《直升機設計》課程設計

#直升機設計》課程設計姓名齊偉學號1101433070題目直升機旋翼槳轂（蹺蹺板式）設計.任務1選定槳轂結構型式，進行結構布置（主要是軸向鉸）。2?槳轂外載荷計算。3?繪制槳轂裝配工作圖和零件（選1~2個主要零件）工作圖4?零件強度計算。5?編寫槳轂設計說明書。原始數據旋翼直徑D5.8m旋翼轉速n491rpm槳尖速度QR150m/s槳葉弦長b0.2m全機重量G280kg槳葉重量mb8.6kg槳盤載荷102.41N加槳葉實度0.0443旋翼旋轉方向右旋（俯視）旋翼輸入功率N55HP四、槳轂結構參數64mm09。3064mm09。30'五、設計要求槳轂結構要合理，安全可靠，在滿足強度要求的情況下，要盡量減輕槳轂的重量六、設計參數的計算與確定1槳轂預錐角S旋停狀態(tài)下

RR二tg、，T二Mg/k,N二（Mb/R）“rdrleS=2.47o在水平飛行下，拉力大于旋停狀態(tài)，所以預錐角取大。取S=2.5o2、當量揮舞鉸外伸量leR

le假定「2:1=1?12八JR

le111=（1+期）門"|也/R）r咋=：（叫/訶2e求得le=0.433m3、槳轂懸掛咼度h在預錐角S=2?5o時，槳葉重心高h=Rsin2.5o/2=63.2mm在水平飛行狀態(tài)，槳葉的錐度角變大，所以h取大取h=64mm七、槳轂外載荷計算槳轂承受由槳葉傳來的各種載荷（揮舞面的載荷、旋轉面的載荷、鉸鏈力矩）。在直升機各種工作狀態(tài),載荷情況各不相同。根據直升機強度規(guī)范，選用直升機在使用中會發(fā)生的并決定結構元件或整機最嚴重的工作狀態(tài)的載荷作為槳轂靜強度計算的載荷。三種外載荷情況下，安全系數f=1?21、飛行狀態(tài)，最大正過載系數n=2,旋翼轉速1.25n如槳轂受力圖：Tmax槳葉對槳轂的最大拉力Tmax離心力NmaxT=Mgnf12maxN=1.25Nfmax簡化分析求彎矩FiTmax槳葉對槳轂的最大拉力Tmax離心力NmaxT=Mgnf12maxN=1.25Nfmax簡化分析求彎矩Fi=Tmax-Nmaxtg-最大彎矩=F」maxie彎矩圖：槳轂受到的拉力圖:6C59KN=0.82n=55HPk=22、旋翼加速，過載系數n=4槳轂受到槳葉的慣性作用。=0.82n=55HPk=2Mn=9549（N/n「°血）nf/kM=1.570KN?mn彎矩圖：'tl.570KN51m1m3、槳葉墜落在下限動塊上，過載系數n=4?67槳葉自重引起在中心的彎矩MbmRMbmR1221ggRbm在過載n=4.67下1Md=nMbf2nfmbRg=684.8N?m在槳葉任一剖面處彎矩：rnbMr=nf(r-r)—/R-r%2=81.34(R-r)2R彎矩圖：684SN-m小結：槳轂受力最嚴重的狀態(tài)：1、在最大飛行正過載時，槳轂受到徑向的拉力60.59KN。2、在加速啟動時，槳轂在旋轉平面受到最大彎矩為1.570KN?m所以設計槳轂時按以上兩種載荷設計。八、漿轂的構造分析說明旋翼系統是蹺蹺板式，只有兩片槳葉，這兩片槳葉在結構上連成一體而共用一個水平餃，沒有垂直餃。為了消除不變氣動載荷即拉力所引起的根部彎矩，在結構上將兩片槳葉上翹一個結構錐度角S,實現離心力和拉力在根部的彎矩平衡，使槳葉在揮舞面卸載。由于有了結構錐度角，在旋轉面會引起一階諧波的哥氏力，所以將懸掛點布置在槳葉的重心等高處，消除哥氏力。由于槳葉要上翹一個角度，在結構上采用軸和槳轂連成一體時，在工藝性上，不易制造,所以采用軸和槳轂中心塊分離，用螺栓固定，至于結構錐度角的設計，中心塊上下螺栓孔偏2.5°,在軸上的螺栓孔就不必偏轉角度.槳轂中心塊直接與旋翼軸通過銷或螺栓相連，同時設計要求上要求有個限動角，在中心塊上必須固定兩個限動塊，限動塊要能更換，限動時通過限動塊與旋翼軸相碰來限動，為了避免旋翼軸表面受到損傷，在旋翼上膠粘橡皮塊.槳轂中心塊的材料采用鋁合金，中心塊內部需要切削的較多，鋁合金的切削性能較好，比強度較高.軸向鉸的軸是個重要受力部件，材料采用合金鋼，軸向鉸設計成傳統的形式，離心力由推力滾子軸承來承受，彎矩由兩個向心軸承來承受.