9.2Кронштейны навески управляющих поверхностей

9.2.1Методика расчета

Управляющие поверхности самолета (рули, элероны, триммеры, щитки, закрылки и другие подвижные элементы) соединяются с неподвижными частями самолета при помощи узлов навески, основными элементами которых являются кронштейни.

Форма кронштейна зависит от того, к каким силовым элементам конструкции они крепятся (рис. 9.5). Чаще кронштейны устанавливаются на двухпоясных плоских балках типа лонжеронов или нервюр.

Изготовляются кронштейны в основном из материалов АК4, АК6, Д16. Крепятся к стенкам нервюр при помощи заклепок или болтов, при их расчете необходимо учитывать дополнительные перерезывающие усилия от нецентрального приложения нагрузки.

Рис. 9.5. Кронштейны:

1, 3-5 – кронштейны навески элерона, 2 – звено с подшипником; 6 – кронштейн крепления качалки; 7 – лонжерон; 8 – точки крепления управляющего привода; 9 – основа крепления управляющего привода.

При проектировании кронштейна чаще всего его рассматривают как двухпоясную балку. При этом принимают, что изгибающий момент полностью воспринимается поясами, а перерезывающая сила – стенкой.

Наибольшее распространение получили симметричные кронштейны (рис. 9.6). Возможны три варианта конструктивного исполнения:

1. проушина кронштейна витянута, и средние линии поясов кронштейна пересекаются на расстоянии а₁ от оси подшипника (рис. 9.6, а). Такую конструкцию используют при большом угле наклона поясов;

2. оси поясов кронштейна пересекаются вне кронштейна на расстоянии а₂ от центра проушины или точки приложения силы (рис. 9.6, б);

3. оси кронштейна пересекаются в центре подшипника (рис. 9.6, в).

Исходными данными для расчета являются (рис. 9.7): Р – нагрузка на кронштейн; l – расстояние от точки приложения нагрузки до плоскости крепления кронштейна; В_к – максимальная высота кронштейна, обусловленая зоной его установки. Высоту В желательно выбирать максимально возможной.

Порядок проектировочного расчета симметричного кронштейна:

1. Составляют расчетную КСС кронштейна (рис. 9.7).

2. По заданной силе подбирают подшипник в соответствии с каталогом подшипников [12]. Подшипник запрессовывается по соответствующей посадке и кернится или развальцовывается.

3. По данным подшипника выбирается толщина проушины:

где а_c – ширина внешней обоймы подшипника; с – расстояние от края проушины до внешней обоймы подшипника. Для подшипников диаметром 20…30 мм с=0,2 мм, для подшипников диаметром 30…40 мм с=0,25 мм.

4. Расчитывают проушину кронштейна на разрыв по сечению А–А (рис. 9.8):

а	б
в

Рис. 9.6. Конструктивные схемы симметричного кронштейна:

1 – контур проушины под подшипник; 2 – контур максимального диаметра подшипника; В – расстояние между опорами; L – длина кронштейна; H_i – высота кронштейна в произвольном сечении; x – расстояние от центра подшипника до расчетного сечения; а₁, а₂ – расстояния между центром подшипника и линиями пересечения поясов кронштейнов.

1. Задаются соотношением e/d в пределах 1,5…2 (при больших значениях возрастает масса проушины);

2. По соотношению e/d находят k:

3. Определяют значения парамерта у:

4. Определяют значения параметра n по выбранным параметрам проушины:

Рис. 9.7. Проектная КСС кронштейна: В – высота кронштейна; Нб – расстояние между осями болтов крепления; δ – толщина пояса кронштейна; δст – толщина стенки кронштейна; b – зона постоянной ширины кронштейна; l – длина кронштейна; m – расстояние от стенки кронштейна до края основания; m1 – расстояние от пояса кронштейна до выреза; с1, с2 – расстояния от оси и пояса кронштейна до центра отверстия под болты, соответственно.

Рис. 9.8. Расчетная схема проушины кронштейна:

k, у –толщины проушины; е – высота проушины; d – диаметр подшипника; В – высота кронштейна; Н_б – расстояние между осями болтов крепления; δ – толщина пояса кронштейна.

Если при расчете получили n>1, то необходимо задаться другим значением e/d и повторить расчет.

5. Определяют конфигурацию кронштейна. Из основания, ограниченного размером В (см. рис. 9.7) проводят касательные к проушине. Они ограничивают пояса кронштейна.

6. Определяют площадь сечений поясов кронштейна на расстоянии х = (0,8…1)e . Ширину кронштейна в этом диапазоні принимают постоянной, равной толщине проушины a.

   1. начиная с сечения х, кронштейн переходит в двотавр с минимальной площадью сечения пояса:

при х = e

2. определяют толщину пояса кронштейна, из условий технологичности толщина неизменна:

7. Определяют необходимые площади пояса кронштейна по его длине:

8. Определяют ширину пояса по длине:

9. Определяют потребную толщину стенки кронштейна. Из условий технологичности толщина стенки постоянна по длине и определяется:

10. Расчитывают болты крепления кронштейна. Болты подбирают из условий работы на срез и разрыв. Для уменьшения нагрузки на болты их следует размещать как можно дальше от оси кронштейна, располагая на уровне поясов.

1. растягивающее усилие, приходящееся на один болт:

,

где n – количество болтов снизу или сверху; – расстояние между болтами по высоте.

2. усилие среза, воспринимающееся одним болтом:

где n – полное количество болтов.

По каждому усилию по ГОСТу подбираем диаметр болта, в соответствии с максимальными усилиями при растяжении и срезе. Из двух диаметров выбираем наибольший, и для него рассчитываем суммарное действующее напряжение от среза и растяжения:

,

где – максимальное напряжение от растяжения;

– максимальное напряжение от среза;

F_б – площадь поперечного сечения болта.

11. Расчитывается толщина стенки кронштейна, через которую проходят болты (рис. 9.7)

где d_б – диаметр болта; σ_см = 1,3 σ_в – напряжение смятия основы кронштейна.

12. Проводим проверку основы кронштейна по условию изгиба (рис. 9.7):

    1. если с₁<c₂ , то:

2. если с₁>c₂ , то:

При соответствии параметров кронштейна условию прочности, проектировочный расчет кронштейна считается оконченным. На основании расчетов выполняется чертеж элемента.

При расчете на прочность принимаем, что материал кронштейна – Д16Т, а материал болтов – 40Х (табл. 3).

Таблица 3