Требования к характеристикам контрольного блока разводки - функционального устройства авиабомб. Выбор компоновочной и конструктивной схемы изделия, разработка корпуса. Расчеты на прочность элементов крепления, обеспечение собираемости крышки и корпуса.
Аннотация к работе
Вся конструкция к изделию крепится через корпус. Для удобства монтажа проводов переключатель 58 располагается в корпусе КБР таким образом, чтобы задействованные в переключателе контакты были повернуты в сторону центра корпуса КБР, а не к его стенкам. После установки жгута внутреннего монтажа в корпус весь монтаж закрывается двумя крышками, что защищает монтаж и установленные внутри КБР элементы от механических повреждений. В корпусе выполнены специальные полости, обеспечивающие технологичность установки соединителей, а также имеются ребра жесткости, что придает ему дополнительную жесткость. Были рассмотрены четыре материала (четыре алюминиевых сплава): сплав АМГ6, сплав Д16, сплав АК6 и сплав В95.Приведенные в данном разделе мероприятия по охране труда позволяют создать на рабочем месте здоровые и безопасные условия труда, а также позволяют в значительной степени сократить производственный травматизм.В ходе проделанной работы был сконструирован КБР уникальной конструкции. Разработанная конструкция удовлетворяет всем предъявленным к ней требованиям по габаритам, массе и удобству эксплуатации.
Введение
Одним из приоритетных направлении в современной военной индустрии является разработка и создание эффективных боеприпасов, и в частности авиабомб. Изделия такого типа имеют в своем составе большое количество сложного оборудования и систем.
Одним из важных функциональных устройств в авиабомбах, является контрольный блок разводки (КБР).
КБР объединяет электрические и конструктивные элементы автоматики для удобства эксплуатации и технического обслуживания автоматики изделия в процессе изготовления и применения конкретного изделия. Система автоматики изделия состоит из множества приборов и датчиков. Часть приборов может устанавливаться на КБР, т.о. КБР может так же исполняет роль несущей рамы для различных приборов автоматики.
Каждое разрабатываемое изделие имеет свой уникальный состав, размещение, свои конструктивные особенности. Поэтому для каждого конкретного изделия разрабатывается свой КБР, со своим определенным составом, определенной схемой и функциями.
Разработка нового КБР одного из новых изделий и является темой данного дипломного проекта.
1. Исходные данные на разработку КБР
1.1 Требования по габаритным и массовым характеристикам
Конструкция изделия подразумевает необходимость установки КБР, для этого в изделии предусмотрено специально отведенные место и объем. КБР крепится к раме изделия с помощью четырех крепежных болтов. Объем ограничен приборами автоматики и днищем изделия.
Изделие в целом имеет строго определенную массу, что накладывает конкретные требования на массу разрабатываемого КБР. По этой причине масса КБР не должна превышать массу ?4 кг. В качестве исходных данных выдается состав КБР.
1.2 Требования по стойкости, прочности и устойчивости к воздействию механических и климатических факторов
1.2.1 КБР должен быть работоспособным при воздействии следующих климатических воздействий: - быть устойчивым к воздействию пониженной рабочей температуры среды минус 40°С и прочным к воздействию пониженной предельной температуры среды минус 60°С;
- быть устойчивым к воздействию повышенной рабочей температуры среды 50°С и прочным к воздействию повышенной предельной температуры среды 50°С;
- быть прочным к воздействию пониженного атмосферного давления 6,7х102 Па (5 мм.рт.ст.);
- быть прочным к воздействию повышенного избыточного предельного давления газа 2,5х105 Па (1870 мм.рт.ст.);
- быть стойким к воздействию повышенной влажности при рабочей температуре 20°С и при предельной температуре 40°С.
1.2.2. КБР должен выдерживать следующие механические воздействия: - быть прочным к воздействию широкополосной случайной вибрации в трех взаимно-перпендикулярных направлениях с параметрами, указанными в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Диапазон частот, Гц Спектральная плотность ускорения, м2/с3(g2/Гц) Среднее квадратическое значение ускорения, м/с2 (g) Суммарное время воздействия, ч.
10-60 60-300 3,44(0,035) 0,96(0,010) 20(2) 37
- быть устойчивым к воздействию механического удара одиночного действия полусинусоидальной формы в направлении: 1) по оси Х - двух ударов с пиковым ударным ускорением 6867 м/с2 (700g) и длительностью действия ударного ускорения 0,6 мс;
2) по осям Y,Z - двух ударов с пиковым ударным ускорением 2940 м/с2 (330 g) и длительностью действия ударного ускорения 0,8 мс;
За направление оси Х взято направление вдоль оси изделия по направлению движения. Направление осей Y и Z взято перпендикулярно оси Х.
- быть стойким к воздействию линейного ускорения 1715 м/с2 (175g);
- быть прочным к воздействию линейного ускорения по осям Y,Z - 3528 м/с2 (360g).
