直升機(jī)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、 直升機(jī)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)姓名 : 齊偉學(xué)號(hào):1101433070一、 題目直升機(jī)旋翼槳轂（蹺蹺板式）設(shè)計(jì)二、 任務(wù)1 選定槳轂結(jié)構(gòu)型式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置（主要是軸向鉸）。2 槳轂外載荷計(jì)算。3 繪制槳轂裝配工作圖和零件（選12個(gè)主要零件）工作圖。4 零件強(qiáng)度計(jì)算。5 編寫槳轂設(shè)計(jì)說明書。三、 原始數(shù)據(jù)旋翼直徑D 5.8m旋翼轉(zhuǎn)速n 491rpm 槳尖速度R 150m/s 槳葉弦長(zhǎng)b 0.2m 全機(jī)重量G 280kg槳葉重量 8.6kg槳盤載荷 102.41N/ 槳葉實(shí)度 0.0443 旋翼旋轉(zhuǎn)方向 右旋（俯視）旋翼輸入功率N 55HP四、 槳轂結(jié)構(gòu)參數(shù)槳轂預(yù)錐角 2.5°槳轂懸掛高度 64m

2、m 揮舞調(diào)節(jié)系數(shù) 0下限動(dòng)角 9°305、 設(shè)計(jì)要求槳轂結(jié)構(gòu)要合理，安全可靠，在滿足強(qiáng)度要求的情況下，要盡量減輕槳轂的重量。6、 設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算與確定1、 槳轂預(yù)錐角旋停狀態(tài)下=2.47º在水平飛行下，拉力大于旋停狀態(tài)，所以預(yù)錐角取大。取=2.5º2、 當(dāng)量揮舞鉸外伸量假定=1.124,當(dāng)用鉸接式旋翼代替，其揮舞一階固有頻率一致。=(1+/) , = =求得=0.433m3、 槳轂懸掛高度h在預(yù)錐角=2.5º時(shí)，槳葉重心高h(yuǎn)=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(jì)算槳轂承受由

3、槳葉傳來(lái)的各種載荷（揮舞面的載荷、旋轉(zhuǎn)面的載荷、鉸鏈力矩）。在直升機(jī)各種工作狀態(tài)，載荷情況各不相同。根據(jù)直升機(jī)強(qiáng)度規(guī)范，選用直升機(jī)在使用中會(huì)發(fā)生的并決定結(jié)構(gòu)元件或整機(jī)最嚴(yán)重的工作狀態(tài)的載荷作為槳轂靜強(qiáng)度計(jì)算的載荷。三種外載荷情況下，安全系數(shù)=1.21、 飛行狀態(tài)，最大正過載系數(shù)n=2，旋翼轉(zhuǎn)速1.25槳轂受力圖：槳葉對(duì)槳轂的最大拉力 = 離心力 =簡(jiǎn)化分析求彎矩=-最大彎矩=彎矩圖：槳轂受到的拉力圖：2、 旋翼加速，過載系數(shù)n=4槳轂受到槳葉的慣性作用。 =0.82 n=55HP k=2=1.570 KN·m彎矩圖：3、 槳葉墜落在下限動(dòng)塊上，過載系數(shù)n=4.67槳葉自重引起在中心的

4、彎矩在過載n=4.67下=684.8 N·m在槳葉任一剖面處彎矩：彎矩圖：小結(jié)：槳轂受力最嚴(yán)重的狀態(tài)：1、 在最大飛行正過載時(shí)，槳轂受到徑向的拉力60.59KN。2、 在加速啟動(dòng)時(shí)，槳轂在旋轉(zhuǎn)平面受到最大彎矩為1.570 KN·m所以設(shè)計(jì)槳轂時(shí)按以上兩種載荷設(shè)計(jì)。8、 漿轂的構(gòu)造分析說明旋翼系統(tǒng)是蹺蹺板式，只有兩片槳葉，這兩片槳葉在結(jié)構(gòu)上連成一體而共用一個(gè)水平餃，沒有垂直餃。為了消除不變氣動(dòng)載荷即拉力所引起的根部彎矩，在結(jié)構(gòu)上將兩片槳葉上翹一個(gè)結(jié)構(gòu)錐度角，實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)錐度角，在旋轉(zhuǎn)面會(huì)引起一階諧波的哥氏力，所以將懸掛點(diǎn)布

