Быстрый поиск

Дипломная работа: Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту-154 на основе анализа эксплуатации

I – момент инерции всего сечения:

I= nI1, (1.32.)

где I1 – момент инерции одного элемента сечения:

(1.33.)

следовательно

тогда

I=15×1,82×10-9=2,73×10-8 м4;

(м3);

L2 – плечо приложения силы SТ разр в сечении 2-2

L2=0,016+0,0056=0,0216 (м).

Используя формулу (1.27.) найдем нормальное напряжение:

5,742×108 (Па)=574,2 МПа.

Коэффициент избытка прочности равен:

(1.35.)

тогда

=2,036.

Сечение 3-3

В сечении 3-3 производим расчет на срез от действия на опорный буртик через полукольца осевого усилия SТ разр:

(1.36.)

где F – площадь сечения среза:

F=(2π×R-n×b)×h3, или

F=n×a×h3, (1.37)

где n – количество участков "В";

h3=0,002 м – толщина опорного буртика;

F=15×0,018×0,002=8,1×10-4 (м2);

Коэффициент избытка прочности:

1.3.2.3 Расчет на смятие опорного буртика корпуса тормоза

под стопорным полукольцом

Напряжение смятия:

(1.38.)

где SТ разр – осевая разрушающая нагрузка;

Fсм – площадь смятия,

Fсм= n×a×(Rк - R3 - 2×Sф), (1.39.)

где Rк=0,114 м – наружный радиус корпуса тормозного устройства;

R3=0,1125 м – радиус дна канавки;

Sф=0,0003 м – размер фаски;

Fсм=15×0,018×(0,114 - 0,1125 - 2×0,0003)=2,43×10-4 (м2);

тогда

Коэффициент избытка прочности:

(1.40.)

где K=0,6;

1.3.2.4 Расчет стопорных колец

В качестве материала для стопорных колец выбираем сплав 20Х для которой предел временной прочности σв=390 МПа.

Для расчета используем пониженный предел временной прочности:

σв´=0,9×σв=0,9×390=351 (МПа).

Расчет стопорных полуколец ведется на срез и смятие.

Напряжение среза:

(1.41.)

где F=π×Dк×bк – площадь среза;

Dк=0,225 м – внутренний диаметр кольца;

bк=0,002 м – ширина кольца (рис.1.8.);

F=3,14×0,225×0,002=1,413×10-3 (м2);

Коэффициент избытка прочности:

Напряжение смятия:

(1.42.)

где SТ разр – осевая разрушающая нагрузка;

Fсм – площадь смятия,

Fсм=2π×(Rк+ hк /4)×(hк /2 - 2×Sф), (1.43.)

где Rк – внутренний радиус кольца;

hк=0,004 м – высота сечения кольца;

Sф=0,0003 м – высота фаски;

Fсм=2×3,14×(0,1125 + 0,004/4)×(0,004/2 - 2×0,0009)=9,978×10-4 (м2);

Коэффициент избытка прочности:

1.3.3 Разработка бескамерного барабана тормозного колеса с разъемным корпусом

На существующем тормозном колесе КТ–141Е применен барабан со съемной ребордой. Такая конструкция колеса имеет следующие недостатки: невысокий уровень надежности (разрушение реборды и срыв пневматика с корпуса во время посадки), трудности при замене пневматика, невозможность применения бескамерного пневматика. По нормали ИКАО колесо не должно разрушатся при пробеге с разрушенным пневматиком на дистанции до 3000 м.

Предлагается заменить барабан колеса на барабан с разъемным корпусом, на котором можно применить пневматик бескамерный высокого давления. Такой барабан укомплектовывается легкоплавкой вставкой, для сброса давления воздуха в тормозное устройство при перегреве тормозов во избежание разрушения пневматика из-за повышения давления в нем.

Предлагается заменить материал колеса. Вместо существующего магниевого сплава применить алюминиевый сплав 7049 – Т73, разработанный фирмой Kaiser (США). Этот сплав применяется для замены деталей на самолетах F-111, Jet Stream и производства новых элементов самолетов F-5 и F-16 [7]. Временный предел прочности сплава 7049 – Т73 σв=490 МПа.

