航空開傘器課程設計說明書

說明書正文1.航空開傘器課設介紹1.1課設任務分析整個課程設計安排10個設計日，進度如下：任務分析、理論計算、草圖1.5日總裝配圖、展開圖設計5日部件圖、零件圖設計1.5日編寫說明書1日答辯1日其中還包括7日的考試周，時間非常的緊張。方案制定如下：首先得進行理論計算，包括3級加速輪系、膜盒、制動塊和連桿機構(gòu)的設計和計算；然后繪制草圖，關(guān)鍵是3級加速輪系、膜盒和調(diào)速擒縱輪的位置大小的確定；繪制總裝配圖，這個是本次課設的核心；繪制部件圖和兩個零件圖；編寫說明書；準備答辯。1.2開傘器的用途航空開傘器是一種機械式短時段延時控制機構(gòu)，被廣泛地應用于空投、救生、深水炸彈引爆等領(lǐng)域。以空投為例，將航空開傘器裝在空頭的物體上，物體離開飛機后，航空開傘器可以控制開傘時間，經(jīng)過一定的時間，達到一定的高度是自動將傘包打開。合理地設計開傘時間，可以在保證空投物品安全的同時，減少空投物體停留在空中的時間，即保證空投精度。1.3開傘器的工作原理開傘器主要由能源、時間控制機構(gòu)和高度控制機構(gòu)三部分組成。工作原理見圖1-1：圖1-1開傘器工作原理圖1-鋼索2-彈簧3-滑輪4-制動塊5-扇形齒輪6-銷7-杠桿8-杠桿9-膜盒組件10-中心輪組件11-過輪組件12-擒縱輪組件13-擒縱叉14-慣性輪15-軟鎖針1.3.1時控機構(gòu)原理開傘器的傳動原理如上圖所示。開傘器使用前，先將鋼索1拉出，使圓柱彈簧2壓縮。彈簧頂部的滑輪3與扇形齒輪5上的制動塊4相接處，制動塊4被滑輪壓迫，繞O2點逆時針轉(zhuǎn)動，當滑輪移至制動塊下方時，制動塊在扭轉(zhuǎn)彈簧恢復力的作用下彈回原位，停止繼續(xù)壓縮圓柱彈簧2，在彈簧恢復力的作用下，滑輪壓緊制動塊下端面。由于此時止動軟鎖針15阻止了擒縱叉13和慣性輪14的擺動，機構(gòu)不能工作，個零件保持相對靜止。將鋼索末端的環(huán)扣在需要開傘的對象（如降落傘）的鎖針上。至此，即完成了航空開傘器的預設工作。需要開傘器工作時，將止動軟鎖針拔出，在彈簧的恢復力的作用下，機構(gòu)開始工作：滑輪推動制動塊，使扇形齒輪繞O點順時針轉(zhuǎn)動，通過三級升速齒輪傳動將力矩傳至擒縱輪組件12，擒縱輪組件12與擒縱叉13組成的無固有周期擒縱調(diào)速器控制機構(gòu)的延時時間，并使機構(gòu)勻速運動。由于扇形齒輪與它上面的制動塊一起順時針轉(zhuǎn)動，當制動塊的最外端轉(zhuǎn)過滑輪3圓周右側(cè)邊界點后，滑輪被釋放，鋼索將彈簧的恢復力傳出。以空投開傘應用為例，此力就可以將傘包上的鎖針拔出，使降落傘開啟。開傘器的工作到此結(jié)束。開傘器工作結(jié)束后，扇形齒輪軸上的扭簧恢復力矩將使它恢復到工作之前的位置（圖示的位置）。由于過輪組件11上裝有棘輪式單向離合器，而擒縱輪不能反轉(zhuǎn)，所以扇形齒輪在工作結(jié)束后反轉(zhuǎn)時，不損傷擒縱調(diào)速器。1.3.2高控機構(gòu)原理高度控制部分主要由真空膜盒組件和桿機構(gòu)組成。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。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QUOTE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QUOTE點做順時針轉(zhuǎn)動。整個工作過程可用流程圖描述如下：圖1-2開傘器工作流程2．航空開傘器設計2.1開傘器時控機構(gòu)設計時控機構(gòu)由三級升速齒輪和擒縱調(diào)速器組成。2.1.1已知條件（1）延時時間：QUOTE（2）擒縱調(diào)速器周期：QUOTE（3）擒縱輪齒數(shù)：QUOTE（4）傳動比：QUOTE2.1.2三級升速齒輪設計（1）傳動比設計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（2）模數(shù)及齒數(shù)的設計在開傘器中，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)。需要注意的是中心距和空間分配要在100*80mm以內(nèi)。綜上，三級齒輪的模數(shù)及齒數(shù)選擇如下：第一級：QUOTE，QUOTE，QUOTE，QUOTE第二級：QUOTE，QUOTE，QUOTE，QUOTE第三級：QUOTE，QUOTE，QUOTE，QUOTE（3）變位系數(shù)的選取由于齒輪齒數(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。公式：第一級：QUOTE，由參考資料1第87頁變位系數(shù)圖取QUOTE，QUOTE第二級：QUOTE，由參考資料1第87頁變位系數(shù)圖取QUOTE，QUOTE第三級：QUOTE，由參考資料1第87頁變位系數(shù)圖取QUOTE，QUOTE（4）各級齒輪的詳細參數(shù)如下：公式：1.中心距2.分度圓直徑d：d=m*z3.齒根圓直徑QUOTE：4.齒頂圓直徑QUOTE：5.基圓直徑QUOTE：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE6.