航空开伞器机械大报告.doc

目录航空开伞器简介2一开伞器的用途2二开伞器种类2开伞器工作原理和结构4一、能源5二、时间控制机构5三、高度控制机构6开伞器参数的设计8一开伞器能源（力弹簧）分析计算8二开伞器时控机构计算10三开伞器高控机构计算13开伞器形状尺寸的设计15一、制动块的设计15二、杆机构的设计16机构调整方法17改进意见17心得体会17参考资料18航空开伞器简介一开伞器的用途自降落伞问世以来，现已制造出救生伞、伞兵伞、运动伞、投物伞、减速伞 一等各种不同型号的人用和物用降落伞。降落伞现在广泛应用于航空航天的乘员救生、飞行器回收系统和物资空投，空降兵部队的伞降作战以及体育运动休闲等领域。最初的空降设备不用开伞控制器，人和物离开飞机后降落伞立即打开。这种开伞控制方式称为“即开式开伞控制”，它是在人和物离机时通过拉绳拉出伞包插销，伞包立即打开，降落伞自动张开。这种开伞方式主要应用于低空人员空降、投物和重载空投中。它的装备简单、成本低，但是，由于在这种开伞方式下的降落伞张开距离飞机较近，受飞机飞行气流影响较大，安全性不好，因此，目前大部分空降空投装配都使用了不同的自动开伞控制器。与降落伞大量配套使用的安全保证设备就是自动开伞控制器。开伞器是一种短时段延时控制机构，并且可以实现高度控制可用于空投和驾驶员救生。将开伞器装在空投的人或物体上，跳离飞机后，开伞器可以控制在经过一定时间和达到一定高度时自动将伞包打开。因此保证了空投的安全；另外，开伞器也可用延时引爆，例如鱼雷的引爆。二开伞器种类自动开伞控制器的种类也很多，从结构上划分有机械式的、机电式的和电子式的等自动开伞器；从配套上划分有主伞自动开伞器和备份伞自动开伞器；从原理上划分有时间开伞器、高度时间开伞器和高度速度开伞器等。以下主要从工作原理上，介绍自动开伞器：1 . 延迟时间开伞控制器在人和物离开飞机后延迟一定时间自动打开降落伞。主要由钟表机构和动力弹簧装置两部分组成。动力弹簧产生不小于275N的拉力，通过钢索拉开伞包脱离锁并打开伞包，动力弹簧的工作受到钟表机构的控制。钟表机构由动力弹簧的推力使其齿轮系转动，调节摆片由于惯性的推动下产生周期性摆动，以实现仪表经过一定时间的延时后才释放动力弹簧。2高度/时间开伞器在人和物离开飞机后，延时一定时间并判断高度，决定降落伞是否打开。时间高度开伞控制器为机械仪表，主要由钟表机构、膜盒、动力弹簧装置三部分组成动力输出和钟表机构部分与“时间开伞控制器”类似。只是动力弹簧的工作受到钟表机构以及膜盒的联合控制。开伞器预定的工作高度和工作时间是通过对高度刻度盘和时间指针的调整而实现的。当绳索拉脱锁住开伞器的软锁针，钟表机构在弹簧推动下开始工作。在下降到预定的高度以前，由于膜盒的膨胀使膜盒上的制动杆挡住杠杆，钟表机构经过一定时间转动到一定位！后立即停止工作。当下降到预定的高度时，膜盒被大气压压缩到一定程度，制动杆这时已挡不住杠杆，于是钟表机构重新转动，再经过0.81.2 S。活塞脱离制动片，弹簧迅速伸张，拉动钢索，输出工作力。当在预定的工作高度以下进行工作时，由于膜盒被大气压压缩，其制动杆对钟表机构没有锁紧作用，当绳索拉脱锁住开伞器的软锁针时，钟表机构连续工作，经过预定的时间后及时地释放动力弹簧从而使伞包脱离锁启动，完成开伞控制。3 . 