N2-3+Рхр*cosα-Рур*sinα=0
N2-3= -40406783*cos49086+14706*cos49086= -15350204 Н.
y: Q=Ppy*sinα+Pxp*sinα=14706*sin49086+40406783*sin49086= 4164837 Н
где НН=70*cos(90-α)=70*sin49086=52899 мм
а Нк=190*cos(90-α)=190*sin49086=143582 мм.
tgγ=(143582-52899)(2*198494)=128670.
Рисунок 21 – Эпюра N
Рисунок 22 – Эпюра Q
Рисунок 23 – Эпюра M
Рисунок 24 – Участок 1-2 на кронштейне балочной КСС
Gб2-3=2*(5979956143582)*198494+1612*4164837*198494+15350204*198494=
Gб=30208568+29187023=59395591 кН*мм.
То есть силовой фактор балки больше силового фактора ферменной КСС.
Таким образом берем ферменную КСС.
Подберем болты по эквивалентным нагрузкам.
Рэкв1 – эквивалентная нагрузка в узле 4
Рэкв2 – эквивалентная нагрузка в узле 5.
Рэкв1=[pic]=34576838 Н.
Рэкв2=[pic]=47358422 Н
По ОСТ 1. 31103 – 80 подбираем болты из стали 30ХГСА.
Возьмем по 2 болта на каждом основании.
Нижнее: Рб1=345768382=17288419 Н.
Верхнее: Рб2=473584222=23679211 Н.
Берем на нижнее основание болты диаметром 6 мм с Рразр1=20700 Н а на
верхнее – диаметром 8 мм и Рразр2=37300 Н. Тогда избыток прочности
=2070017288419=1197>1
=3730023679211=1575>1.
То есть болты нам подходят.
Расчет потребных по прочности сечений в стержнях детали
Вычислим площадь сечения стержней причем в дальнейшем будем учитывать то
что в стержнях 1-2 1-3 2-4 3-4 и 2-5 – тавр а в 2-3приямоугольник.
Можно округлить усилия в стержнях.
F1-2=24000340=70588 мм2
F1-3=59000340=173529 мм2
F2-3=52000340=152941 мм2
F3-4=79000340=232353 мм2
F2-4=175000340=514706 мм2
F2-5=263000340=773529 мм2.
Как видим площади поперечного сечения будут отличатся причем сильно. Т.е.
будут проблемы с сопряжение стержней что в дальнейшем усложним технологию
производства. Но с другой стороны если мы примем в качестве единой
площади какую-то одну (например 773529 мм2 для всей конструкции) то это
переутяжелит конструкцию.
Определим толщины в сечениях.
Будем исходить из потери стенки на устойчивость и технологичности т.е
кронштейн с толщиной стенки 1 мм будет очень трудно изготовить.
Воспользуемся данными в [5].
Теперь вычислим другие размеры сечений кронштейна. Возьмем тавр для
стрежней 1-2 1-3 3-4 и 2-5 и прямоугольное для 2-3.
В дальнейшей проведем проверку на потерю устойчивости каждой полки тавра.
Воспользуемся следующей формулой:
Тогда при проверке верхней полки ab=2 а при проверке вертикальной полки –
Как видно на графике к=4 в обоих случаях.
Рисунок 25 – Сечение в виде тавра.
h=70588(3*2)=11765 мм. Примем h=118 мм.
h=173529(3*3)=19281 мм. Примем h=194 мм.
h=232353(3*3)=25817 мм. Примем h=26 мм.
h=514706(3*5)=34314 мм. Примем h=344 мм.
h=773529(3*5)=51569 мм. Примем h=516 мм.
Рассчитаем сечение 2-3
=25 мм тогда b=F=15294125=61176 мм. Примем 612 мм.
1 Выбор линии разъема штампа
Линия разъема - прямая и образуется пересечением срединной плоскости с
внешним контуром детали. В данном случае линия разъема проходит через ось
2 Выбор штамповочных уклонов.
Так как hb=2 и постоянно для всех стержней то внешний штамповочный
уклон равен 50 . А внутренний возьмем равным ему. [6]
Расчет основания кронштейна
Определим толщины подошв из условия смятия.