2. Выбор компоновочной и конструктивной схемы
При выборе компоновочной схемы необходимо руководствоваться требованиями, предъявляемыми к конструкции, которые вытекают из заданного состава КБР. Конструкция КБР должна соответствовать следующим требованиям: - простота конструкции
- минимальная масса;
- минимальные размеры;
- свободный доступ для монтажа; - технологичность;
- удобство в эксплуатации.
Главной целью проектирования является решение задачи оптимального размещения в конструкции всех элементов, входящих в КБР, обеспечение их связи с другими конструктивными блоками в изделии.
Мы имеем состав проектируемого КБР, габаритные и присоединительные размеры (Рисунок 3.1).
Рисунок 3.1
Проектируемый КБР должен быть умещен в объеме, ограниченном размерами: длина l = 212 мм, шириной s = 177 мм и высотой h = 132 мм (Рисунок 1). В корпусе имеется несколько полостей различного объема под элементы КБР. Полости расположены таким образом, чтобы обеспечить рациональное размещение всех элементов в корпусе КБР.
С точки зрения технологичности сборки лучшей конструкция считается та, в которой количество деталей минимально. Поэтому при проектировании нужно стремиться именно к этому. Очевидно, что имеется уже как минимум две детали: первая - это та, на которую будут установлены элементы схемы - основная (корпусная) деталь. Вторая - это крышка, роль которой - закрыть монтажные отверстия и полости, через которые происходила установка элементов схемы, тем самым, скрыв их внутри конструкции.
Подобная конструкция является наиболее оптимальной. Все элементы из состава КБР не возможно разместить в корпусе КБР на одном уровне. Поэтому элементы конструкции придется размещать на разных уровнях корпусной детали. Для монтажа элементов конструкции имеются поверхности для их закрепления, а также свободное место для размещения жгутов. Вся конструкция к изделию крепится через корпус.
В корпусе размещены: плата 1 с резисторами, семь электромагнитных включателей, переключатель 58, переключатель 31, розетка РС50БТВ, вилки РС10ТВ и РС50ТВ, а также плата 2 с диодами.
Как видно из состава КБР, наибольшие габаритные размеры имеет переключатель 58. Таким образом, под это изделие будет занято значительное количество места. Корпус переключателя 58 имеет посадочный диаметр. В роли опорной поверхности имеется фланец. На фланце выполнены четыре крепежных отверстия и при помощи винтов переключатель крепится на соответствующей поверхности в корпусе КБР. Для удобства монтажа проводов переключатель 58 располагается в корпусе КБР таким образом, чтобы задействованные в переключателе контакты были повернуты в сторону центра корпуса КБР, а не к его стенкам.
Переключатель 31 имеет посадочный диаметр и две опорных поверхности: одна находится у основания переключателя и вторая - на фланце. Переключатель устанавливается на соответствующей поверхности в корпусе КБР и закрепляется гайкой. Чтобы защитить переключатель от окружающей среды он сверху закрывается колпаком, который крепится к корпусу КБР четырьмя винтами.
Электромагнитные включатели имеют посадочный диаметр и опорную поверхность. Они устанавливаются в корпусе КБР на одном уровне и крепятся гайками. Примечательным является то, что расстояние между соседними электромагнитными включателями должно быть не менее 24,5 мм по причине взаимного влияния электромагнитных полей друг на друга. Поэтому выбираем расстояние равное 26 мм, но не более, т.к. большее значение способствует увеличению габаритов КБР.
Розетка РС50БТВ и вилки РС10ТВ, РС50ТВ имеют посадочные диаметры и крепятся к корпусу КБР винтами. Для изолирования от внешней среды вилки закрываются колпаками, а розетка сверху закрывается крышкой.
Резисторы и диоды устанавливаются на отдельных электроизоляционных платах и крепятся внутри корпуса КБР винтами.
Помимо соединителей в корпусе имеются 2 бонки, которые запрессовываются в него. Бонки выступают в роли упорного элемента и выполняются из более прочного материала, чем корпус. Электронный прибор, при помощи которого осуществляется разъединение розетки и вилки, ставится сверху корпуса. Прибор входит своими направляющими в два отверстия на корпусе, необходимых для центровки по оси соединения вилки и розетки, и упирается своими штырями в бонки. Вращая штыри, прибор вместе с вилкой постепенно отодвигается от корпуса, тем самым, разъединяя вилку с розеткой.
Таким образом, конструкция КБР отвечает всем предъявляемым к ней требованиям, является технологичной и включает в себя оптимальное размещение всех элементов.
3. Описание конструкции КБР и особенности компоновки
КБР является компоновочным блоком, в состав которого входят: 1) Электромагнитные включатели - 7 шт;
2) Переключатель 58 - 1 шт;
3) Переключатель 31 - 1 шт;
4) Резисторы - 13 шт;
5) Диоды - 7 шт;
6) Вилки: РС10ТВ - 1 шт;
РС50ТВ - 1 шт;
7) Розетка РС50БТВ - 1 шт;
8) Корпус - 1 шт;
9) Крышка - 1 шт.
Каждый элемент из состава КБР имеет свое назначение.
Корпус - наиболее сложная деталь в КБР, и ее конструкция будет описана отдельно, в другом разделе.
