航空開傘器課程設計說明書

1、<p>　　課程設計說明書（論文）</p><p>　　課程名稱： 機械學基礎 </p><p>　　設計題目： 航空開傘器 </p><p>　　院 系： ****************</p><p>　　班 級： ******* </p&

2、gt;<p>　　設 計 者： ****** </p><p>　　學 號： ********** </p><p>　　指導教師： ******* </p><p>　　設計時間：2011-02-21至2011-03-11</p><p><b&g

3、t;　　目錄</b></p><p>　　1航空開傘器簡介 1</p><p>　　1.1開傘器的用途 1</p><p>　　1.2開傘器的工作原理1</p><p>　　2航空開傘器設計 3</p><p>　　2.1開傘器能源（雙層力彈簧）分析設計3</p><p>　　2.1

4、.1已知條件 3</p><p>　　2.1.2雙層彈簧設計4</p><p>　　2.1.2.1大彈簧設計4</p><p>　　2.1.2.2小彈簧設計5</p><p>　　2.2開傘器時控機構(gòu)設計6</p><p>　　2.2.1已知條件6</p><p>　　2.2.2三級升速齒輪設計

5、6</p><p>　　2.2.3擒縱調(diào)速器工作原理介紹及扇形齒輪轉(zhuǎn)角的計算9</p><p>　　2.3開傘器高控機構(gòu)設計11</p><p>　　2.3.1已知條件12</p><p>　　2.3.2膜盒組件設計12</p><p>　　2.3.3桿機構(gòu)設計13</p><p><b&

6、gt;　　3設計體會15</b></p><p><b>　　4參考資料16</b></p><p><b>　　5鳴謝16</b></p><p><b>　　航空開傘器簡介</b></p><p><b>　　1.1開傘器的用途</b>&l

7、t;/p><p>　　開傘器是一種機械式短時間延時控制機構(gòu)。也可實現(xiàn)高度控制，可用于空投和駕駛員救生。將開傘器裝在空投的人或物體上，跳離飛機后，開傘器可以控制在一定時間和達到一定高度時自動打開傘包，從而保證了空投的安全。此外，開傘器也可以用來延時引爆，例如魚雷的引爆。</p><p>　　1.2開傘器的工作原理</p><p>　　開傘器主要由能源、時間控制機構(gòu)和高度控

8、制機構(gòu)三部分組成。工作原理見圖1-1：</p><p>　　圖1-1 開傘器工作原理圖</p><p>　　開傘器工作時所需要的能量由壓縮彈簧2供給的。開傘器工作前拉鋼索1，將彈簧壓縮，儲存能量。開傘器工作時，彈簧恢復力做功，釋放能量。時間控制部分主要由一個輪系和一個無固有周期的擒縱調(diào)速器組成。開傘器工作前軟鎖針15插入慣性輪14缺口中，將整個機械鎖住。拉鋼索1，將彈簧2壓縮（實線位置）。

9、當空投者或物離開飛機，軟鎖針被拔出。此時在彈簧恢復力P作用下，滑輪3推動制動塊4，使扇形齒輪轉(zhuǎn)動。經(jīng)過三級升速齒輪傳動，運動和力矩傳到擒縱調(diào)速器（由擒縱輪和擒縱叉組成）它可使彈簧的力均勻釋放，輪系近似勻速轉(zhuǎn)動。由于扇形齒輪5于其上的制動塊4順勢一起轉(zhuǎn)動，經(jīng)過一定時間后，當制動塊最外端與滑輪3圓周右側(cè)邊界點脫開時，彈簧釋放，帶動鋼索1將傘包上的鎖扣開啟。</p><p>　　高度控制部分主要由真空膜盒組件和桿機構(gòu)組

10、成。隨著高度的下降、氣壓逐漸增大，膜盒變形增大，因此可以利用膜盒變形控制高度。當扇形齒輪5轉(zhuǎn)過一定角度后，其上的銷6與主動桿7接觸，扇形齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，銷6推動杠桿7帶動桿8轉(zhuǎn)動，當桿8與膜盒中心桿下降到上平板一下。桿8可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動，時控機構(gòu)繼續(xù)工作，直至彈簧被釋放把傘包打開。</p><p>　　工作結(jié)束后，扇形齒輪軸上扭簧的恢復力矩將使它恢復到工作前的位置（圖示的位置）。由于擒縱輪不能反轉(zhuǎn)，因而在過輪組件11

11、上裝有棘輪式單向離合器，以保證扇形齒輪在工作結(jié)束后反轉(zhuǎn)時，不損傷擒縱調(diào)速器。在準備工作階段，制動塊可以繞點逆時針轉(zhuǎn)動以讓開下移的滑輪，然后在扭簧的作用下立即恢復到圖示的位置，并且不能再繞點做順時針轉(zhuǎn)動。</p><p>　　整個工作過程可用流程圖描述如下：</p><p>　　圖1-2開傘器工作流程</p><p><b>　　航空開傘器設計</b&

12、gt;</p><p>　　2.1開傘器能源（雙層力彈簧）分析設計</p><p><b>　　2.1.1已知條件</b></p><p><b>　?。?）彈簧釋放力：</b></p><p><b>　?。?）沖程：</b></p><p>　?。?