分度圓齒厚S：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE第一級：傳動比QUOTE，模數(shù)QUOTE，嚙合角QUOTE齒頂高系數(shù)QUOTE，頂隙系數(shù)QUOTE變位系數(shù)：大齒輪QUOTE，小齒輪QUOTE齒數(shù)：大齒輪QUOTE，小齒輪QUOTE1.中心距：QUOTE2.分度圓直徑d：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE3.齒根圓直徑QUOTE：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE4.齒頂圓直徑QUOTE：大齒輪小齒輪5.基圓直徑QUOTE：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE6.分度圓齒厚S：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE第二級：傳動比QUOTE，模數(shù)QUOTE，嚙合角QUOTE齒頂高系數(shù)QUOTE，頂隙系數(shù)QUOTE變位系數(shù)：大齒輪QUOTE，小齒輪QUOTE齒數(shù)：大齒輪QUOTE，小齒輪QUOTE1.中心距：QUOTE2.分度圓直徑d：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE3.齒根圓直徑QUOTE：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE4.齒頂圓直徑QUOTE：大齒輪小齒輪5.基圓直徑QUOTE：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE6.分度圓齒厚S：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE第三級：傳動比QUOTE，模數(shù)QUOTE，嚙合角QUOTE齒頂高系數(shù)QUOTE，頂隙系數(shù)QUOTE變位系數(shù)：大齒輪QUOTE，小齒輪QUOTE齒數(shù)：大齒輪QUOTE，小齒輪QUOTE1.中心距：QUOTE2.分度圓直徑d：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE3.齒根圓直徑QUOTE：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE4.齒頂圓直徑QUOTE：大齒輪小齒輪5.基圓直徑QUOTE：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE6.分度圓齒厚S：大齒輪QUOTE小齒輪QUOTE2.1.3擒縱調(diào)速器工作原理介紹及扇形齒輪轉(zhuǎn)角的計算擒縱調(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。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。圖2-1擒縱調(diào)速器工作原理在彈簧2的恢復力的作用下，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QUOTE，QUOTE沿進瓦的法線方向，偏離擒縱輪齒的回轉(zhuǎn)中心。QUOTE力產(chǎn)生使擒縱叉逆時針轉(zhuǎn)動的力矩QUOTE，擒縱叉逆時針轉(zhuǎn)過QUOTE角后，擒縱輪齒與進瓦脫開。在QUOTE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QUOTE，QUOTE力產(chǎn)生使擒縱叉順時針轉(zhuǎn)動的力矩QUOTE。當擒縱叉順時針轉(zhuǎn)過QUOTE角后，輪齒與出瓦脫開，在力矩QUOTE的作用下，擒縱輪由轉(zhuǎn)過一定的角度。直到下一個齒與進瓦接觸，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：式中：T——周期QUOTE——擒縱叉上所有零件的的轉(zhuǎn)動慣量QUOTE——擒縱輪齒與進瓦接觸時，對叉軸作用的力矩QUOTE——擒縱輪齒與出瓦接觸時，對叉軸作用的力矩QUOTE——進瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉(zhuǎn)過的角度QUOTE——出瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉(zhuǎn)過的角度控制的時間為：對于本航空開傘器式中：QUOTE總傳動比QUOTE擒縱輪齒數(shù)QUOTE秒擒縱調(diào)速器周期由已知條件控制時間QUOTE秒可得扇形齒輪的工作角度QUOTE。擒縱調(diào)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)。2.2開傘器高控機構(gòu)設計高度控制機構(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(guān)。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，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(guān)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。