離心力的傳力：槳葉固定在槳殼的夾板上，槳殼通過擋片傳遞離心力到套筒，套筒抵住推力軸承，而推力軸承的另外一側由套筒和軸帽，所以離心力最終傳到軸帽上，由螺紋來承受，為了增加安全性，在軸帽和軸通過螺紋固定后，在外加銷子，防止松動.彎矩的傳遞：彎矩直接由槳殼傳遞給兩個向心軸承，在傳給軸，軸的材料密度高，所以采用空心軸降低重量，但在其與中心塊連接處仍然是實心的，由于軸向鉸存在軸承，所以必須用油潤滑，并在擋片與槳殼連接處加密封圈，在槳殼的上下各設計一個加油和放油螺栓.同時用保險絲固定兩螺栓.加油孔開在靠近槳轂中心，這樣油在離心力的作用下能流動.搖臂固定在擋片和槳殼中間.九、軸向鉸中主要構件的強度計算1、向心軸承的選取向心軸承承受的最大彎矩1.570/1.2=1.308KN?m初取軸承間距為l=60mm因該向心軸承工作狀態(tài)為擺動，載荷必須乘系數c>0.5，取c=0.6推力滾子軸承也參與承受小于30%t矩，取30%Fr=70%cMn/l=9.156KN::9.42KN軸承選取：深溝球特輕（0）系列6008內徑d=40mm外徑D=68mm寬B=15mn額定動負荷Cr=13.2KN額定靜負荷Cr0=9.42KN2、推力滾子軸承的選?、拧⒃O推力軸承上傳遞30%勺最大彎矩預取推力軸承的外徑70mm壓力P=1.570X30%/70/1.2=5.607KN⑵、在飛行最大正過載時壓力P=60.59/1.2=50.49KN所以按最大飛行正過載選取：推力滾子軸承81108內徑d=40mm外徑D=60mn寬B=13mn額定動負荷Cr=37?2KN額定靜負荷Cr0=115KN3、軸的強度校核軸外徑D=40mm材料為合金鋼40CrNi,二b=980MPa⑴、在承受最大彎矩時危險截面為固定兩向心軸承處-b得軸的厚度S>2.55mm⑵、在最大飛行正過載時60.59KN980MPa2二D、得軸的厚度S>0.25mm考慮到軸上要攻螺紋，其軸的厚度不能太薄，取4mm.其剩余強度系數4n==1.572.55固定軸的螺栓校核螺栓采用標準件，材料40Cr,二s=785Mpa螺栓個數z=4可靠性系數c=1?〔接合面數m=2摩擦系數f=0?1控制預緊力,安全系數S=1在最大飛行正過載下F=60,59/4=15.15KNCF=83.33KNmfd11.34Fd11.34Fa=13.258mm考慮到軸與中心連接的螺栓過多過大，設計上采用兩個螺栓，加套筒承受橫向力套筒選用材料鋁合金LY4,290MPa其外徑暫取D=12mm則套筒受到的剪力F<.F=60.59KN/22二D、套筒的厚度為右>2.77mm取厚度=3mm其剩余強度系數3277-1.08螺栓不受橫向力和軸向力螺栓不受橫向力和軸向力但螺栓的直徑不能太小，否則由于是標準件，螺桿的長度不夠，所以取螺栓M8,螺桿長681mn其小徑d1=6?647mm4、槳殼強度校核槳殼的材料為鋁合金，c=46lMPa其外徑約為80m葉100mm在最大彎矩下，MM二b2乞461MPaW4二D、/32求得0.87mmC§<1.36mm在最大飛行正過載時所需厚度更小，由于槳殼內部是鉆孔加工的，厚度不能太薄，取厚度§=4mm槳殼通過螺栓與槳轂相連，預取螺栓個數為z=4個螺栓最大工作載荷Fe譏X/z=60?59KN/4=15.15KN因Fe是個不變的力，取殘余預緊力Fr=0.2Fe螺栓的總拉伸載荷Fa=FEFR=18.18KN螺栓采用標準件，材料40Cr,二s=785Mpa控制預緊力安全系數S=1螺紋小徑d1d1-4「兀/（二「S）=6-193mm取螺栓M8d1=6.647mm5、套筒及軸的螺帽強度校核套筒兩個，作用是固定向心軸承和傳遞離心力其外徑約80mnrr90mn材料為鋁合金，；「b=461MPa在最大飛行正過載時60.59KN260.59KN2二D、-461MPa得厚度0.26mm>§>0.21mm設計套筒時可按固定要求設計，厚度條件很容易滿足軸與螺帽螺紋連接，螺紋必須滿足強度條件.螺紋校核螺紋細牙M40-2,螺距3mmFaAm二dKHm:載荷在各螺紋間的不平均分布系數K:完滿系數:抗剪強度H:實際旋合長度60.59KN—3/80.94020280…-237.8KN

