Требования к проектируемой детали
Общие и специальные требования к кронштейну кратко сформулированы во введении, но к вышесказанному можно добавить, что основным требованием к проектируемому кронштейну будет обеспечение жесткости , так как недостаточная жесткость может сильно снизить жесткость всей проводки управления.
При проектировании кронштейна надо учитывать возможность возникновения в системе управления непредусмотренных боковых нагрузок. С целью обеспечения жесткости устанавливаются ребра (полки) в направлении перпендикулярном проушинам.
Разработка и анализ конструктивно-силовых схем
Рассмотрим четыре конструктивно-силовые схемы.
Схема 1.
Рисунок 3.
Кронштейн вырезан из листа и имеет прямоугольное сечение (рис. 3). Так как напряжение от изгибающего момента распределены не равномерно по сечению (рис. 3), мы наблюдаем избыточное упрочнение в середине сечения, что ведёт к значительному увеличению массы.
Схема 2.
Рисунок 4.
Кронштейн выполнен в виде двутавровой балки переменной высоты (рис. 4), в стенке которой, с целью облегчения, вырезается отверстие.
Схема 3.
Рисунок 5.
Конструктивно-силовая схема выполнена в виде фермы (рис. 5), состоящей из кольца и подошвы, соединённых двумя стержнями. Стержни передают нормальные усилия. Схема невыгодна тем, что для обеспечения устойчивости сжимаемого стержня, придётся значительно увеличить его диаметр, что ведёт к значительному увеличению избыточной массы.
Схема 4.
Рисунок 6.
Кронштейн в виде фермы (рис. 6), состоящей из двух стержней таврового сечения. Тавровое сечение обеспечивает устойчивость сжимаемому стержню без значительного увеличения массы.
Можем сделать вывод, что наиболее выгодными с точки зрения минимальной массы являются схемы 2 и 4. После штамповки требуется небольшой объём механической обработки. Способ изготовления выгоден для серийного производства. Выбираем схему 4, так как она имеет меньший силовой фактор, то есть обладает меньшей массой.
Выбор материала кронштейна
Руководствуясь характеристиками удельной прочности, проведем выбор материала. В соответствии с расчетной схемой, которую мы выбрали в качестве КСС кронштейна. Деталь работает на растяжение-сжатие. Сведем данные по некоторым материалам [1], применяемым в качестве материалов штампованных деталей, в таблицу 2.
Таблица 2. Характеристики материалов
Материал |
σв, МПа |
[σ]р, МПа |
ρ, т/м3 |
[σ]р/ ρ |
30ХГСА |
1100 |
900 |
7,85 |
114,65 |
АК-6 |
370 |
340 |
2,75 |
123,64 |
ВТ6 |
920 |
820 |
4,43 |
185,1 |
МА14Т1 |
270 |
250 |
1,8 |
138,89 |
Здесь [σ]р – разрушающее напряжение.
Из таблицы 1 видно, что с точки зрения минимализации массы наиболее подходящим является титановый сплав ВТ6, но он достаточно дорог. Поскольку скорости полета будут дозвуковые, то не возникнет проблемы нагрева детали из-за высокой скорости полета.
Алюминиевый сплав АК-6 достаточно легкий легко поддается обработке. К тому же он прочнее магниевого сплава МА14Т1
Термообработка: закалка и искусственное старение при температуре 1600 в течение 12 часов. [σ]р =340 МПа.