高度速度开伞器开伞控制器在人和物离开飞机后下降至一定高度时判断下降速度决定降落伞是否打开，为电子式。下文着重说明高度/时间开伞器。开伞器工作原理和结构一、能源开伞器工作时所需要的能量是由压缩弹簧 2 供给的。开伞器不工作时弹簧处于放松状态(虚线位置)开伞器工作前拉钢索 1，将弹簧压缩(实线位置)。开伞器工作时、弹簧恢复力做功、释放能量 二、时间控制机构 时间控制部分主要由一个轮系和一个无固有周期擒纵调速器组成。擒纵轮12 和擒纵叉 13 组成无固有周期擒纵调速器,开伞器工作前软锁针 15 插入惯性轮14 缺口中将整个机构锁住。压缩弹簧的动作是在空投前事先作好的；当空投者跳出飞机。软锁针被拔出。此时在弹簧恢复力P的作用下，滑轮 3 推动制动块4，使扇形齿轮 5 转动。经过三级升速齿轮传动，运动和力矩传到擒纵轮，使擒纵调速器工作。 图示为擒纵调速器工作原理 由于弹簧 2 恢复力的作用，在擒纵轮上作用力矩M，使其逆时针转动。当擒纵轮齿与擒纵轮叉进瓦接触时，在接触点上擒纵叉的力为P1，P1沿进瓦的法线方向，偏离擒纵轮齿的回转中心。P1力产生使擒纵叉逆时针转动的力矩Ml擒纵叉逆时针转过1角后，擒纵轮齿与进瓦脱开。在Ml作用下擒纵轮转过一定角度后，另一个擒纵轮齿与擒纵叉出瓦相接触。此时，轮齿作用于出瓦的力为P2，P2力产生使擒纵叉顺时针转动的力矩M2。当擒纵叉顺时针转过2角后，轮齿与出瓦脱开，在力矩M2作用下，擒纵轮又转过一定角度。直到下一个齿与进瓦接触，就这样擒纵叉摆动一次，擒纵轮转过一个齿。所需要的时间为一个周期。周期近似计算公式如下： 擒纵调速器可使弹簧的能量均匀释放，轮系保持近似等速转动，从而达到延时的功能。 三、高度控制机构 高度控制部分主要由真空膜盒组件和杆机构组成。随着高度的下降、气压逐渐增大，膜盒变形增大，由于变形与高度有这样的关系，所以可以利用膜盒变形控制高度。当扇形齿轮转过一定角度后，销 6 与主动杆 7 接触，扇形齿轮继续转动时，销 6 推动扛杆 7 带动杆 8 转动，当杆8 与膜盒中心轴O4相接触时，时控机构被卡住，停止了工作。当下降到所调高度时，中心杆下降到上平板以下。杆 8 可继续转动，时控机构继续工作，直至制动块转到图 3 虚线所示位置。此时滑轮 3 和弹簧恢复力作用下，在一瞬间将弹簧力释放，把伞包打开实现开伞动作。 高度控制的调整，从开伞器侧面的窗口中、可以看到控制高度的示值。将钥匙插入开器后面方孔中，转动钥匙，可以调整高度。高度刻盘上的示值是海拔高度，调整高度的刻度值，应该等于空投地区的海拔高度加开伞时人或物与地面的距离。 开伞器工作过程如下：开伞器工作时所需要的能量是由压缩弹簧2 供给的。开伞器工作前拉钢索1 ，将弹簧压缩，储存能量。开伞器工作时、弹簧恢复力做功、释放能量。时间控制部分主要由一个轮系和一个无固有周期擒纵调速器组成。开伞器工作前软锁针15插入惯性轮14 缺口中 ，将整个机械锁住。拉钢索1 ，将弹簧2 压缩（实线位置）。当空投者或物离开飞机，软锁针被拔出。此时在弹簧恢复力P 的作用下、滑轮3 推动制动块4 ，使扇形齿轮5 转动。经过三级升速齿轮传动，运动和力矩传到擒纵调速器（由擒纵轮和擒纵叉组成）它可使弹簧的力均匀释放，轮系近似等速转动。由于扇形齿轮5 与其上的制动块4顺势一起转动，经过一定时间后，当制动块最外端与滑轮3 圆周右侧边界点脱开时，弹簧释放，带动钢索1 将伞包上的锁扣开启。