Герметичность внутренних полостей КБР обеспечивается двумя крышками. Крышки выполнены из сплава АМГ3.М3 ГОСТ 21631-76. Такое решение продиктовано стремлением снизить массу КБР. Материал отличается высокой технологичностью процесса изготовления и малой плотностью.
Во внутренних полостях КБР располагается жгут внутреннего монтажа, выполненный в соответствии с электрической схемой. Жгутом внутреннего монтажа осуществляют соединение между элементами, входящими в состав КБР.
Электромагнитные включатели, переключатели 58 и 31 предназначены для коммутации электрических цепей в соответствии с заданным режимом работы.
Включатели электромагнитные представляют собой поляризованное двухпозиционное двухстабильное герметичное электромагнитное реле постоянного тока с пятью замыкающими и пятью размыкающими контактами и двумя электрически не связанными обмотками. При подаче напряжения на рабочую обмотку происходит коммутация электрических цепей.
Резисторы и диоды обеспечивают электрическое согласование режимов работы узлов автоматики изделия.
Вилки и розетки служат для электрического объединения КБР в схему изделия.
Электрическая связь между узлами автоматики и электрорадиоэлементами в составе КБР выполнены путем пайки с применением теплостойких проводов марки МС, МСЭ.
На КБР имеется три разъема: БР, К и ВК. С помощью разъема БР происходит связь КБР с другими узлами системы автоматики, он служит для объединения КБР в схему изделия. Разъем К служит для контроля состояния и работоспособности КБР. Разъем ВК необходим для объединения электронного прибора в схему изделия.
После установки жгута внутреннего монтажа в корпус весь монтаж закрывается двумя крышками, что защищает монтаж и установленные внутри КБР элементы от механических повреждений. Крышка и корпус крепятся друг к другу с помощью винтов.
Размещение соединителей в КБР обеспечивает удобство сочленения и расчленения при проверках и обслуживании КБР в составе объекта применения.
4. Разработка корпуса
Основным силовым элементом КБР является корпус. Корпус служит для закрепления узлов, входящих в состав КБР, и закрепления КБР в составе изделия. Он представляет собой тело сложной формы с предусмотренными посадочными местами для входящих в него элементов. В корпусе выполнены специальные полости, обеспечивающие технологичность установки соединителей, а также имеются ребра жесткости, что придает ему дополнительную жесткость. Четыре лапки крепления, расположенные по краям корпуса, предназначены для установки КБР на раме изделия.
Корпус должен отвечать следующим требованиям: - надежное закрепление всех элементов, входящих в состав КБР, и закрепления КБР в составе изделия;
- стойкость к прилагаемым нагрузкам;
- жесткость;
- минимальная масса;
- технологичность изготовления;
- технологичность сборки.
С одной стороны, корпус должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать все нагрузки, с другой стороны его теплопроводность не должна быть высокой.
Проведем анализ некоторых конструкционных материалов для выбора оптимального варианта. Изделия из металлов обладают большой теплопроводностью, что может привести к перегреву всей конструкции и, тем самым, к нештатному режиму работы КБР. Материал для изготовления корпуса выбирался исходя из условий эксплуатации и применения КБР при воздействии механических факторов и ограничения по весу, которые оговорены в исходных данных.
Были рассмотрены четыре материала (четыре алюминиевых сплава): сплав АМГ6, сплав Д16, сплав АК6 и сплав В95.
Сплав обладает повышенной коррозионной стойкостью. Наиболее высокопрочный сплав группы магналиев. Применяется для сварных и несварных конструкций, от которых требуется повышенная коррозионная стойкость. Изделия из сплава могут работать длительно в интервале температур от -196 до 700С и кратковременно от -196 до 3000С. Обрабатываемость резанием хорошая в нагартованном состоянии и удовлетворительная - в отожженном.
Поковка из алюминиевого сплава АК6 -деформируемый, закаленный и искусственно состаренный сплав. Основной составляющей сплава является Cu=1,8-2,6% и дополнительно легирован никелем Ni=0,1%. Кроме Никеля и меди сплав содержит: Mg=0,4-0,8%, Mn=0,4-0,8%, Si=0,7-1,2%, Zn=0,3%, Fe=0,7%, Ti=0,1%. Физические характеристики: - предел текучести не определяют;
- предел прочности sв=365 МПА;
- относительное удлинение d=8%;
- плотность r=2,75 г/см3;
- удельное сопротивление ?=4,1•106 Ом•см.
Сплав обладает пониженной коррозионной стойкостью. Технологические и эксплуатационные нагревы не приводят к ухудшению коррозионной стойкости сплава. Хорошо обрабатывается резанием. Сплав деформируется в горячем и холодном состоянии.
Конструктивный сплав Д16 - алюминиевый, деформируемый, в естественном состаренном состоянии обладает хорошим сочетанием характеристик выносливости, вязкости разрушения, сопротивления росту усталостной трещины. Химический состав Cu=3,8-4,9%, Mg=1,2-1,8%, Mn=0,3-0,9%, Ti=0,1%, Fe=0,5%, Si=0,5%, Zn=0,3%, Ni=0,1%,. Сплав обладает высокими коррозионными свойствами. Физические характеристики: - предел текучести s0,2= 300 Мпа;
- предел прочности sв= 460 Мпа;
- относительное удлинение d= 17 %;
- плотность r=2,78 г/см3;
- удельное сопротивление ?=4,76•106 Ом•см.