оснверхн=[pic] =53 мм
осннижн=[pic] =31 мм.
Рисунок 26 – Геометрия подошвы
Будет исходить из того что нужно разместить головку болта. Так вот
расстояние от центра болта до краев должно быть равно 2 его диаметрам.
Список использованных источников
Проектирование детали летательного аппарата. Самара 1994
Справочник по авиационным материалам. М.: Машиностроение1964
Зайцев А.М. Коросташевский Р.В. Авиационные подшипники качения. М.
Оборонгиз 1963. 336 с.
Майнсков В.Н. Основы конструирования в самолетостроении. Самарский
Рекомендации по технологичности самолетных конструкций. М.: Оборонгиз
Майнсков В.Н. Власов Н.В. Конструирование деталей авиационных
конструкций из горячештампованных заготовок. Самара: СГАУ 2002.

Рахимкулов 3-К-1.doc

Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П. Королева
”Проектирование детали самолета”
Необходимо спроектировать кронштейн навески закрылка крепящийся к крылу.
А = 250мм Б = 100мм Н = 150мм Д = 50мм Е = 70мм К = 140мм α = 45°.
Действующая нагрузка РР = 30000 Н.
1. Требования предъявляемые к авиационной детали
Необходимо спроектировать силовую деталь – кронштейн.
Кронштейн навески закрылка предназначен для:
отклонения закрылка при взлете или посадки
окружающая среда – воздух
температура эксплуатации от -60 до +500 С
кронштейн установлен в негерметичном отсеке
количество циклов нагружений 104
Кронштейн должен удовлетворять как общим так и специальным требованиям.
достаточная прочность
достаточная жесткость
ресурс равный ресурсу планера самолета
Кроме того к детали предъявляются и специальные требования:
минимальное трение и люфты в сочленении кронштейна на крыле и
кронштейна на закрылке
исключение возможности заклинивания и заедания при деформировании
обеспечение возможности сосной установки всех кронштейнов навески
2. Анализ деталей аналогов
Проведем анализ уже существующих конструкций детали аналогичной данной.
) Кронштейн самолета Ту-154
Кронштейн закрылка самолета Ту-154 (рисунок 2) установлен на одном из
закрылков. Деталь выполнена из материала АК-6 методом горячей штамповки.
В точках 1 и 2 кронштейн крепится болтами к одному закрылку. В точке 3
данный кронштейн соединен при помощи соединения типа «ухо-вилка» с
кронштейном другого закрылка.
Деталь технологична но сечение неаэродинамично.
Кронштейн самолета Ан-2
Кронштейн закрылка самолета Ан-2 (рисунок 3) установлен на нижнем крыле.
Деталь криволинейной формы изготовленная из двух штампованных профилей из
листа Д16-АТ толщиной 12 мм склепанных между собой.
Для крепления кронштейна к полкам лонжерона приклепываются с двух сторон
уголки которые крепятся к полкам лонжерона болтами.
Деталь нетехнологична имеет большой вес вследствие использования
заклепок. Так как герметические прокладки и другие средства герметизации
не используются то велика вероятность проникновения воды внутрь
кронштейна что увеличит массу кронштейна. Использование отдельной вилки
также увеличивает массу кронштейна. Опасные сечения ослаблены отверстиями
под заклепки. Кронштейн далеко выдается в набегающий поток.
Но он обтекаем то есть имеет меньшее сопротивление.
Кронштейн самолета М-15
Кронштейн закрылка самолета М-15 (рисунок 4) установлен на верхнем крыле.
Деталь криволинейной формы имеет обтекаемое сечение. Изготовлен из АК6.
Деталь нетехнологична далеко выдается в набегающий поток.
Предварительный расчет кронштейна
1. Подбор подшипника
Подберем подшипник по действующей нагрузке P = 30000 Н. Для соединения
деталей авиационных механизмов управления рекомендуется применять
сферические радиальные подшипники. Такие подшипники воспринимают
значительную радиальную нагрузку а также незначительную осевую нагрузку.