5、置在槳葉的重心等高處，消除哥氏力。由于槳葉要上翹一個(gè)角度,在結(jié)構(gòu)上采用軸和槳轂連成一體時(shí),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(jié)構(gòu)錐度角的設(shè)計(jì),中心塊上下螺栓孔偏2.5°,在軸上的螺栓孔就不必偏轉(zhuǎn)角度.槳轂中心塊直接與旋翼軸通過銷或螺栓相連,同時(shí)設(shè)計(jì)要求上要求有個(gè)限動(dòng)角,在中心塊上必須固定兩個(gè)限動(dòng)塊,限動(dòng)塊要能更換,限動(dòng)時(shí)通過限動(dòng)塊與旋翼軸相碰來(lái)限動(dòng),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(nèi)部需要切削的較多,鋁合金的切削性能較好,比強(qiáng)度較高.軸向鉸的軸是個(gè)重要受力部件,材料采用合金鋼,軸向鉸設(shè)計(jì)成傳統(tǒng)的形式,離

6、心力由推力滾子軸承來(lái)承受,彎矩由兩個(gè)向心軸承來(lái)承受.離心力的傳力:槳葉固定在槳?dú)さ膴A板上,槳?dú)ねㄟ^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(cè)由套筒和軸帽,所以離心力最終傳到軸帽上,由螺紋來(lái)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(dòng).彎矩的傳遞:彎矩直接由槳?dú)鬟f給兩個(gè)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(shí)心的,由于軸向鉸存在軸承,所以必須用油潤(rùn)滑,并在擋片與槳?dú)みB接處加密封圈,在槳?dú)さ纳舷赂髟O(shè)計(jì)一個(gè)加油和放油螺栓.同時(shí)用保險(xiǎn)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(dòng).搖臂固定在

7、擋片和槳?dú)ぶ虚g.九、軸向鉸中主要構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算 1、 向心軸承的選取 向心軸承承受的最大彎矩1.570/1.2=1.308 KN·m初取軸承間距為l=60mm因該向心軸承工作狀態(tài)為擺動(dòng)，載荷必須乘系數(shù)c0.5，取c=0.6推力滾子軸承也參與承受小于30%彎矩，取30%軸承選取：深溝球 特輕（0）系列6008內(nèi)徑d=40mm 外徑D=68mm 寬B=15mm 額定動(dòng)負(fù)荷=13.2KN 額定靜負(fù)荷 =9.42KN2、 推力滾子軸承的選取、設(shè)推力軸承上傳遞30%的最大彎矩預(yù)取推力軸承的外徑70mm壓力P=1.570×30%/70/1.2=5.607KN、在飛行最大正過載時(shí)壓力P=

8、60.59/1.2=50.49KN所以按最大飛行正過載選?。和屏L子軸承 81108內(nèi)徑d=40mm 外徑D=60mm 寬B=13mm 額定動(dòng)負(fù)荷=37.2KN 額定靜負(fù)荷=115KN3、 軸的強(qiáng)度校核軸外徑D=40mm，材料為合金鋼40CrNi，、在承受最大彎矩時(shí)危險(xiǎn)截面為固定兩向心軸承處得軸的厚度2.55mm 、在最大飛行正過載時(shí)得軸的厚度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(qiáng)度系數(shù)=固定軸的螺栓校核螺栓采用標(biāo)準(zhǔn)件，材料40Cr，=785Mpa螺栓個(gè)數(shù)z=4 可靠性系數(shù)c=1.1 接合面數(shù)m=2 摩擦系數(shù)f=0.1控制預(yù)緊力,安全系數(shù)S=1在最大飛行正過載下