Защита от коррозии в зависимости от назначения детали осуществляется анодно-окисными, химическими и лакокрасочными покрытиями. Сплав подвергается деформации в горячем состоянии. Технологическая пластичность сплава в отожженном и свежезакаленном состояниях удовлетворительная. Обрабатываемость резанием сплава Д16 также удовлетворительная. Сплав в основном применяется для силовых элементов конструкций (балки, лонжероны, шпангоуты, стыковые гребенки).
Сплав обладает самыми высокими характеристиками прочности по сравнению с основными конструкционными алюминиевыми сплавами. Сплав обладает низкими коррозионными свойствами, что не способствует его использованию в качестве материала панели. Защититься от коррозии в зависимости от назначения детали осуществляется анодно-окисными, химическими и лакокрасочными покрытиями. Сплав удовлетворительно деформируется в горячем состоянии: может подвергаться прокатке, прессованию, ковке, штамповке. Хорошо обрабатывается резанием.
Сплав В95 целесообразно применять для элементов, работающих преимущественно на сжатие или на сдвиг в местах, некритических по выносливости. Детали из сплава должны иметь плавные переходы без резкого изменения сечения, острые кромки необходимо скруглять. Однако, в силу своей конструкции, панель не может удовлетворять последнему требованию, что делает непригодным использование для нее сплава В95.
Таким образом, проанализировав и сравнив свойства оставшихся трех сплавов, наилучшим материалом оказалась поковка из алюминиевого сплава АМГ6 ГОСТ 4784-97. Данный материал имеет характеристики: предел прочности sв=320 МПА, относительное удлинение d= 15%. Главным аргументом в его пользу оказались малая масса и доступность материала в промышленности. Он наиболее удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к корпусу. Нужно только решить каким способом изготавливать деталь: посредством механической обработки, или формованием (литьем, прессованием).
При изготовлении корпуса применять механическую обработку целесообразнее, так как предполагается штучное производство КБР, а применение литья требует больших затрат на подготовку оснастки. Более того, механической обработкой проще добиться необходимой точности изготовления.
В связи с тем, что КБР при эксплуатации будет подвергаться воздействию повышенной влажности, то панель следует защитить от коррозии. Для защиты от коррозии на корпус нужно нанести покрытие.
Покрытия могут быть: - металлические (цинковые, оловянные, хромовые и т.д.);
- неметаллические неорганические (оксидными, фосфатными, фторидными и др.);
Рассмотрим три наиболее часто используемые и подходящие для алюминиевой панели покрытия (Ан.Окс.хр., Хим.Окс.э, металлические).
Для деталей из алюминиевых сплавов на основании ОСТ В95 1135-79 о допустимости и не допустимости контактов между металлами и покрытиями при различных условиях эксплуатации. Условия эксплуатации подразделяются на четыре группы: Легкие - детали находятся внутри герметичного изделия;
Средние - детали находятся в помещении и на открытом воздухе без непосредственного попадания атмосферных осадков и солнечной радиации;
Жесткие - детали находятся на открытом воздухе при возможном попадании атмосферных осадков и солнечной радиации;
Особо жесткие - на открытом воздухе при возможном попадании атмосферных осадков, воздействии солнечной радиации и морского тумана.
КБР располагается в герметичном отсеке, что соответствует эксплуатации при легких условиях. При легких условиях алюминиевые детали допускается покрывать цинком и цинковыми хроматированными покрытиями, кадмием и кадмиевыми хроматированными покрытиями. Между данными парами материалов при соприкосновении не возникает контактной коррозии. Однако цинковые покрытия в условиях относительной влажности коррозирует с образованием рыхлого белого порошка. Процесс коррозии усиливается без доступа воздуха и света. Данные покрытия не рекомендуются для электроконтактных систем. Таким образом, данный вид покрытия для панели не подходит.
Кадмиевые покрытия характеризуются устойчивостью к воздействию повышенной влажности, имеют прочное сцепление с основным металлом, обладают высокой пластичностью и эластичностью, но изза дорогостоящей и очень сложной технологии нанесения покрытия на алюминиевые сплавы. Для того чтобы нанести кадмиевое покрытие в начале идет нанесение на корпус слой никелевого покрытия, затем нанесение на слой никеля слой медного покрытия после этого только нанесение кадмиевого покрытия. Так же покрытие сложно наносить на детали имеющие сложную конструкцию. Учитывая выше перечисленное от применения металлических покрытий для данной панели отказались.
Ан.Окс.хр. - покрытие получаемое анодным оксидированием получаемое в растворе бихромата калия. Данное покрытие является одним из лучших покрытий устойчивых к коррозии при легких и средних условиях эксплуатации применяемых для покрытия алюминиевых сплавов, также оно является электроизолятором. Данное покрытие по механическим характеристикам и защищенности от коррозии нам подходит, но так как панель должна обеспечивать металлизацию с плитой, данное покрытие применять не стали.