Они также допускают незначительные перекосы одного кольца относительно
другого что очень важно для обеспечения работы органов управления при
деформации поверхностей на которых они установлены. Это уменьшает
вероятность заклинивания и в некоторой степени помогает обеспечить
соосность кронштейнов например.
Таким образом выбираем сферический радиальный подшипник 981700 с
разрушающей нагрузкой при качании [pic].
Геометрические характеристики подшипника:
внутренний диаметр d = 10 мм;
наружный диаметр D = 37 мм;
ширина наружного кольца b = 12 мм;
ширина внутреннего кольца b1 = 16 мм.
Коэффициент избытка прочности будет равен:
2. Разработка и анализ возможных вариантов конструктивно-силовых схем
) Балочная КСС (рисунок 5)
Кронштейн изготовлен методом горячей штамповки. Имеет сечение в виде
двутавра; 3 отверстия облегчения; проушины в идее «уха».
Деталь технологична.
) Ферменная КСС (рисунок 6)
Кронштейн изготовлен методом горячей штамповки. Имеет сечение нижнего
пояса в виде тавра. Сечение в месте изгиба кронштейна – двутавр. Проушина в
виде «уха». Имеет небольшую массу.
Определение прочных размеров кронштейна с учетом технологических
Руководствуясь характеристиками удельной прочности проведем выбор
материала. В соответствии с расчетной схемой номер 2 которую мы выбрали в
качестве КСС кронштейна. Деталь работает на растяжение-сжатие. Сведем
данные по некоторым материалам [2] применяемым в качестве материалов
штампованных деталей в таблицу 1.
Таблица 1 – Характеристики материалов
Материал в МПа []р МПа ρ тм3 []р ρ
ХГСА 1100 900 785 11465
АК-6 370 340 275 12364
ВТ6 920 820 443 1851
МА14Т1 270 250 18 13889
Здесь []р – разрушающее напряжение.
Из таблицы 1 видно что с точки зрения минимализации массы наиболее
подходящим является титановый сплав ВТ6 но он достаточно дорог. Да и
скорости полета будут дозвуковые (т.е. не возникнет проблема нагрева детали
из-за высокой скорости полета). Возьмем алюминиевый сплав АК-6 т.к. он
достаточно легкий и его легко обрабатывать. К тому же он прочнее магниевого
Термообработка: закалка и искусственное старение при температуре 1600 в
течение 12 часов. []р=340 МПа.
На нашем кронштейне находится вилка.
Подбираем диаметр отверстия в проушине
где [pic]- диаметр болта [pic].
Вычисляем толщину проушины из условия прочности соединения на смятие
где [pic] - число проушин [pic]
[pic] - коэффициент учитывающий подвижность соединения [pic]
по ГОСТ 8032-84 [pic]
Вычисляем напряжение смятия
Рассчитываем избыток прочности
Зададимся шириной проушины
Вычислим размер [pic]
Определяем размер [pic]
Определяем отношение [pic]
Определяем коэффициент [pic]
Проверяем выполнение условия прочности проушины на разрыв
[pic] - условие прочности выполняется.
Расчет избытка прочности
3. Расчет потребных площадей сечений
Рассчитаем геометрические параметры стержней фермы.
При этом следует учесть что расчеты будут проводиться исходя из того что
принятая схема это оси стержней. Но когда стержни приобретут геометрические
размеры кронштейн не будет удовлетворять заданным компоновочным
ограничениям. В точке 2 в крыле установлена стенка и стержни 1-2 и 2-3
должны лежать ниже этой стенки.
Поэтому сначала необходимо рассчитать приближенные геометрические
параметры для расположения стержней по схеме а затем сдвинуть точку 2 вниз
так чтобы кронштейн удовлетворял условиям компоновки.
Так как наиболее нагруженным из стержней 1-2 2-3 является стержень 1-2
то очевидно что геометрические параметры этого стержня будут определять
на сколько необходимо опустить точку 2.
Рассчитаем ориентировочные геометрические параметры.
При ферменной КСС стержни работают только на растяжение-сжатие не
воспринимая изгиба. Подберем сечения стержней фермы.
