В данной статье рассмотрена лабораторная работа, которую выполняют студенты кафедры КиПЛА на четвертом курсе. Необходимо спроектировать кабанчик–качалку проводки управления.
Качалка крепится слева к полому валу хвостового оперения. Справа к качалке подводится тяга управления. Направление действия сил совпадает с осями тяг.
Качалка предназначена:
- для создания кручения на валу;
- изменения величины усилия в тяге;
- поддержки тяг проводки управления.
Условия работы качалки: качалка установлена в негерметичном отсеке, доступ для осмотра затруднен;
- окружающая среда – воздух; температура эксплуатации от -60 до +50°С;
- ограничений отклонению качалки со стороны соседних деталей нет.
Сформулируем требования к проектируемой детали. Прежде всего, это требования, вытекающие из требований к проводке управления, частью которой является деталь:
- минимальное трение и люфты в сочленениях детали с тягами и кронштейном подвески;
- исключение возможности заклинивания и заедания в сочленениях при максимальных перемещениях тяг и деформациях деталей каркаса.
Кроме этого к детали предъявим дополнительные требования:
- качалка должна иметь минимальную массу;
- достаточную прочность и жесткость;
- ресурс, равный ресурсу планера самолета;
- при производстве качалки должен использоваться техпроцесс, обеспечивающий серийное производство с минимальными затратами;
- должна быть обеспечена возможность установки детали без дополнительной подгонки при сборке проводки управления;
- при определении формы и сечений детали должны быть использованы апробированные ранее решения.
Качалка балочного типа, представленный в самолётном классе покажем на рисунке.
Качалка выполнена в виде двутавровой балки переменной высоты. Служит для изменения направления тяги, крепится с рулем высоты болтами, со стороны уха качалки крепится тяги проводки управления. Главным достоинством данной схемы является то, что действующее усилие передается по кратчайшему пути – оси качалки.
Кронштейн в виде фермы, как правило состоит из двух стержней таврового сечения. Тавровое сечение обеспечивает устойчивость сжимаемому стержню без значительного увеличения массы. Однако есть и недостаток – передача усилия через стержни проходит не по кротчайшему пути, что с точки зрения силового фактора делает его менее привлекательным, чем балочный.
Можем сделать вывод, что рассмотренные варианты являются наиболее выгодными с точки зрения минимальной массы, тем более что оба варианта детали технологичны, изготовляются горячей штамповкой из деформируемых сплавов. После штамповки требуется небольшой объем механической обработки. Способ изготовления выгоден для серийного производства.
Выбор материала для качалки, подбор подшипника и расчеты
Далее студентам необходимо самостоятельно подобрать наиболее подходящий для изготовления разрабатываемой детали материал. Приоритетными параметрами будут служить: стоимость производства, плотность, а также распространение для штамповки авиационных конструкций.
Подшипники подбираем по статической разрушающей нагрузки. Далее, используя методические указания, выбирается подходящий подшипник, который имеет следующие параметры: внешний и внутренний диаметр, ширина проушины, ширина наружного кольца, а также разрушающая нагрузка при качении.
Затем следуют расчеты:
- Проушины
- Силового фактора для качалки балочного типа
- Силового фактора кронштейна ферменной конструкции
- Реакций в опорах
- Зоны перехода проушины в тело детали
- Тела кронштейна, проверка общей и местной форм потери устойчивости
- Основания качалки
Данные расчеты проводятся по известным формулам с построением сечений, схем и эпюр. В конечном итоге студенты строят чертеж по полученным значениям на формате А3.
ТОПОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ
В дальнейшем необходимо произвести топологическую оптимизацию конструкции с целью проверки эффективности полученной констукции.
Выше показано то распределение материала детали, к которому нужно стремиться при ее проектировании.
На основании распределения плотности можно представить и «сконфигурировать» будущую деталь. Для этого по картине распределения требуется создать объемную модель кронштейна в среде NX и нагрузить в программном комплексе Femap.
Из технологических соображений сделано одно отверстие в стенке.
Вывод: согласно приведенным расчетам конструкция проходит по прочности, так как максимальные напряжения меньше допускаемых.
В данной работе был спроектирован кронштейн-качалка в соответствии с его назначением, условиями работы и характером нагружения. Составлены функциональные требования к кронштейну. Был выбран материал 1420 для изготовления кронштейна, а также тип подшипника. Была определена толщина и ширина проушины соответственно. Были определены необходимые геометрические параметры сечений, крепление кронштейна, а также подобраны болты. Был произведен расчет подошвы, определена ее толщина. Был выполнен чертеж кронштейна на листе формата А3, который содержит всю информацию, необходимую для изготовления и его контроля.
Узнать подробнее о кафедре КиПЛА и ее деятельности можно в официальном Инстаграм-аккаунте кафедры https://www.instagram.com/kipla_ssau/