13、）對應時控機構(gòu)彈簧的行程：</p><p>　?。?）大小彈簧力比：</p><p>　　（5）預緊力與釋放力關系：</p><p><b>　?。?）彈簧管內(nèi)徑：</b></p><p>　　2.1.2雙層彈簧設計</p><p>　　2.1.2.1大彈簧設計</p><p&

14、gt;　　初選大彈簧中徑，大彈簧絲直徑，由參考資料1的表15-4可查的直徑為2mm的D級碳素彈簧鋼絲的拉升強度極限，取。再由資料1的表15-3可得Ⅲ類彈簧的許用切應力，切變模量G取83000MPa。</p><p>　　由彈簧的特性可以求得最大彈力為</p><p><b>　　彈簧的最大形變?yōu)?lt;/b></p><p>　　由此，大彈簧的最大彈

15、力為</p><p><b>　　由強度條件</b></p><p>　　及資料表15-8可查的旋繞比，由求得，小于估取的彈簧絲直徑，滿足強度要求。</p><p><b>　　大彈簧的工作圈數(shù)為</b></p><p>　　所以大彈簧的大徑為，彈簧絲直徑，工作圈數(shù)。</p><

16、p>　　2.1.2.2小彈簧設計</p><p>　　首先小彈簧需滿足可以放入大彈簧內(nèi)，即</p><p><b>　　所以，初選，。</b></p><p>　　由參考資料1的表15-4可查的直徑為1.4mm的D級碳素彈簧鋼絲的拉升強度極限，取。再由資料1的表15-3可得Ⅲ類彈簧的許用切應力，切變模量G取83000MPa。</p&

17、gt;<p>　　由彈簧的特性可以求得最大彈力為</p><p><b>　　彈簧的最大形變?yōu)?lt;/b></p><p>　　由此，小彈簧的最大彈力為</p><p><b>　　由強度條件</b></p><p>　　及資料表15-8可查的旋繞比，由求得，小于估取的彈簧絲直徑，滿足強度

18、要求。</p><p><b>　　大彈簧的工作圈數(shù)為</b></p><p>　　所以大彈簧的大徑為，彈簧絲直徑，工作圈數(shù)。</p><p>　　2.2開傘器時控機構(gòu)設計</p><p>　　時控機構(gòu)由三級升速齒輪和擒縱調(diào)速器組成。</p><p><b>　　2.2.1已知條件<

19、;/b></p><p><b>　?。?）延時時間：</b></p><p>　?。?）擒縱調(diào)速器周期：</p><p><b>　　（3）擒縱輪齒數(shù)：</b></p><p><b>　?。?）傳動比：</b></p><p>　　2.2.2三

20、級升速齒輪設計</p><p><b>　?。?）傳動比設計</b></p><p>　　由于圓柱齒輪的單級傳動比不宜過大，一般小于10，所以傳動級數(shù)選為三級，按照誤差最小原則以及體積最小原則分配各級傳動比。從精度看，應按照“先大后小”的原則，各級傳動比可定為</p><p>　?。?）模數(shù)及齒數(shù)的設計</p><p>

21、　　在開傘器中，齒輪傳遞的力矩較小，可按結(jié)構(gòu)工藝條件確定，不必按強度計算。根據(jù)開傘器的外廓尺寸可大致確定齒輪的中心距a，再根據(jù)所選定的傳動比i和齒數(shù)z可按下式求出模數(shù)。</p><p>　　綜上，三級齒輪的模數(shù)及齒數(shù)選擇如下：</p><p><b>　　第一級：，，，</b></p><p><b>　　第二級：，，，</b&

22、gt;</p><p><b>　　第三級：，，，</b></p><p>　?。?）變位系數(shù)的選取</p><p>　　由于齒輪齒數(shù)小于17，為了保證加工時不發(fā)生根切現(xiàn)象，需采用高度變位齒輪。</p><p>　　第一級：，由參考資料1第87頁變位系數(shù)圖取，</p><p>　　第二級：，由參考