Хим.Окс.э. - покрытие получаемые химическим окислением из раствора, содержащего хромовый ангидрит и фториды. Данный вид покрытия по механическим характеристикам и коррозионной стойкости уступает покрытию Ан.Окс.хр. Покрытие можно применять только при легких условия эксплуатации для нас это является достаточным. Данное покрытие является электропроводным, что являлось немаловажным фактором при выборе покрытия. Исходя из всего выше перечисленного, наилучшим покрытием явилось покрытие Хим.Окс.э., которое и было применено для покрытия панели.
Конструкция корпуса имеет сложную тонкостенную конфигурацию с множеством полостей, в которых размещаются элементы электрической схемы и жгут внутреннего монтажа. Такая форма корпуса способствует большой плотности размещения элементов, что в свою очередь снижает массу и объем КБР. Имеется множество сквозных отверстий, в которых будут располагаться соединители. На верхней и нижней сторонах корпуса имеются резьбовые отверстия, предназначенные для крепления крышек к корпусу.
5. Прочностной расчет
Необходимо рассчитать крепеж КБР к изделию на действие статических и ударных нагрузок. Для проведения расчетов необходимы следующие данные: Масса КБР М = 4 кг;
Материал болта Сталь 20ХН3А;
Материал корпуса АМГ6;
Болт М8-8g?25.
5.1 Расчет прочности болта при действии статической нагрузки
Проводим расчет на разрыв болта под действием статической нагрузки 175 ед., действующей в осевом направлении. Схема нагружения болта представлена на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1.
Усилие, создаваемое этой нагрузкой распределяется между четырьмя болтами, и на каждый из них приходится 1/4 этого усилия.
Полное усилие на все болты равно: Н;
тогда усилие на один болт: Н.
Определяем осевое усилие затяжки резьбового соединения Q0 КН, для чего, согласно ОСТ В95 1823-76, проводим следующий расчет: Момент затяжки Мзат, КН•м, определяем по формуле (6.1):
(6.1);
где К1 - приведенный коэффициент пропорциональности момента затяжки и осевого усилия затяжки резьбового соединения, вычисляемый по формуле (6.2):
(6.2);
PT - усилие текучести на растяжение, для болта, КН, вычисляемый по формуле (6.3):
(6.3);
- коэффициент запаса прочности по пределу текучести;
- коэффициенты трения в резьбе и на опорной поверхности, согласно ОСТ В95 1823-76 для седьмой группы сочетаний материалов болта и рамы (элемент конструкции к которому крепится КБР): ; ;
- предел текучести, для стали 20ХН3А МПА;
- шаг, наружный и внутренний диаметр резьбы;
d = 8 мм;
d3 = 6,466 мм;
P = 1,25 мм;
Осевое усилие затяжки резьбового соединения QЗ КН, определяют по формуле (6.4):
(6.4), где K2 - коэффициент пропорциональности момента затяжки и осевого усилия затяжки, м, вычисляемый по формуле м;
м;
КН;
Н•м;
КН.
После приложения внешней нагрузки РСТ болт получит дополнительное удлинение на величину ?l, и дополнительное усилие будет равно:
(6.5).
Сила, действующая на стягиваемую деталь (плита) уменьшится на величину:
(6.6);
где - коэффициенты податливости болта и стягиваемой детали (индексы 0 - для болта, а 1 - для детали).
Согласно [3, стр. 28]:
(6.7).
- расстояние от торца гайки (посадочной поверхности под КБР) до торца головки болта.
- модуль упругости и площадь поперечного сечения болта, Н/мм2; мм2.
мм/Н = 1,2•10-9 м/Н.
Согласно [3, стр. 31] , а = 14 - наружный диаметр кольцевой опорной поверхности;
d = 8 мм - диаметр стержня болта;
= 69651 Н/мм2 - модуль упругости материала стягиваемой детали;
l1 = 12 мм - толщина стягиваемой детали;
мм/Н. ?1 = 1,05•10-9 м/Н.
Так как
(6.8);
(6.9);
то:
(6.10). где - коэффициент основной нагрузки:
Полное усилие на болт вычисляется по формуле (6.11):
(6.11);
Н.
Равенство (6.11) справедливо до начала раскрытия стыка. Необходимо проверить нераскрытие стыка из условия (6.12):
(6.12);
Н;
.
Значит раскрытие стыка при данных значениях усилия статической нагрузки и осевого усилия затяжки не произойдет.
Расчет влияния температуры на величину напряжения разрыва.
Температурный диапазон работы изделия от -400С до 500С. Подобные условия работы могут привести к температурной деформации деталей КБР при его эксплуатации. Следовательно, нужно проверить влияние температуры на полное усилие в болте. Согласно ОСТ В95 2606-90 температура при нормальных климатических условиях должна соответствовать значению в пределах от 150С до 250С. В данном расчете примем это значение равным 200С.