9、考慮到軸與中心連接的螺栓過多過大，設(shè)計(jì)上采用兩個(gè)螺栓，加套筒承受橫向力。套筒選用材料鋁合金LY4，其外徑暫取D=12mm則套筒受到的剪力 F=60.59KN/2套筒的厚度為2.77mm取厚度=3mm其剩余強(qiáng)度系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)件,螺桿的長(zhǎng)度不夠,所以取螺栓M8,螺桿長(zhǎng)681mm其小徑=6.647mm4、 槳?dú)?qiáng)度校核槳?dú)さ牟牧蠟殇X合金，其外徑約為80mm100mm，在最大彎矩下，求得0.87mm1.36mm在最大飛行正過載時(shí)所需厚度更小，由于槳?dú)?nèi)部是鉆孔加工的,厚度不能太薄,取厚度=4mm槳?dú)ねㄟ^螺栓與槳轂相連，預(yù)取螺栓個(gè)數(shù)為z=4個(gè)螺栓最大工作

10、載荷因是個(gè)不變的力，取殘余預(yù)緊力螺栓的總拉伸載荷 螺栓采用標(biāo)準(zhǔn)件，材料40Cr，=785Mpa控制預(yù)緊力 安全系數(shù)S=1螺紋小徑 取螺栓M8 =6.647mm5、 套筒及軸的螺帽強(qiáng)度校核套筒兩個(gè),作用是固定向心軸承和傳遞離心力其外徑約80mm90mm材料為鋁合金，在最大飛行正過載時(shí)得厚度0.26mm0.21mm設(shè)計(jì)套筒時(shí)可按固定要求設(shè)計(jì),厚度條件很容易滿足.軸與螺帽螺紋連接,螺紋必須滿足強(qiáng)度條件.螺紋校核 螺紋細(xì)牙 M40-2,螺距3mm所以螺紋的強(qiáng)度達(dá)到要求固定槳葉的螺栓的強(qiáng)度校核固定槳葉的螺栓選取:螺栓沿徑向布置,個(gè)數(shù)z=2取螺栓的可靠性系數(shù)c=1.3 接合面數(shù)m=2 摩擦系數(shù)f=0.15

11、考慮兩個(gè)受力狀態(tài)、最大彎矩狀態(tài)暫設(shè)螺栓間距l(xiāng)=80mm 螺栓的軸向力、最大飛行正過載時(shí)所以按最大飛行正過載選取螺栓材料40Cr，=785Mpa螺栓受到一個(gè)不變的力,安全系數(shù)S=1取M20，其.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，其外徑暫取D=12mm則套筒受到的剪力 F=60.59KN/2套筒的厚度為2.77mm取厚度=3mm其剩余強(qiáng)度系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)件,螺桿的長(zhǎng)度不夠,所以取螺栓M8,螺桿長(zhǎng)681mm其小徑=6.647mm6、 揮舞鉸銷子強(qiáng)度校核材料合金鋼40CrNi，暫取銷子長(zhǎng)l=60mm、在最大飛行正過載時(shí) P P

12、 P P 所以取最大彎矩狀態(tài)校核 得D=8.6mm作為旋翼軸的銷子,其受力為交變應(yīng)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(dòng)塊的銷的強(qiáng)度校核槳葉墜落在下限動(dòng)塊上，過載系數(shù)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(qiáng)度極限銷受剪力作用,假定彎矩對(duì)限動(dòng)塊的力臂長(zhǎng)48mm 銷的強(qiáng)度符合要求參考資料：1、楊可楨 程光蘊(yùn)主編：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，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(jī)強(qiáng)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(jī)部件設(shè)計(jì)，航空專業(yè)教材編審組，1986年4、Thomas A.Stellman G.V.Krishnan著，王淇等譯精通Autocad2000，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年5、劉鴻文主編：材料力學(xué)就，第三版，高等教育出版社，1992年6、朱如鵬 郭學(xué)陶編：機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，航空工業(yè)出版社，1995年7、航空機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，1975年7、 王適存著直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)，南京航空航天大學(xué)設(shè)計(jì)小結(jié)：通過為期一個(gè)月的課程設(shè)