Файл: ЛОНЖЕРОН 20-1-13 АКИМЕНКО-1.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

«МАИ»

ЛАБОРАТОРНО  ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

ПО КУРСУ

« КОНСТРУИРОВАНИЕ АГРЕГАТОВ ПЛАНЕРА «

ЛОНЖЕРОН.

ВЫПОЛНИЛ ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ 101 АКИМЕНКО А.А

ЯНВАРЬ 2013.

ОГЛАВЛЕНИЕ

( Последовательность выполнения работы. )

Стр.

1. Задание. 3

2. Исходные данные. 3

3. Выбор стыковых болтов. 3

4.Определение нагрузок, действующих на стыковые болты в точках 1,2. 3

5. Определение количества плоскостей среза для восприятия нагрузки R. 4

6. Выбор материал для кронштейна. 5

7. Определение размеров “ уха “ под стыковой болт. 5

8. Проектирование зоны соединения кронштейна с поясом лонжерона. 7

9.Проверка пояса нижнего лонжерона (сжатого) на местную потерю

устойчивости в соответствии с [5], (2.6), стр. 65. 9

10. Проверка стенки нижнего лонжерона (сжатого) на местную потерю

устойчивости в соответствии с [5], (2.6), стр. 65. 10

11. Проверка нижнего пояс лонжерона на общую потерю устойчивости. 11

12. Проектирование стенки. 13

13. Виды законцовок сотовых панелей. 18

14. Графическое изображение конструкции. 19

15. Допуски и посадки. 23

16. Технические требования. 23

Список используемой литературы. 24

1 . Задание.

Разработать конструкцию лонжерона крыла со стыковым узлом крепления к шпангоуту фюзеляжа.

Стыковые болты расположить горизонтально, параллельно оси Х.

2. Исходные данные.

Вариант Л-2 №5 стр. 28 [1] ; М_изг= 240 кН^.м = 24 000 кгc^.м; Q= 150 кН = 15 000 кгс; H= 240 мм.=0,24м.

3. Выбор стыковых болтов.

Стыковые болты выбираются исходя из следующих условий:

1.Диаметр болта ( d ) должен быть как можно меньше, что даст возможность увеличить Н₁ (см.Рис.1 ). Это приведёт к уменьшению нагрузок на болты.

2.Материал болта должен быть из высокопрочной стали , что приведёт к повышению срезающей нагрузки на срез по одной плоскости ( Р_ср. ),располагая которой можно определить необходимое количество плоскостей среза при проектировании узла.

---

3. Необходимое количество плоскостей среза при проектировании узла должно быть чётным и не превышать 10.

Выбираем: d=16мм. Материал болта- 30ХГСН2А-ВД с σ_в =160÷185 кгс/мм². Расчетная разрушающая нагрузка на срез ( Р_ср. ), при t=25⁰С. Р_ср=20200кгс (по ОСТ1 31100-80).

Болт 16-L-Кд.фос.окс.-ОСТ1 31055-80 ( материал 30ХГСН2А- ВД ).

При отсутствии ОСТ1 31100-80 расчетную разрушающую нагрузку на срез ( Р_ср. ) можно определить по формуле : Р_ср.= τ_{в } F = 0,63σ_{в  =} 0,63160 = 20257кгс, где : τ_в – предел прочности на срез, F – площадь поперечного сечения болта.

При дальнейшем расчёте примем Р_ср=20200кгс = 20,2тс (по ОСТ1 31100-80).

4.Определение нагрузок, действующих на стыковые болты в точках 1,2.

Из анализа Фиг. II. 29. ( см. выше, п.3 ) следует, что при проектировании узла “ ухо-вилка “ выгодным является отношение ширины ( b ) к ( d ) = 2. Исходя из этого, h₁= d = 16мм. При с = 1,4 для двойной проушины, коэффициент концентрации напряжения К = 0,97.

Нагрузки, действующие на стыковые болты в точках 1,2.

• от изгибающего момента

• от перерезывающей силы Q :

• от изгибающего момента

• от перерезывающей силы

Итого, имеем:

P_H

P_Q = 7500 кгс = 7,5 тс

Равнодействующая:

В соответствии с [10], пункт 25.625 « Коэффициенты безопасности для стыковых узлов (фитингов)» примем дополнительный коэффициент безопасности , который относится ко всем частям стыкового узла, деталям крепления и к местам соединения частей узла.