Величина температурной деформации ?t вычисляется по формуле (6.13):
(6.14)
где - коэффициент линейного расширения болта, согласно [6, стр. 373] для Сталь 20ХН3А ;
l0 - длина болта, равна толщине стягиваемой детали;
- соответствующие величины для промежуточной детали (крепежная лапка корпуса);
Согласно [4, стр. 706] для АМГ6 .
- изменение температуры;
По формуле (6.15) определяем температурное усилие Qt:
(6.15).
Полное усилие на болт Qп в этом случае определяется по формуле (6.16):
(6.16).
Так как, коэффициент линейного расширения для материала болта меньше чем для материала гайки, то при температуре ниже 200С болт будет разгружаться, а при температуре выше 200С - догружаться, то есть худший случай будет реализован при температуре 500С. Поэтому определяем значение температурного усилия Qп50 (при 500С), и уже для него считаем возникающее в болте напряжение и сравниваем его с пределом текучести для материала болта, и делаем вывод о правильности его выбора.
При температуре 500С: мм;
Н.
Определяем напряжение, создаваемое в болте по формуле (6.17) и сравниваем его с пределом текучести для сталь 20ХН3А.
(6.17);
где - напряжение, создаваемое в болте при действии полной осевой нагрузки;
- предел текучести, для сталь 20ХН3А МПА;
d2 - средний диаметр резьбы болта.
МПА.
72 < 736, значит, при действии полной статической нагрузки разрыва болта не произойдет.
5.2 Расчет прочности болта при действии ударной нагрузки
Проводим расчет на разрыв болта под действием ударной нагрузки 700 ед. длительностью 0,6 мс, действующей в осевом направлении. После удара нагрузка представляет из себя затухающие синусоидальные колебания с периодом 1,2 мс и амплитудой 700 ед. в первом полупериоде, в котором нагрузка является максимальной, и поэтому именно для этого случая будем проводить расчет. Схема нагружения болта представлена на рисунке 6.2: Рисунок 6.2.
КН.
Н.
На один болт будет приходиться Н.
Н.
МПА.
Так как нагрузка ударная, то необходимо ввести ударный коэффициент равный 1,75. Тогда: МПА
189 < 736, значит, при действии ударной нагрузки разрыва болта не произойдет.
3. Расчет на срез резьбы.
Для реализации расчета сначала необходимо рассчитать напряжение в витках резьбы болта и гайки, а затем сравнить их с пределом текучести. Для болта напряжение в витках резьбы рассчитывается по формуле (6.18), для гайки - (6.19):
(6.18)
(6.19) где: - напряжение от внешней нагрузки на один болт;
d1 - средний диаметр резьбы, d1 = 7,19 мм;
k0 = k1 = 0,87 - коэффициент полноты резьбы;
l2 - длина резьбовой части;
KT - коэффициент, учитывающий характер изменения деформации витков по высоте гайки, выбираемый в зависимости от отношения по таблице 6.1 (где - предел прочности материала болта; - предел прочности материала гайки).
Таблица 6.1.
Шаг РЕЗЬБЫКТ
Свыше 1,3 Крупный и первый мелкий 0,7…0,75
Второй и более мелкий 0,65…0,7
Менее 1,3 Для всех шагов 0,55…0,6
МПА;
, следовательно, согласно таблице 6.1 KT = 0,55.
Возникающие напряжения и будут одинаковыми, однако в связи с тем, что материалы болта и гайки (ответной детали) разные, расчет проведем для болта, т.к. .
МПА;
11,4 МПА < 736 МПА, следовательно, срыва резьбы не произойдет.
Таким образом, при действии полной статической нагрузки 175g, динамической нагрузки 700g, разрыва болта и среза его резьбы не произойдет, то есть выбранный болт удовлетворяет требованиям условий эксплуатации КБР по рабочей температуре и стойкости к воздействию линейного ускорения.
6. Размерный расчет
Задачей расчета является проверка собираемости корпуса с крышкой по размерам Х1, Х2 и Х3 (рисунки 4, 6, 8).
Данные для расчета приведены в таблице 1. Размеры в мм.
Наименование Условное обозначение Номинал Предельные отклонения
Крышка А1 4
А2 3,6 0,36
А3 148
А4 156 -1
В1 79 -0,74
В2 70
Корпус Б1 148
Б2 158 1
Г1 83 -0,87
Г2 70
Таблица 1. - Данные для расчета
Примечание: Позиционный допуск осей отверстий с размером А2 0,3 мм (?2) (допуск зависимый).
Номинальный размер замыкающего звена (Х) определяется по формуле где - сумма размеров увеличивающих звеньев;
- сумма размеров уменьшающих звеньев;
i - порядковый номер звена;
m - число уменьшающих звеньев;
n - число увеличивающих звеньев.
Верхнее предельное отклонение размера замыкающего звена (Вх) определяют по формуле где - сумма верхних предельных отклонений размеров увеличивающих звеньев;
- сумма нижних предельных отклонений размеров уменьшающих звеньев.
Нижнее предельное отклонение размера замыкающего звена (Нх) определяют по формуле где - сумма нижних предельных отклонений размеров увеличивающих звеньев;
- сумма верхних предельных отклонений размеров уменьшающих звеньев.