2.2.1已知條件（1）高度控制范圍：QUOTE（2）高度調(diào)節(jié)螺紋的螺距：QUOTE（3）高度調(diào)節(jié)螺紋的頭數(shù)：QUOTE2.2.2膜盒組件設計選擇工作直徑QUOTE()/〖〗^〖〗^_D_Dd_______500m高度對應的大氣壓強為QUOTE，4000m對應的大氣壓強為QUOTE，則E型膜片的相對靈敏度為由參考資料1的圖15-29可得QUOTE_〖〗^_D_Dd__________????___________QUOTE所以安全系數(shù)為滿足安全要求。所以，選擇膜盒的工作直徑為QUOTE__D_DdQUOTE?〖/〗()/?D_Dd_圖2-2膜盒組件結(jié)構(gòu)2.2.3桿機構(gòu)設計（1）制動塊設計時控機構(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，滑輪與制動塊相切，扇形齒輪剛好轉(zhuǎn)過了21.20°。由此條件，可根據(jù)幾何關(guān)系得出制動塊長度的大小。示意圖見圖2-3。圖2-3制動塊示意圖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(guān)系其中，r為滑輪的半徑。由于要保證彈簧可以正常的復位，l必須小于y。取QUOTEDPAGEXXXDdPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXX????PAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXX（2）連桿設計連桿設計可以采用作圖的方法確定，示意圖如圖2-4。圖2-4連桿的設計2.設計體會為期十天的機械學基礎(chǔ)課程設計結(jié)束了，我從中收獲了很多經(jīng)驗，在課程設計的過程中，鞏固了大量的基礎(chǔ)知識。總結(jié)整個課程設計的過程，我的心得體會主要可以分為以下幾個方面。4.1.課程設計是理論聯(lián)系實際的過程為什么學校要開辦課設項目呢？主要就是為了鍛煉學生的自主動手，自行設計和理論聯(lián)系實際的能力。機械學基礎(chǔ)課程設計的題目航空開傘器是一個綜合性很強的題目，全面考察了學生在前一段時間對機械學基礎(chǔ)課程內(nèi)容的掌握與應用程度。開傘器中，杠桿機構(gòu)的設計涉及到第一章桿傳動機構(gòu)的內(nèi)容；棘輪部件中棘輪的應用體現(xiàn)了第二章棘輪單向運動的原理；復雜的齒輪輪系構(gòu)成很好地檢驗了學生對于第三章與第十五章齒輪的相關(guān)內(nèi)容的掌握程度；螺紋的聯(lián)接與緊固，配合公差帶的選用，很好地體現(xiàn)了第七章、第九章聯(lián)接與機械精度設計的相關(guān)內(nèi)容；中心輪部件、棘輪部件、擒縱輪部件、慣性輪部件，這些航空開傘器的核心部件，都包含了第八章、第十章中軸和軸承的設計的內(nèi)容；模盒、彈簧等，既涉及到了涉及第十五章彈性元件的基本選用原則?？偟膩碚f，航空開傘器的設計全面地包含了前段時間機械學基礎(chǔ)課程的基本學習內(nèi)容，掌握航空開傘器的設計方法，不僅需要講學過的知識融會貫通，而且需要理論聯(lián)系實際，站在生產(chǎn)實際的角度思考，所有零件都得注意查詢國家標準。4.2.課程設計鞏固了工程制圖能力大一學過工程制圖基礎(chǔ)，現(xiàn)在大三再畫航空開鎖器，鞏固了我們工程制圖的能力。航空開傘器設計的主要任務是該裝置裝配圖的手工繪制，零號圖紙是我們這次課程設計的重頭戲，也是我們畫過的最大的圖紙，第一次繪制這么大的圖紙，對我們著實是一個挑戰(zhàn)。課程設計中，如此復雜的工程圖紙的繪制，不僅讓我的手工繪圖能力有了較大的提高，而且讓我更加深刻地了解到設備中零件的位置關(guān)系，提高了識圖、讀圖的能力。尤其是一些需要剖分的復雜視圖，更是需要耐心和細心以及經(jīng)驗。4.3.課程設計提高了自學能力與資料搜索能力課程設計的過程中，我們第一次獨立地設計一個機械裝置，裝置中的所有零部件都需要自行設計，需要查詢的資料很多，包括各類標準間的標準、經(jīng)驗公式、實驗圖表、公差配合等級、應用背景等諸多資料。這些資料都不是我們已經(jīng)掌握了的，都需要我們現(xiàn)學現(xiàn)用，活學活用，這對我們搜集和學習資料的能力提出了很高的要求，使我們得到了不少的鍛煉。當然也少不了老師的幫助。4.4.學習的重點在與方法課程設計的過程中，我們運用到了很多課堂上學過的知識，也運用了很多從來沒有接觸過的知識，在這個過程中，我深刻地體會到了學習方法的重要性。大學的學習并不再是簡單的重復，不再是授之以魚，而是授之以漁，我們從課堂上獲得的除了知識，更重要的應該是主動獲取、運用知識的能力。人能記住的東西畢竟是少數(shù)，只懂得做題紙上談兵的學生不是好學生，通過這次課程設計，我深刻地認識到了這一點，這位我接下來的學習生活指明了方向，讓我更加明確什么是更重要的，什么是最根本的東西。4.5.生活需要合理的計劃和有力的執(zhí)行我們這次課設安排在了期末考試周，白天畫圖晚上還得復習考試科目。因此，在課程設計的過程中，我必須合理地安排時間，不斷根據(jù)現(xiàn)實情況更改計劃設定計劃。此外，更重要的是，通過這次課程設計，我