где - напряжения в стержне
[] - допускаемое напряжение для материала стержня
N - усилие в стержне
F - площадь поперечного сечения стержня.
Принимаем [pic] для материала АК6.
Определим потребные площади поперечных сечений стержней. Результаты
сведены в таблицу 2.
Таблица 2 - Потребные площади поперечных сечений стержней.
Если бы расчётная схема в виде фермы была адекватна действительной
конструкции то форма поперечного сечения стержней роли не играла бы. Но в
действительности стержни в реальной конструкции работают и на изгиб.
Поэтому форму сечений следует выбирать рациональной с точки зрения работы
на изгиб. К тому же следует учитывать возможность потери устойчивости в
С учетом этого выберем для стержня 1-2 тавровое поперечное сечение.
Определим примерные геометрические параметры сечений без учета
Для определения примерных геометрических параметров сечений стержней
возьмем за основу наименее нагруженный стержень – 2-5 а сечение стержня 1-
получится увеличением высоты ребра a в зависимости от нагрузки.
Примем ориентировочно 1= 3 мм 2 = 5 мм. Площадь сечения: [pic]. Для
определенности положим что для опорного стержня 2-5 [pic] тогда [pic].
Для стержня 2-5 получим: [pic]. Принимаем b = const = 10мм для всех
стержней. Для стержня 2-5 [pic]. Для стержня 1-2 высота полки a определится
выражением: [pic][pic] [pic].
Необходимо учесть требования технологичности а именно штамповочные
уклоны минимальные радиусы скругления минимальные толщины полок.
Для определения штамповочных уклонов необходимо выбрать плоскость разъема
штампа. Плоскость разъема штампа принимаем в плоскости симметрии
Рассмотрим стержень 2-5. Для соотношения [pic] штамповочный уклон α = 5°.
Сечение с учетом технологичности будет иметь вид:
Для стержня 2-5 при значении высоты ребра расположенного в плоскости
разъема штампа [pic] [pic] минимальные значения радиусов скругления
следующие: [pic] [pic] [pic]. Принимаем [pic] [pic] [pic]. Тогда
минимальное значение ширины b определится: [pic] [pic]. Принимаем b = 14
мм. Пересчитаем значение высоты ребра a. [pic]
Высота полки достаточно велика и в целях ее уменьшения можно было бы
принять крестообразное сечение и разделить ее пополам. Но для стержня 1-2
нельзя принять крестообразное сечение из-за требований компоновки: в точке
расположена задняя стенка крыла. Для уменьшения высоты полки увеличим
Примем 1 = 8 мм. Тогда высота полки:
Теперь необходимо "опустить" точку 2 на величину [pic].
При этом изменится геометрия осей стержней и следовательно измениться
силы в стержнях. Обозначим углы:
Выразим эти углы через [pic]:
Новое значение угла α:[pic].
Выразим усилия в стержнях фермы через эти углы:
[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic].
Результаты расчетов сведены в таблицу.
Таблица 3 - Смещение точки 2.
В соответствии с изменением усилий в стержнях изменятся и потребные
площади сечений стержней.
Таблица 4 - Потребные площади поперечных сечений.
Рассчитаем геометрические параметры сечений подобно тому как это было
сделано для стержня 1-2.
Геометрические параметры без учета требований технологичности сведены
Таблица 5 - Расчет геометрических параметров.
Выберем следующие формы поперечных сечений стержней:
Для наружных стержней 1-2 2-3 3-4 4-5 – тавровое сечение для
внутренних 2-4 2-5 – крестообразное сечение.
Для стержней 3-4 и 4-5 из-за большого значения высоты полки а принимаем
крестообразное сечение.
Данные расчеты проводились исходя из того что расчетная потребная площадь
распределяется по тавровому или крестообразному поперечному сечению в виде
двух прямоугольников. Не учитывалось изменение площади из-за радиусов
скругления и штамповочных уклонов. Подсчитаем действительные площади
поперечных сечений исходя из того что по условиям технологичности для
всех стержней толщины стенок постоянны и равны1 = 3 мм 2 = 5 мм ширина
полки b = const = 14 мм радиусы скругления постоянны и равны: R1 = 15 мм
R2 = 3 мм R3 = 25 мм.