1) Условием, обеспечивающим собираемость крышки и корпуса по размеру Х1 является Х1min ? 0 (рисунок 4, см. рисунок 5).
Рисунок 4. - Определение размера Х1
Для проведения расчетов необходимо составить схему размерной цепи (см. рисунок 5).
Рисунок 5. - Схема размерной цепи
Запишем общее выражение для нахождения максимального и минимального значения размера замыкающего звена:
(3)
Определяем Х1min, которое будет реализовываться при минимальных значениях увеличивающих звеньев и максимальных значениях уменьшающих. Таким образом
Т.к. размеры 148 и 158 1 для корпуса заданы симметрично, а величина этой симметрии не задана, то по ОСТ В95 2606-90 значения неуказанных допусков симметричности равны 1,20. Величина симметрии будет влиять на значение Х1min. Найдем значение величины симметрии: а = (1,2 1,2) / 2 = 1,2
Следовательно, Х1min с учетом симметричности размеров 148 и 158 1 будет равен: Х1min = 0,85 - а = 0,85 - 1,2 = - 0,35 < 0, что не удовлетворяет условию собираемости крышки и корпуса, поэтому зададим значение симметричности размеров 148 и 158 1 равное 0,5. Тогда Х1min = 0,85 - 0,5 = 0,35 > 0.
Следовательно собираемость крышки и корпуса по размеру Х1 обеспечена.
2) Условием, обеспечивающим собираемость крышки и корпуса по размеру Х2 является Х2min ? 0 (рисунок 6, см. рисунок 7).
Рисунок 6. - Определение размера Х2
Для проведения расчетов необходимо составить схему размерной цепи (см. рисунок 7).
Рисунок 7. - Схема размерной цепи
Запишем общее выражение для нахождения максимального и минимального значения размера замыкающего звена: (4)
Определяем Х2min, которое будет реализовываться при минимальных значениях увеличивающих звеньев и максимальных значениях уменьшающих. Таким образом
Т.к. размеры 148 и 158 1 для корпуса заданы симметрично, а величина этой симметрии не задана, то по ОСТ В95 2606-90 значения неуказанных допусков симметричности равны 1,20. Величина симметрии будет влиять на значение Х2min. Найдем значение величины симметрии: а = (1,2 1,2) / 2 = 1,2
Следовательно, Х2min с учетом симметричности размеров 148 и 158 1 будет равен: Х2min = 0,85 - а = 0,85 - 1,2 = - 0,35 < 0, что не удовлетворяет условию собираемости крышки и корпуса, поэтому зададим значение симметричности размеров 148 и 158 1 равное 0,5. Тогда Х2min = 0,85 - 0,5 = 0,35 > 0.
Следовательно собираемость крышки и корпуса по размеру Х2 обеспечена.
3) Условием, обеспечивающим собираемость крышки и корпуса по размеру Х3 является Х3min ? 0 (рисунок 8, см. рисунок 9).
Рисунок 8. - Определение размера Х3
Для проведения расчетов необходимо составить схему размерной цепи (см. рисунок 9).
Рисунок 9. - Схема размерной цепи
Запишем общее выражение для нахождения максимального и минимального значения размера замыкающего звена:
(5)
Определяем Х3min, которое будет реализовываться при минимальных значениях увеличивающих звеньев и максимальных значениях уменьшающих. Таким образом
Т.к. размеры 70 и 83-0,87 для корпуса заданы симметрично, а величина этой симметрии не задана, то по ОСТ В95 2606-90 значения неуказанных допусков симметричности равны 1,00. Величина симметрии будет влиять на значение Х3min. Найдем значение величины симметрии: а = (1,0 1,0) / 2 = 1,0
Т.к. размеры 70 и 79-0,74 для крышки заданы симметрично, а величина этой симметрии не задана, то по ОСТ В95 2606-90 значения неуказанных допусков симметричности равны 1,00. Величина симметрии будет влиять на значение Х3min. Найдем значение величины симметрии: b = (1,0 1,0) / 2 = 1,0
Следовательно, Х3min с учетом симметричности размеров 70 и 83-0,87 для корпуса и размеров 70 и 79-0,74 для крышки будет равен: Х3min = 2,065 - а - b = 2,065 - 1,0 - 1,0 = 0,065 > 0.
Следовательно, собираемость крышки и корпуса по размеру Х3 обеспечена.
Таким образом, в ходе проведения расчета были получены значения зазоров Х1, Х2, Х3 между крышкой и корпусом. Их величины составили следующие значения: Х1 = 0,35
Х2 = 0,35
Х3 = 0,065.
Полученные значения больше нуля, следовательно, собираемость крышки и корпуса обеспечена.
7. Передняя часть
7.1 Описание
Передняя часть является частью обшивки и предназначена для крепления различных датчиков и аппаратуры.
Передняя часть состоит из шпангоута переднего, оживальной части обшивки, шпангоута заднего и втулки, соединенных между собой аргонно-дуговой сваркой. Шпангоут передний, шпангоут задний и оживальная часть изготовлены из стали 10 ГОСТ 1050-88.