Имеем расчетное значение нагрузки

R=150,2 ^. 1,25=188 тс

5. Определение количества плоскостей среза для восприятия нагрузки R.

Примем n=10 плоскостей среза.

6. Выбор материал для кронштейна.

В соответствии с [2], стр. 475, для нагруженных ответственных деталей рекомендуется материал 30ХГСН2А. Для поковок :

σ_в =165 кгс/мм², σ_0,2 =140кгс/мм², Е=21000 кгс/мм²

τ_в=0,63 σ_в =0,63×165=104 кгс/мм², γ=7,85 г/см³.

7. Определение размеров “ уха “ под стыковой болт.

На Рис.2 показаны габариты узла, где: d=16мм, b= 32мм, x=8мм, у= 20-8=12мм, = 2, с = = = 1,5, К = 0,97 ( по графику, см.выше п.3 ).

На Рис.3 показана сила Р, действующая на 2 плоскости среза. Необходимо определить толщину” уха” а , исходя из возможных случаев разрушений, а именно: смятие ( овализация ) отверстия от болта , срез 2-х перемычек и разрыв “ уха “. Р =  2 =  2 = 37600кгс, где R- расчётное значение нагрузки ( см.п.4 ); 10- количество плоскостей среза ( см.п.5 ); 2- две плоскости среза ( см. Рис.3 ).

7.1. Определим а , исходя из условия смятия отверстия от болта d=16мм.

В соответствии с  2 , стр.274, для проушин неподвижного разборного соединения σ_см =σ_в = 165 кгс/мм² , тогда

а =

Примем а =16 мм, тогда: σ_см = = = 147 кгс/мм²

Запас прочности по смятию  = = 1,12.

7.2. Проверим “ ухо “ на срез по 2-м перемычкам ( см. Рис.4 ) .

Предел прочности на срез для данного материала τ_в=0,63 σ_в =0,63×165=104 кгс/мм².

---

Действующее напряжение τ_ср = = 58,75 кгс/мм²

Запас прочности по срезу  = = 1,77.

7.3. Проверим “ ухо “ на разрыв по 2-м перемычкам ( см. Рис.5 ).

При коэффициенте концентрации напряжения К = 0,97

допустимое значение σ = 0,97ˑ σ_в = 0,97ˑ165 = 160 кгс/мм².

Действующее напряжение на разрыв σ = = = 146, 875 кгс/мм²

Запас прочности на разрыв  = = 1,089

Вывод-геометрические параметры “ уха “ отвечают требованиям статической прочности.

На Рис.6 показан стыковой узел. Болт, гайка и шайба условно не показаны. В данной конструкции :

Болт 16-L-Кд.фос.окс.-ОСТ1 31055-80 ( болт с шестигранной головкой ступенчатый, диаметр гладкой части 16мм.с предельными отклонениями по h8 ( ⁰_-0,027 , по ГОСТ 25347 – 82 ).

В соединении « болт – проушина « по ГОСТ 25347 – 82 для данного болта рекомендуется 16 (16

обеспечить шероховатость поверхности R_а = 6,3-0,4мкм.Это можно обеспечить точным развёртыванием.

Гайка шестигранная низкая из материала 30ХГСА с σ_в=90÷110 кгс/мм² , обозначение: Гайка М14 х 1,5-Кд.-ОСТ1 33026-80;

Шайба 2-14-28- Кд.-ОСТ1 34507-80.

Стопорение 3.2. – ОСТ1 – 39502-77 ( стопорение деформацией металла. )

8. Проектирование зоны соединения кронштейна с поясом лонжерона.

Материалы:

Кронштейна – см. п.6; Пояса лонжерона – титановый сплав ВТ-20. В соответствии с [2], стр. 478 для поковок σ_в=100кгс/мм², τ_в=0,5σ_в=50кгс/мм², Е=11000кгс/мм², γ=4,5 г/см³.

Для соединения кронштейна с поясом лонжерона применим те же болты, гайки и шайбы, что и в конструкции узла ( см. п 7 )..