Исходя из действительных значений площадей уменьшим или увеличим значения
высоты полки a исходя из условия: [pic]. Получим следующие результаты:
Вычислим значения действующих напряжений в поясах [pic] и значения
коэффициентов избытка прочности [pic]. Результаты сведены в таблицу:
Таблица 6 - Значения действующих напряжений и коэффициента избытка
Сжатые стержни 2-5 3-4 4-5 необходимо проверить на потерю устойчивости.
Напряжения местной потери устойчивости определяются:
где k - коэффициент учитывающий вид нагружения и закрепление;
E - модуль упругости материала;
b - ширина полки которая проверяется на потерю устойчивости;
В данном случае k = 36 как для заделки для материала АК6 E = 75·104
Если потеря устойчивости происходит за пределом пропорциональности т.е.
[pic] то необходимо произвести пересчет:
Но эта формула при очень большом значении напряжений дает искаженные
результаты. Значение коэффициента оказываются очень низкими и [pic]
получается практически равным [pic].
Возможно использование другой формулы:
Для материала АК6 [pic].
Принимаем [pic] [pic].
Результаты расчета для местной потери устойчивости сведены в таблицу:
Таблица 7 - Местная потеря устойчивости.
Условие [pic] выполняется для всех стержней.
Проверим общую потерю устойчивости. Напряжения общей потери устойчивости
где с - коэффициент учитывающий закрепление;
Jx - момент инерции сечения.
В данном случае коэффициент c =4 как для случая заделки.
Результаты расчета для общей потери устойчивости сведены в таблицу:
Таблица 8 - Общая потеря устойчивости.
Стержни не теряют устойчивость.
4. Подбор болтов крепления
Произведем подбор болтов крепления кронштейна к стенке лонжерона.
Определим силу действующую в точке 1 и разложим ее на две составляющие -
срезающую (вертикальную) и разрывающую (горизонтальную) болт.
В точке один действует сила со стороны стержня 1-2.
Из требований компоновки в точке 1 кронштейн будет крепиться двумя
болтами. Усилия действующие на каждый болт определятся:
Эквивалентная нагрузка на каждый болт:
По эквивалентной нагрузке подберем болт из условия [pic] где [pic] -
разрушающее усилие на разрыв болта.
Принимаем болт M12 с [pic]. Коэффициент избытка прочности:
Произведем аналогичные вычисления и для точки 5.
Срезающее и разрывающее усилия действующие на болт:
Принимаем болт М10 с [pic]. Коэффициент избытка прочности:
5. Расчет основания кронштейна
Рассчитаем основание кронштейна ("подошву"). Для обеспечения прилегания
основания кронштейна к стенке лонжерона она обрабатывается механически.
Чтобы снизить площадь такой обработки разместим две подошвы – верхнюю и
нижнюю для каждой пары болтов.
Основание рассчитывается на смятие и на изгиб из-за эксцентриситета c.
Условие прочности при смятии основания определится:
[pic] - допускаемое напряжение смятия материала принимаем
Для верхнего основания:
Для нижнего основания:
Проверим проушину по условию прочности на изгиб:
W - момент сопротивления изгибу.
В данном случае [pic]. Принимаем [] = в. Тогда:
Размер а проушины определится минимальным расстоянием от центра болта до
Условие прочности не выполняется. Увеличим расстояние до края a и толщиу
Коэффициент избытка прочности:
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Войт Е.С. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение
Комаров А.А. Основы проектирования силовых конструкций. Куйбышев:
Куйбышевское книжное издательство 1965 88 с.
Власов Н.В. Майнсков В.Н. Конструирование деталей авиационных
конструкций из горячештампованных заготовок. Учебное пособие. Самара:
Майсков В.Н. Основы конструирования в самолетостроении. Учебное
пособие. Самара: СГАУ 1992 55с.
Чекмарев А.А. Осипов В.К. Справочник по машиностроительному черчению.
М.: Высшая школа 2001 493 с.