Рисунок 4.2 Схема установки приводных валов.

Нагрузкой на вал служат силы и моменты, передаваемые на него с органа управления, таким образом, вал подвергается сложной деформации кручения и изгиба. Расчетная схема приводного вала – двухопорная балка, нагруженная сосредоточенными силами, крутящими и изгибающими моментами.

      Расчётной схемой для разрезного вала будет:

    

 

    Рисунок.4.2. Расчетная схема разрезного приводного вала 

       Материал  вала – сталь 30ХГСА.

       Принимаем:  

Из условия  суммы моментов найдем реакции в опорах: 

 

    

 

    

 

    Определим диаметр вала из условия его работы на кручение (при этом коэффициент пустотелости задаем равным ). Проведем оптимизационный расчет, математическая модель которого имеет вид: 

 

    где - эквивалентное напряжение по четвертой гипотезе прочности:

       : 

 

       В опасном сечении:

       Осевой  момент инерции поперечного сечения  спроектированного вала: 

 
 

       Полярный  момент инерции поперечного сечения  спроектированного вала:

       Нормальное напряжение в сечении от изгибающего момента:

 
 

       Касательное напряжение от крутящего момента:

         Данный оптимизационный расчет  был проведен в пакете Microsoft Excel, в результате чего был спроектирован вал . 
 

       Диаметр вала под подшипник определяется конструктивно с учетом технологических и монтажных удобств:

4.3. Выбор и установка подшипников качения

       Органы  управления соединены неподвижно с  приводными валами. В качестве опор выступают подшипники качения, нагруженные  реакциями .

       Подшипники, работающие в условиях неполного вращения, то есть в опорном узле органа управления, рассчитывают на статическую грузоподъемность по условию: 

 

   где - эквивалентная статическая радиальная нагрузка,

        - статическая грузоподъемность радиального подшипника; 

 

   где - радиальная нагрузка, которую считаем равной наибольшей реакции в опорах приводного вала;

        - для шариковых радиальных подшипников – безразмерный коэффициент.

       Следовательно,

       Ближайший подходящий подшипник №205 ГОСТ 8338-75 с грузоподъемностью и геометрическими параметрами:

• диаметр внутреннего кольца   ;
• диаметр внешнего кольца       ;
• ширина подшипника                .

       Для предотвращения взаимного смещения подшипников между ними устанавливается распорная втулка. Фиксация подшипников в опорном узле (стакане) осуществляется с одной стороны специальным буртиком на внутренней поверхности стакана, с другой – крышкой, закрывающей стакан. Для установки подшипников в корпус стакана посадочную поверхность выполняют с высокой точностью.

4.4 Соединение рычага с приводным валом (осью органа управления)

    В целях обеспечения удобства сборки опорного узла органа управления соединение рычага с приводным валом обычно выполняют разъемным. Рычаг 2 с валом 3 соединен посредством втулки 1, с которой он изготовлен как одно целое. Для фиксации втулки на валу применено соединение с помощью конических болтов 4. Болтовое соединение (рис.4.4) втулки с пустотелым приводным валом наиболее широко применяется для преодоления относительно небольших шарнирных моментов аэродинамических органов управления. Посадку вала в отверстие втулки чаще всего применяют с гарантированным зазором. Для исключения люфтов в соединении устанавливают конические болты, при затяжке которых удается выбрать зазоры и обеспечить неподвижное сочленение вала и втулки. Для увеличения надежности соединения применяют не менее двух болтов, установленных во взаимно перпендикулярных плоскостях с некоторым смещением вдоль оси вала.

    Размеры конического болта выбираются из условия работы его на срез:

    Материал  конических болтов Сталь 35.

     , из конструктивных соображений принимаем . 

          

Рисунок 4.4 Соединение рычага с приводным валом

4.5.  Конструкция и проектирование  соединения штока с рычагом

       В соединении подшипник Гука запрессовывается в проушину рычага,  обеспечивая  посадку без зазора. В результате соединение подшипника с проушиной становится неподвижным, а взаимное перемещение элементов узла обеспечивается шаровым шарниром..

    

Рисунок 4.4 Соединение штока с рычагом

4.5.1. Расчет уха (законцовки рычага)

       Потребный диаметр валика (материал валика –  сталь 45, ) из условия среза:

       Где Nрм=2585Н,

    

,

       Из  конструктивных соображений принимаем .

       Дабы  обеспечить перекос внутреннего  кольца относительно наружного, выбираем антифрикционный шарнирный подшипник ЕШ4 ГОСТ 3635-78,

     .

       Величина  перемычки e (из условия разрыва):

 

,

       назначаем в соответствии с материалом проушины

  .

4.5.2. Расчет вилки (наконечника тяги)

       Потребная толщина проушины вилки из условия  смятия материала под осью:

 

    

,

       принимаем .

Определим величину перемычки из условия разрыва:

где - коэффициент концентрации напряжений, - расчетные напряжения, которые расчитываются по формуле:

где m –число проушин, .

Величина перемычки  a (из условия разрыва):

    

    

принимаем . 
 
 
 
 

5. Описание конструкции  агрегата

    Органы  управления служат для образования  переменных по величине и направлению     аэродинамических сил и создания относительно центра масс ЛА управляющих и стабилизирующих моментов, обеспечивающих заданные режимы его полета. Функционально органы управления связанны с механизмом управления. Основными элементами органов и механизмов управления являются рули, силовая проводка управления, механизмы дифференциального управления, механизмы изменения передаточного числа, механизмы стопорения рулей и др. устройства.

    При сверхзвуковых скоростях полета, а данный ЛА развивает М=3, наиболее эффективными по аэродинамической несущей способности являются рули типа поворотного оперения      (цельноповоротные рули). Их конструктивная и функциональная особенность состоят в том, что элементы соединения руля с корпусом должны обеспечить передачу всех силовых факторов с одновременным вращением при маневренном движении ЛА. Система управления – это комплекс аппаратуры и устройств, обеспечивающих полет ЛА по заданному закону соответствующим регулированием управляющих сил и моментов. У данного ЛА цельноповоротные рули располагаются в кормовой части корпуса. Т.к. по условиям компоновки (наличие в отсеке корпуса газовода) нельзя пропустить ось руля сквозь корпус, применяем схему с разрезными валами.

    Аэродинамические  органы управления создают управляющие  моменты с помощью силовых приводов. Силовой привод – это исполнительное устройство системы управления, предназначенное для отклонения или перемещения органов управления с целью создания  управляющих моментов или управляющих сил. Для нашего ЛА используется пневматический привод на сжатом воздухе. Для пневматических рулевых машин (РМ) источником энергии является сжатый воздух, заключенный в стальном или титановом баллоне (ВАД) при давлении 30-40Мпа. Конструктивно пневматические РМ выполняются в виде двуполостного цилиндра.

 

Список использованной литературы

1. Конструкции и проектирование механических систем управления летательными аппаратами: Учеб. Пособие / А. И. Андриенко, П. Ф. Вербенец.  – Харьков: Харьк. авиац. ин-т, 1984. – 79 с.
2. Конструкции летательных аппаратов и их систем. Ч. 1 / А. И. Андриенко, В. В. Кириченко, В. И. Парасюк, А. А. Цирюк. – Конспект лекций. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2003. – 118 с.