2.2 Проектирование законцовок стержня

Для изготовления законцовок стержня, переходной втулки и оси, соединяющей пару ухо-вилка выберем 30ХГСА с пределом прочности . На рис.2.1 представлен эскиз законцовки стержня с указанием геометрических размеров.

Рис.2.1 - Эскиз законцовки стержня

2.2.1 Расчет параметров резьбовой части

Определим минимальный внутренний диаметр резьбы из условия прочности резьбы на срез

, (2.6)

где: N - усилие в стержне:

Н;

k - коэффициент запаса:k=3;

Р - шаг резьбы:P=3мм;

z - число витков резьбы:z=8;

- предел прочности материала:

МПа;

Отсюда мм.

Конструктивно принимаем резьбу М26Ч3 ГОСТ 9150-59 [1].

Проверим выполнение условия смятия резьбы

; (2.7)

Где d₁ - внутренний диаметр резьбы:d₁=23мм;

- предел прочности материала на смятие:

МПа;

МПа.

Условие прочности на смятие резьбы выполняется.

Конструктивно принимаем длину резьбовой части законцовки l_p=48 мм. Определим диаметр облегчающего отверстияd₀из условия прочности

; (2.8)

Отсюда

мм.

В соответствии с рядом нормальных линейных размеров (ГОСТ 6636-69) принимаем (мм).

2.2.2 Расчет уха

Для устранения несоосности и перекоса отверстий уха и вилки предусматриваем установку шарнирного подшипника в отверстии уха.

В соответствии с усилием в стержне был выбран подшипник ШМ15 ГОСТ 3635-78 со следующими характеристиками (рис.2.1):

С=9200Н;d_п=15мм;D_п=28мм;b1=12мм;b=8мм.

Выполним Крепление подшипника в проушине, как показано на рис.2.1 Конструктивно определяем толщину проушины Н=13мм.

Определим наружный диаметр проушины из условия прочности на разрыв

; (2.9)

Отсюда мм.

В соответствии с рядом нормальных линейных размеров (ГОСТ 6636-69) принимаем мм.

Проверим выполнение условия прочности проушины на смятие

; (2.10)

- условие прочности проушины на смятия выполняется.

Из условия прочности на срез проушины до края определим а- расстояние до края

; (2.11);.

Принимаем а=3мм.

2.2.3 Расчет крепежного элемента

Выполним проверку условия прочности на срез крепежного элемента, соединяющего вилку и проушину. Материал крепежного элемента 30ХГСА.

; (2.12)

где d - внутренний диаметр подшипника, d=15мм;

- условие прочности крепежного элемента на срез выполняется.

Выполним проверку условия прочности на смятие крепежного элемента

; (2.13)

- условие прочности крепежного элемента на смятие выполняется.

3. Расчет нервюр

3.1 Проектировочный расчет усиленных нервюр

Усиленные нервюры помимо сохранения аэродинамического контура и восприятия воздушной нагрузки, предназначены для восприятия больших сосредоточенных нагрузок от прикрепленных к ним агрегатам (от шасси, двигательных установок, баков, узлов подвески элеронов и закрылков и т.д.). Кроме того, усиленные нервюры применяются для восприятия касательных сил с контура обшивки и передачи их или на другой контур, или являются элементами местного усиления конструкции в местах, где происходит резкое перераспределение нагрузки (нервюры, окантовывающие вырез по люк шасси, бортовая нервюра и т.д.). Так как воздушная нагрузка значительно меньше действующих на нервюру сосредоточенных сил, то при проектировочном расчете ею обычно пренебрегают. Сечения поясов нервюр постоянные и при проектировочном расчете их можно определить по наибольшему изгибающему моменту, действующему в плоскости нервюры [4].

Проведем расчет усиленной нервюры расположенной в районе узла навески элерона.

Схема нагружения нервюры показана на рис.3.2.

Т.к. реакции распределяются пропорционально изгибным жесткостям полок, которые, в свою очередь, пропорциональны квадрату высот, можем записать:

. (3.1)

Второе уравнение для определения неизвестных:

; (3.2) где=8688 Н.

Отсюда можем найти R₁ = 7155Н, а R₂= 1533H.

Крутящий момент определяется по формуле

, (3.3)

где - расстояние отдо центра жесткости сечения;

Определим центр жесткости (рис.3.1):

,

м

Рис.3.1 Положение центра жесткости

Рис.3.2 Схема нагружения силовой нервюры

Формой поперечного сечения для нервюры был выбран швеллер. Полки будут иметь угол укладки , а стенка -. Стенка и полка изготавливается из стеклопластика. Свойства материала приведены в таблице 1.3.

Проектирование нервюры производится на основе разделения функций ее элементов (изгибающих момент и осевая сила воспринимаются полками, а поперечная сила - стенкой). Условием оптимальности нервюры является минимум погонной массы, определяемой выражением:

, (3.4)

где ,- плотности материалов полки и стенки соответственно;

- ширина полок;

- толщина заплечиков.

Ограничениями на проектные параметры нервюры являются условия прочности полок и стенки, а также их соединения:

; (3.5); (3.6)

; (3.7), (3.8)

где ,,,- пределы прочности КМ верхней и нижней полок, стенки, а также соединяющего их материала соответственно;

- эффективная высота стенки:

, (3.9)

где - строительная высота стенки.

Из условия (3.8) с учетом (3.9) запишем выражение для определения минимального потребного значения ширины полок [3]:

, (3.10)

где - максимальное поперечное усилие, действующее в лонжероне;

- предел прочности соединения (т.е. клея), F_C= 29,4 МПа;

- текущая строительная высота стенки.

Определяем минимальную потребную ширину

.

. (3.11)

Однако при такой ширине полок условие их прочности не будет выполняться, следовательно, ширина полок по длине балки принимается .

Определим толщину полок

, (3.12)

где - максимальный изгибающий момент,= 1387,2·10³Н·мм;

F_П- предел прочности материала полки, F_П = 280 МПа.

Толщину полок округляем в большую сторону до целого количества слоев, причем так, чтобы полки не теряли устойчивость, поэтому принимаем толщину полки равную 1,25 мм.

Толщину стенки определим по формуле

(3.13)

где, - максимальное поперечное усилие, действующее в лонжероне;

- предел прочности материала стенки, F_C= 280 МПа;

- минимальная строительная высота стенки

Толщину стенки округляем в большую сторону до целого количества слоев и кратных 4. Принимаем .