1.3.3.1 Проверочный расчет усовершенствованного колеса

Исходные данные для расчета [6]:

– габаритные размеры пневматика:

диаметр D=930 мм=0,93 м;

ширина B=305 мм=0,305 м;

– рабочее давление в пневматиках:

P0=9,5 кг/см2=0,95 МПа;

– обжатие пневматика при взлетной массе самолета:

δСТ взл=70 мм=0,07 м;

– обжатие пневматика при посадочной массе самолета:

δСТ пос=57 мм=0,057 м;

– радиус качения пневматика:

(1.44)

Rк взл=0,93/2 – 0,07=0,395 м;

Rк пос=0,93/2 – 0,057=0,408 м;

– усадка при полном обжатии пневматика:

δп.о.=187 мм=0,187 м;

– стояночная нагрузка на колесо:

(1.45.)

где 0,9 – коэффициент указывающий долю нагрузки воспринимаемой основными опорами,

mвзл= 97000 кг – взлетная масса самолета,

mпос= 74000 кг – посадочная масса самолета,

n =12 – количество колес основных опор,

PСТ взл=

PСТ пос=

– взлетная скорость:

Vвзл=77м/с ;

– посадочная скорость:

Vпос=67м/с ;

– коэффициент трения пневматика о ВПП:

μк=0,3;

– коэффициент трения пары "углерод-углерод":

μс-с=0,35;

– коэффициент трения пары МКВ-50 – 4НМХ:

μТ=0,3.

1.3.3.2 Расчет нагрузок, действующих на корпус колеса и реборды [5]

Расчетными нагрузками, действующими на корпус колеса, являются осевые, радиальные и боковые усилия.

Величину осевой нагрузки определим по формуле:

Q=π×Pp×[(R-rп)2-R0], (1.46.)

где Pp – расчетное давление в пневматике,

Pp=k×P0 , (1.47.)

P0=0,95 МПа – рабочее давление в пневматике,

k=3 – коэффициент запаса прочности,

Pp=3×0,95=2,85 (МПа);

R=0,465 м – радиус пневматика

rп=0,1525 м – радиус круглого сечения пневматика;

(1.48.)

Подставим данные в выражение (1.46.) получим:

Q=3,14×2,85×[(0,465-0,1525)2-0,2042]×106=501504,2 (Н).

Разрушающая радиальная нагрузка на колесо:

Pразр=kp×PСТ взл max , (1.49)

где kp=6,5 – коэффициент безопасности;

PСТ взл max=71367,36 Н – стояночная нагрузка на колесо со взлетной массой самолета;

Pразр=6,5×71367,36=463887,84 (Н).

Радиальная нагрузка будет уравновешиваться реактивными силами R1 и R2, действующих на корпус колеса через середину наружных обойм подшипников (рис 1.9.).

Момент радиальной нагрузки относительно точки "0" будет равен:

(1.50)

где Pразр – радиальная разрушающая нагрузка;

b0 – ширина колеса между серединами вершин обойм;

a – расстояние от подшипника до плоскости разъема колеса.

Тогда уравнение сумм моментов относительно точек приложения будет иметь вид:

(1.51.)

следовательно:

(1.52.)

Боковая разрушающая нагрузка:

Pбок=kб×PСТ взл max , (1.53)

где kб=2,5 – коэффициент безопасности

Pбок=2,5×71367,36=178418,4 (Н).

Радиус приложения боковой нагрузки:

(1.54.)

где D=0,93 м – диаметр пневматика;

δп.о.=0,187 усадка при полном обжатии пневматика;

(м).

Боковая сила Pбок создает боковой момент:

Mбок=Pбок×Rбок , (1.55.)

где Pбок – боковая разрушающая нагрузка;

Rбок – радиус приложения боковой нагрузки;

Mбок=178418,4×0,3247=57932,45 (Н·м).

Мбок будет уравновешиваться реактивными силами Fбок и Pбок´, действующими на корпус колеса через внешние обоймы подшипников (рис.1.10.):

(1.56.)

где Mбок – боковой момент;

b0=0,154 м – расстояние между серединами внешних обойм подшипников;

(Н),

Pбок´=Pбок=178418,4 Н.