Исходя из конструкции узла, ширина стыка В=160мм. На Рис.7 показана схема расстановка крепежных болтов. Всего 8 болтов диаметром 16мм. Проектирование односрезного соединения кронштейна с поясом лонжерона проводилось исходя из того, чтобы толщина одной из соединяемых деталей не превышала диаметра болта. Обозначения 1*, 2*, 3*,4*,1**, 2**, 3**, 4** см.Рис.8

8.1. Нагрузка, действующая на зону стыка.

И сходим из того, что данный стык воспринимает только нагрузки от изгибающих моментов. На данной схеме: 10 – предполагаемый размер до линии центров тяжести пояса лонжерона ; 30 – размер от оси стыкового болта до стенки кронштейна.

8.2. Срезная нагрузка, действующая на болты соединения пояса лонжерона к кронштейну.

Р- сила растяжения ( сжатия ), действующая на верхний ( нижний ) пояса лонжерона соответственно в зоне стенки кронштейна. Примем, что Р = 140тс действует на всей длине стыка кронштейна с поясом лонжерона. Данная сила ( Р ) передаётся от пояса лонжерона к кронштейну болтами, испытывающие Р_ср по одной плоскости. Для применённого в конструкции болта (Болт М16×1,5-L-Кд.фос.окс.-ОСТ1 31055-80 ) Р_ср=20200кгс = 20,2тс (по ОСТ1 31100-80). Исходя из того, что все болты нагружены одинаково, определим нагрузку, действующую на 1 болт.

---

Р

Запас прочности по срезу болта  = = 1, 154.

8.3. Определение толщины материала, необходимой для удовлетворения требований по смятию (

В соответствии с  2 , стр.262, для неподвижного неразборного болтового соединения σ_см =1,3σ_в.

Тогда :  для пояса лонжерона из ВТ20 σ_см =

 для кронштейна из 30ХГСН2А. σ_см =

По условиям смятия толщина материала должна быть не менее определённых выше.

8.4. Расчет требуемых толщин для пояса лонжерона и для кронштейна.

.

Из-за того, что в зоне стыка есть отверстия, примем коэффициент концентратора напряжения К = 0,8. Тогда расчетное значение предела прочности для стыкуемых деталей будет:

• для пояса лонжерона из ВТ20

;

• для кронштейна из 30ХГСН2А

.

Ширина стыка В_бр=160мм ( ширина брутто), а ширина нетто В_нетто=В-2d_болта=160-2∙16-144мм

На Рис.8 показаны обозначения:

1*, 2*, 3*,4* - номера сечений для пояса лонжерона;

1**, 2**, 3**, 4** - номера сечений для кронштейна, при этом:

1^*- первый ряд болтов для пояса лонжерона, а 1^** - первый ряд болтов для кронштейна.

8.5.Расчет требуемых толщин для пояса лонжерона.

В сечении 1* вся нагрузка (Р=140000кгс) воспринимается поясом лонжерона. В данном сечении В_нетто=144мм, σ_расч =80 кгс/мм². По условию разрыва:



Определим толщину в сечении А-А.

В данном сечении отсутствуют отверстия с концентрацией напряжений. В=160мм, σ=100 кгс/мм²

В сечении 4** нагрузка воспринимается смятием 2-х отверстий в кронштейне, при этом: σ_см = Р_см. =2  σ_см  =2  215  5  16 = 34400 кгс.

В сечении 2* действующая нагрузка равна: Р = 140000 – 34400 = 105600кгс. По условию разрыва:

В сечении 3** нагрузка воспринимается смятием 2-х отверстий в кронштейне, при этом: σ_см = Р_см. =2  σ_см  =2  215  5,7  16 = 39216 кгс.

Суммарная нагрузка, действующая в сечении 3**: Р = 34400 + 39216 = 73616 кгс. . По условию разрыва:

Принимаем = 5,7мм.

В сечении 3* действующая нагрузка равна: Р = 105600 – 39216 = 66384кгс. По условию разрыва:

Принимаем = 8мм.

В сечении 2** нагрузка воспринимается смятием 2-х отверстий в кронштейне, при этом: σ_см = Р_см. =2  σ_см  =2  215  6,4  16 = 44032 кгс.

Суммарная нагрузка, действующая в сечении 2**: Р = 73616 + 44032 = 117648 кгс. . По условию разрыва:

Принимаем = 6,4мм.