Оживальная часть, с большим o506h13, меньшим o406h13, шириной 260-1,55 и толщиной 3мм, является элементом обшивки и воспринимает основную нагрузку. Изготавливается из листа с помощью аргонно-дуговой сварки. Шов зачищается заподлицо с внешней поверхностью. После присоединения шпангоутов, в верхней части (противоположной шву) вырезается отверстие o110 0,87 под втулку. Втулка крепится посредством аргонно-дуговой сварки. Обтекаемая форма выполнена с учетом аэродинамики ЛА.
Шпангоут передний с внешним o400-1,55, внутренним o290 1,3 и шириной 55-0,62 служит для крепления к сферической части, а также для улучшения прочностных характеристик. Помимо этого имеет 6 отверстий М6-7Н, 12 отверстий М4-7Н и 6 групп по 2 отверстия М4-7Н для крепления датчиков. Для герметичного соединения со сферической частью в конструкции шпангоута предусмотрена канавка 5x5мм под уплотнительное кольцо. Имеется конструктивный элемент - проточка шириной 5 мм для центрирования деталей при сварке. В верхней части шпангоута имеется два отверстия: o8Н8 глубиной 15мм и o10Н7 длиной 5мм под втулки для центровки и крепления сферической части.
Шпангоут задний с внешним o506-1,55, внутренним o476 и шириной 42 мм служит для крепления к цилиндрической части, а также исполняет роль ребра жесткости. Для герметичного крепления предусмотрена канавка 5x7мм под уплотнительное кольцо. Имеется конструктивный элемент - проточка шириной 2±0,215 для центрирования детали при сварке.
Втулка o100-0,87 и шириной служит для крепления отрывного разъема.
7.2 Технологическая часть
7.2.1 Порядок сборки
1) Выполняется сварка оживальной части аргонно-дуговой сваркой. Так как деталь эксплуатируется в тяжелых условиях под действием переменных давления и вибрационных нагрузок, то применяются швы 1-ой группы (табл.).
2) На следующем этапе сборки выполняется сварка шпангоута переднего и шпангоута заднего с оживальной частью. Так как передняя часть эксплуатируется в тяжелых условиях под действием переменных давления и вибрационных нагрузок, то применяются швы 1-ой группы (табл.).
3) После сборки шпангоутов и оживальной части, согласно чертежу вырезают отверстие 100 под втулку. Втулка крепится с помощью аргонно-дуговой сварки. Так как деталь не испытывает переменных нагрузок то целесообразно применять швы 3-ей группы (табл.).
Общие требования
1.1 Группа сварных швов устанавливается в зависимости от вида нагрузки, условий эксплуатации, дополнительных указаний и требований.
Группа швов Вид нагрузки Условия эксплуатации Дополнительные указания и требования
1 Давление, вакуум, вибрация, ударная Тяжелые Сварные соединения не должны иметь нахлесток, обратная сторона (корень) шва должна быть доступной для осмотра, подварки и осуществления защиты.
2 Статическая. Давление, вакуум, вибрация, ударная Нормальные Сварные соединения, выполненные ручной сваркой вне камер, не должны иметь нахлесток, обратная сторона (корень) шва должна быть доступной для осмотра, подварки и осуществления защиты.
Примечание: под нормальными условиями понимаются такие условия, когда температура, агрессивность среды, и другие снижающие работоспособность конструкции факторы отсутствуют или соответствуют п
Вывод
Приведенные в данном разделе мероприятия по охране труда позволяют создать на рабочем месте здоровые и безопасные условия труда, а также позволяют в значительной степени сократить производственный травматизм.В ходе проделанной работы был сконструирован КБР уникальной конструкции. Разработанная конструкция удовлетворяет всем предъявленным к ней требованиям по габаритам, массе и удобству эксплуатации. Для деталей КБР, в процессе анализа, были подобранны материалы с оптимальным сочетанием свойств по массе и прочности. Осуществлен анализ используемых покрытий при воздействии на них механических и климатических воздействий. Для лучшего решения поставленной задачи применены различные конструктивные решения. Проведены расчеты на прочность элементов крепления КБР к корпусу изделия, размерный расчет положения оси отверстия под самостыкующийся соединитель, выполнены и рассмотрены требования, касающиеся техники безопасности.
Список литературы
1 Справочник конструктора точного приборостроения / Под ред. Ф. Л. Литвина - М.: Машиностроение, 1964.
2 Справочник конструктора точного приборостроения / Г. А. Веркович, Е. Н. Головенкин, В.А. Голубков и др.; под общ. Ред. К.Н. Явленского, Б.П. Тимофеева, Е.Е. Чаадаевой. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение,1989.
3 Биргер И.А. Расчет на прочность деталей машин. Справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1966. -616с.
4 Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение,1981.
5 Гжиров Р. И. Краткий справочник конструктора. Справочник - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение,1983.
6 Михайлов-Михеев П.Б. Справочник по металлическим материалам турбино- и моторостроения. 1961.