1.3.3.3 Расчет на прочность реборды колеса

Реборда работает на изгиб, как консольная балка, нагруженная силой Q (рис.1.11.).

Расчет произведем в трех сечениях.

Сечение 1-1:

Момент сопротивления сечения:

(1.57.)

где D0=0,41 м – диаметр сечения 1-1;

b =0,015 м – минимальная толщина сечения;

(м3).

Нормальное напряжение при изгибе:

σр=σсж= (1.58.)

где L – плечо приложения силы Q,

(1.59.)

где D0=0,41 м – диаметр сечения,

D1=0,478 м – диаметр реборды,

(м);

Q=501504,2 Н – осевая нагрузка;

W – момент сопротивления сечения;

(МПа).

Коэффициент избытка прочности:

(1.60.)

где kп=1,35 – коэффициент пластичности;

σв´ пониженный временный предел прочности материала:

σв´=0,78×σв, (1.61)

σв´=0,78×490=382,2 (МПа);

тогда

Определим касательные напряжения при изгибе:

τmax= (1.62.)

где Q=501504,2 Н – осевая нагрузка;

F – площадь поперечного сечения:

F=π×D0×b, (1.63.)

D0=0,41 м – диаметр сечения,

b=0,015 м – минимальная толщина сечения,

F=3,14×0,41×0,15=0,01931 (м2);

тогда

τmax= = 38956824 (Па)=38,96 МПа.

Коэффициент избытка прочности:

(1.64.)

где σв´ - пониженный временный предел прочности;

τmax – касательные напряжения при изгибе;

Сечение 1-2:

Средний диаметр сечения будет равен:

Dср=D0 – h1×sin α, (1.65.)

где h1=0,02 м – высота сечения;

α = 45° - угол между сечениями 1-1 и 1-2;

Dср=0,41-0,02×sin 45°=0,3959 м.

Нормальные напряжения для зон сжатых и растянутых волокон при изгибе и растяжении:

σр = σи+σр´= (1.66.)

где L1 – плечо приложения силы Q,

L1=L+(м);

Wр – момент сопротивления сечения,

Wр= (1.67.)

где Dср – средний диаметр сечения,

h1 – высота сечения,

Wр= (м3);

F – площадь сечения 1-2,

F=π×Dср×h1=3,14×0,3959×0,02=0,0249 (м2);

тогда

Коэффициент избытка прочности:

(1.68.)

где kп=1,35 – коэффициент пластичности,

используя формулу (1.68.) получим:

Сечение 1-3:

Средний диаметр сечения 1-3:

Dср=D0 – (1,69)

где D0=0,41 м – диаметр сечения 1-1;

h2=0,02 м – высота сечения 1-3;

Dср=0,41-

Нормальные напряжения для зон сжатых и растянутых волокон при изгибе и растяжении:

σр = σи+σр´ (1.70.)

где L2 – плечо приложения силы Q в сечении 1-3,

L2=L+

Wр – момент сопротивления сечения,

Wр= (1.71.)

где Dср – средний диаметр сечения 1-3,

h2 – высота сечения 1-3,

Wр=

F – площадь сечения 1-3,

F=π×Dср×h2=3,14×0,4×0,02=0,0251 (м2);

тогда

Коэффициент избытка прочности:

(1.72.)

где kп=1,35 – коэффициент пластичности,

используя формулу (1.68.) получим:

1.3.3.4 Расчет болтов, соединяющих внутреннюю и внешнюю части барабана колеса

Сила, действующая на болты:

Q1=π×Pp×[(R-rп)2-Rz2], (1.73.)

где Pp=2,85 МПа – расчетное давление в пневматике;

R=0,465 м – радиус пневматика;

rп=0,1525 м – радиус круглого сечения пневматика;

Rz=0,1305 м – радиус установки болтов;

Q1=3,14×2,85×106×[(0,465-0,1525)2-0,13052]=721522 (Н).

Кроме осевой силы Q1 на болты действует сила P от предварительной затяжки гайки. Величина силы P принимается 15÷20% от величины разрушающих нагрузок Pp´:

(1.74.)