23、資料1第87頁變位系數(shù)圖取，</p><p>　　第三級：，由參考資料1第87頁變位系數(shù)圖取，</p><p>　　（4）各級齒輪的詳細參數(shù)如下：</p><p><b>　　第一級：</b></p><p>　　傳動比 ，模數(shù)，嚙合角</p><p>　　齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)</p>

24、<p>　　變位系數(shù)：大齒輪，小齒輪</p><p>　　齒數(shù)：大齒輪，小齒輪</p><p><b>　　中心距：</b></p><p><b>　　分度圓直徑d：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p>&

25、lt;b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　齒根圓直徑：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　齒頂圓直徑：</b></p>

26、<p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　基圓直徑：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b><

27、/p><p><b>　　分度圓齒厚S：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　第二級：</b></p><p>　　傳動比 ，模數(shù)，嚙合角</

28、p><p>　　齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)</p><p>　　變位系數(shù)：大齒輪，小齒輪</p><p>　　齒數(shù)：大齒輪，小齒輪</p><p><b>　　中心距：</b></p><p><b>　　分度圓直徑d：</b></p><p><b>

29、;　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　齒根圓直徑：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p>

30、<b>　　齒頂圓直徑：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　基圓直徑：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p>

31、<p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　分度圓齒厚S：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　第三級：</b>&

32、lt;/p><p>　　傳動比 ，模數(shù)，嚙合角</p><p>　　齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)</p><p>　　變位系數(shù)：大齒輪，小齒輪</p><p>　　齒數(shù)：大齒輪，小齒輪</p><p><b>　　中心距：</b></p><p><b>　　分度圓直徑d：&

33、lt;/b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　齒根圓直徑：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b&g

34、t;　　小齒輪</b></p><p><b>　　齒頂圓直徑：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　基圓直徑：</b></p><p&

35、gt;<b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　分度圓齒厚S：</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p><b>　　小齒輪</b></p>

36、;<p>　　2.2.3擒縱調(diào)速器工作原理介紹及扇形齒輪轉(zhuǎn)角的計算</p><p>　　擒縱調(diào)速器的作用是使彈簧的能量均勻釋放，輪系保持近似等速轉(zhuǎn)動，從而達到延時功能。</p><p>　　擒縱調(diào)速器由擒縱叉和擒縱輪兩部分組成，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 擒縱調(diào)速器工作原理</p><p>　　在彈簧2 的恢

37、復力的作用下，擒縱輪上將產(chǎn)生作用力矩M，使其逆時針轉(zhuǎn)動。當擒縱輪齒與擒縱輪叉進瓦接觸時，在接觸點上擒縱叉的力為，沿進瓦的法線方向，偏離擒縱輪齒的回轉(zhuǎn)中心。力產(chǎn)生使擒縱叉逆時針轉(zhuǎn)動的力矩，擒縱叉逆時針轉(zhuǎn)過角后，擒縱輪齒與進瓦脫開。在作用下擒縱輪轉(zhuǎn)過一定角度后，另一個擒縱輪齒與擒縱叉出瓦接觸。此時，齒輪作用于出瓦的力為，力產(chǎn)生使擒縱叉順時針轉(zhuǎn)動的力矩。當擒縱叉順時針轉(zhuǎn)過角后，輪齒與出瓦脫開，在力矩的作用下，擒縱輪由轉(zhuǎn)過一定的角度。直到下一個

38、齒與進瓦接觸，就這樣擒縱叉擺動一次，擒縱輪轉(zhuǎn)過一個齒，所需的時間為一個周期。周期的近似計算公式如下：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　T——周期</b></p><p>　　——擒縱叉上所有零件的的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　——擒縱輪齒與進瓦接觸時，對叉軸

39、作用的力矩</p><p>　　——擒縱輪齒與出瓦接觸時，對叉軸作用的力矩</p><p>　　——進瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉(zhuǎn)過的角度</p><p>　　——出瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉(zhuǎn)過的角度</p><p><b>　　控制的時間為：</b></p><p>　　對于本航空開傘

40、器式中：</p><p><b>　　總傳動比</b></p><p><b>　　擒縱輪齒數(shù)</b></p><p><b>　　秒 擒縱調(diào)速器周期</b></p><p>　　由已知條件控制時間秒可得扇形齒輪的工作角度 。</p><p>　　擒縱調(diào)