В сечении 1** вся нагрузка (Р=140000кгс) воспринимается кронштейном. В данном сечении В_нетто=144мм, σ_расч =132кгс/мм². По условию разрыва:

.

9. Проверка пояса нижнего лонжерона (сжатого) на местную потерю устойчивости в соответствии с [5], (2.6), стр. 65.

При местной потере устойчивости плоской стенки , где: k- коэффициент, учитывающий опорные условия стенки ( для стенки со свободным краем k = 0,45 ); гибкость плоской стенки ( для варианта 1: b = 76мм, = 9 мм ; для варианта 2: b = 66мм, = 10 мм. )

Е – модуль упругости материала.

Вариант 1. Площадь сечения F = 160  9 + 35  3 = 1545 мм².

---

σ_действ= = 90,6

Запас по устойчивости  = = 0,69.

Вывод: Произойдет местная потеря

устойчивости, не достигнув σ_действ.

Вариант 2.

Площадь сечения F = 140  10 + 35  3 = 1505 мм².

σ_действ= = 93,02

Запас по устойчивости  = =1,1.

Вывод: Данный пояс удовлетворяет критерию местной потери устойчивости.

.

1 0. Проверка стенки нижнего лонжерона (сжатого) на местную потерю устойчивости в соответствии с [5], (2.6), стр. 65.

Отношение площади пояса к площади стенки:

1. При δ_ст=3мм:

Из всей сжимающей нагрузки

( Р=140000кгс) стенка воспринимает

,

при этом:

Запас по устойчивости  = = 0,42.

Вывод: Произойдет местная потеря

устойчивости, не достигнув σ_действ.

2.При δ_ст=5мм: ; Р_ст = = 15556кгс.

Запас по устойчивости  = = 1,22

Вывод: Данная стенка удовлетворяет

критерию местной потери устойчивости

По условиям местной потери устойчивости нижний пояс должен быть – см. Рис.9 ( толщина стенки 5мм. без учёта присоединённого к ней пояса стенки или 3мм.,если к данной стенке будет присоединён пояс стенки толщиной не менее 2-х мм., см.п .12.6.3. и п.14 )

11. Проверка нижнего пояс лонжерона на общую потерю устойчивости.

 Определение момента инерции (J) нижнего пояса лонжерона, изображенного на Рис.9.

11.1. Определение площади сечения.

; F₂ = 10 ²; ₂ = 1575мм²

11. 2. Определение статического момента относительно горизонтально-расположенной нижней линии пояса .

,

11. 3. Определение центра тяжести сечения ( точка 3 на Рис.9 )

11. 4. Определение момента инерции сечения относительно горизонтально-расположенной линии, проходящей через центр тяжести сечения ( точка 3 на Рис.9 ).

Для элемента 1 ( стенки ):

Для элемента 2 ( полки ):

11. 5. Определение σ общей потери устойчивости (σ_э ) в соответствии с [5], (2.2), стр. 63.

Радиус инерции сечения

где: m-коэффициент, учитывающий опорные условия ( m= 1- шарнирные опоры ); Е – модуль упругости материала, l- длина пояса лонжерона.

Запас по устойчивости  = = 2,52

11. 6. Определение момента инерции сечения относительно вертикально-расположенной линии, проходящей через центр тяжести сечения ( точка 3 на Рис.9 ).

= = 2286667мм⁴, что в 12 раз больше, чем момент инерции сечения относительно горизонтально- расположенной линии, поэтому определяющим является потеря устойчивости относительно горизонтально- расположенной линии.

Вывод: Данный пояс лонжерона удовлетворяет

критерию общей потери устойчивости.

Ниже , на рисунках 10, 11, 12 , 13 показаны общие виды конструкций , изображённые в 3D. Параметрами данных конструкций являются результаты расчётов, представленные выше.

12. Проектирование стенки.

12.1 Габариты и нагрузка, действующая на стенку в её плоскости.

Поток касательных усилий (q_τ), действующий на стенку в соответствии с [2], стр. 198:

12.2 Выбор материала стенки.

По [7], стр. 42:выбираем титановый сплав ВТ16 ( листы) со следующими характеристиками (t=20⁰C):

---