所以螺紋的強度達到要求固定槳葉的螺栓的強度校核固定槳葉的螺栓選?。郝菟ㄑ貜较虿贾?，個數z=2取螺栓的可靠性系數c=1?3接合面數m=2摩擦系數f=0?15考慮兩個受力狀態(tài)⑴、最大彎矩狀態(tài)暫設螺栓間距l(xiāng)=80mmPpl=1.570kN*mp=19.63KN螺栓的軸向力1.119.6320.15=71.98KN⑵、最大飛行正過載時PP=60.59KN/2=30.245KNFa_cL=LA0A5=110.9KN~mf20?15所以按最大飛行正過載選取螺栓材料40Cr,二s=785Mpa螺栓受到一個不變的力，安全系數S=14Z3FT二15.296mm取M2Q其d1=17.294mm.由于螺栓太大，采用螺栓加套筒的形式套筒選用材料鋁合金LY4,?=290MPa其外徑暫取D=12mm則套筒受到的剪力—_F=60?59KN/22二.套筒的厚度為、〉2.77mm取厚度=3mm其剩余強度系數3n1.082.77螺栓不受橫向力和軸向力，但螺栓的直徑不能太小，否則由于是標準件，螺桿的長度不夠，所以取螺栓M8,螺桿長681mn其小徑d!=6.647mm6、揮舞鉸銷子強度校核材料合金鋼40CrNi,匚s=785MPao暫取銷子長l=60mm⑴、在最大飛行正過載時trt「=2809.82p=2.744KN⑵APIPPx|=MP=26.167KN所以取最大彎矩狀態(tài)校核4P2_；：d2s/3兀得D=8.6mm作為旋翼軸的銷子，其受力為交變應力，所以出于安全考慮，銷子直徑取大.旋翼軸直徑為60mm取銷子直徑d=25mm7、限動塊的銷的強度校核槳葉墜落在下限動塊上,過載系數n=4.67槳葉自重引起在中心的彎矩為684.8KNm銷的材料暫取合金鋼其強度極限6=785MPa銷受剪力作用，假定彎矩對限動塊的力臂長48mm6848T4.27KNID"=61.62KN48空-b4銷的強度符合要求4參考資料:1、楊可楨程光蘊主編：《機械設計基礎》，第四版，高等教育出版社，2000年2、孫之釗蕭秋庭徐桂祺編：《直升機強度》，航空工業(yè)出版社，1990年3、張呈林張曉谷郭士龍朱《直升機部件設計》，航空專業(yè)教材編審組，1986年4、ThomasA.StellmanG.V.Krishnan著，王淇等譯《精通Autocad2000》，機械工業(yè)出版社，2000年5、劉鴻文主編：《材料力學》就，第三版，高等教育出版社，1992年6、朱如鵬郭學陶編：《機械設計課程設計》，航空工業(yè)出版社，1995年7、《航空機械設計手冊》，1975年7、王