41、速器沒有固定的周期，要調(diào)節(jié)擒縱調(diào)速器的周期，可以通過改變慣性輪的質(zhì)量來實現(xiàn)。</p><p>　　2.3開傘器高控機構(gòu)設計</p><p>　　高度控制機構(gòu)主要由真空膜盒組件和桿機構(gòu)組成。膜盒的形變和其所處的空間的壓強有關。大氣壓強與海拔高度成正比。在未達到開傘高度時，膜盒組件的中心桿會將桿機構(gòu)卡住，是時控機構(gòu)停止工作。當達到開傘工作后，膜盒被大氣壓強壓縮，中心桿下降，時控機構(gòu)又開始工作，

42、延時結(jié)束后，將傘打開。通過調(diào)節(jié)螺旋可以調(diào)節(jié)控制高度與膜盒中心桿的位置間的對應關系。在開傘器的側(cè)面有窗口，可以看到控制高度的示值。將鑰匙插入開傘器后面的孔中，轉(zhuǎn)動鑰匙就可以調(diào)節(jié)高度。不過，膜盒刻度盤上的示值是海拔高度，空投時須注意考慮空投地的海拔高度。</p><p><b>　　2.3.1已知條件</b></p><p>　　（1）高度控制范圍：</p>

43、<p>　?。?）高度調(diào)節(jié)螺紋的螺距：</p><p>　　（3）高度調(diào)節(jié)螺紋的頭數(shù)：</p><p>　　2.3.2膜盒組件設計</p><p>　　選擇工作直徑、鈹青銅材料、E型膜片的膜盒。兩個膜片的總位移為</p><p>　　500m高度對應的大氣壓強為，4000m對應的大氣壓強為，則E型膜片的相對靈敏度為</p&g

44、t;<p>　　由參考資料1的圖15-29可得，由參考資料1的圖15-30可得此膜盒的非線性度約為3.2%，破壞壓力為約為。</p><p><b>　　所以安全系數(shù)為</b></p><p><b>　　滿足安全要求。</b></p><p>　　所以，選擇膜盒的工作直徑為，膜盒的最大直徑為。膜盒組件的結(jié)構(gòu)

45、如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2膜盒組件結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.3.3桿機構(gòu)設計</p><p><b>　?。?）制動塊設計</b></p><p>　　時控機構(gòu)工作對應的彈簧行程為4.3mm，即裝在彈簧上的滑輪推動固定在扇形齒輪上的制動塊繞扇形齒輪軸旋轉(zhuǎn)，當彈簧的行程為4.3mm時，滑輪與制動塊相

46、切，扇形齒輪剛好轉(zhuǎn)過了22.418°。由此條件，可根據(jù)幾何關系得出制動塊長度的大小。示意圖見圖2-3。</p><p>　　圖2-3制動塊示意圖</p><p>　　由圖可得出制動塊長度l與其距扇形齒輪軸中心距離y的關系</p><p>　　其中，r為滑輪的半徑。</p><p>　　由于要保證彈簧可以正常的復位，l必須小于y。取，

47、，可得，。</p><p><b>　?。?）連桿設計</b></p><p>　　連桿設計可以采用作圖的方法確定，示意圖如圖2-4。</p><p><b>　　圖2-4連桿的設計</b></p><p><b>　　設計體會</b></p><p>

48、　　這次的機械課程設計畫的是航空開傘器，參考著圖冊和實物，自己從頭開始比較完整的設計了一個航空開傘器。感覺每個機械機構(gòu)都是一門藝術(shù)，各個看似非常的普通的零件，按照一定的關系組合在一起，構(gòu)成了一個完成一定的功能的精妙的機械。大致數(shù)了一下一個小小的航空開傘器居然有上百個小零件組成！太讓人難以置信了。如果說要讓我自己完全自己沒有參照從頭設計，我不可能設計出來。設計是一門大學問，沒有豐富的經(jīng)驗和豐厚的知識積累，是不可能設計出出色的作品。設計沒有

49、對錯，只有合不合理。我想我的航空開傘器中必定還有許多不合理的地方，如果將我的設計做成成品，它工作的可靠性是值得質(zhì)疑的。這是一個必然的結(jié)果，因為我的能力不夠，只簡簡單單的學過一年的機械學基礎，就算是讓我設計一個簡單的零件我都會感到壓力重重，因為首先尺寸的誤差就會讓我瘋掉。</p><p>　　這次機械課設，是非常有意義的。這不僅是對我們所學知識的一種最有效的檢驗方式，也是提高我們能力的最好的方式。還有我最想說的是，

50、畫A0的圖紙不僅是技術(shù)活，更是一件體力活。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1] 蔣秀珍. 2009.機械學基礎.第二版.北京：教育出版社</p><p>　　[2] 蔣秀珍.2010 機械學基礎綜合訓練圖冊.第三版.北京：科學出版社</p><p>　　[3]張曉光.機械學基礎綜合訓