高度控制部分主要由真空膜盒组件和杆机构组成。随着高度的下降、气压逐渐增大，膜盒变形增大，因此可以利用膜盒变形控制高度。当扇形齿轮5 转过一定角度后，其上的销6 与主动杆7 接触，扇形齿轮继续转动时，销6 推动扛杆7 带动杆8 转动，当杆8 与膜盒中心杆O4 相接触时，时控机构被卡住，停止了工作。当下降到所调高度时，中心杆下降到上平板以下。杆8 可继续转动，时控机构继续工作，直至弹簧被释放把伞包打开。开伞器参数的设计一开伞器能源（力弹簧）分析计算一己知条件:1弹簧释放力：F释=264.6N；2冲程：S冲=70mm；3对应时控机构弹簧的行程：S行=4.3mm；4弹簧预紧力为释放力的0.21倍；5容纳弹簧丝的钢管内径为18mm；6外内弹簧释放力之比为2.5:1。二双层弹簧（内外弹簧）设计：1.弹簧受力分析由F释=264.6NF预=55.566NFmax=F释-0.21F释704.3+F释=264.6-0.21264.6704.3+264.6N=277.44N选用材料为碳素弹簧钢丝D级，查表得=0.5BF大释=198.1719N，F小释=79.26876N；2.大弹簧设计：初选，大弹簧中径：D大=16mm；弹簧丝直径：d大=2.2mm。查表得：B=2000MPa已知D2Fmax=1291.8取8kC3=1291.8C=7.3已知：KF=FS=Gd48D3nKF大=F释-0.21F释702.53.5=264.6-0.21264.6702.53.5=2.133=Gd48D3n大n大=27.33.小弹簧设计：初选，大弹簧中径：D小=12mm；弹簧丝直径：d小=1.6mm。查表得：B=2110MPa已知D2Fmax=1916.5取8kC3=1916.5C=7.5已知：KF=FS=Gd48D3nKF小=F释-0.21F释7013.5=264.6-0.21264.67013.5=2.133=Gd48D3n小n小=45.285二开伞器时控机构计算一组成：1杠杆机构：线位移转变角位移；2齿轮传动：三级增速传动；3擒纵调速器：使弹簧能量均匀释放。二已知条件：1调速器周期：T = 0 . 032 秒；2总的延迟时间：5.5秒；3擒纵轮齿数：z = 20 ；4齿轮总传动比138。三齿轮系设计：1齿轮系各参数的计算：选择模数m1=0.7;m2=m3=0.5。减速传动传动比从大到小.原则，选择传动比i1=6; i2=6912;i3=4。选择扇形齿轮齿数：z=90;选择中心轮齿数：z=15；z=69;选择棘轮齿数：z=12；z=48;选择擒纵轮齿数：z=12 。变形系数：minz=15=17-1517=0.117647； 取：z=15=0.12。 minz=12=17-1217=0.2941； 取：z=12=0.3。总传动比i=i1i2i3=901569124812=138。 2各齿轮几何尺寸计算1代表扇形齿轮；2代表中心轮；3代表棘轮；4代表擒纵轮。各轮分度圆直径：d1=mz=63mm;d2=mz=10.5mm;d2=mz=34.5mm;d3=mz=24mm;d3=mz=6mm;d4=mz=6mm。各轮齿顶圆直径：da1=m（Z+2h*-2）=64.232mm;da2=m（Z+2h*-2）=12.068mm;da2=m（Z+2h*-2）=35.2mm;da3=m（Z+2h*-2）=24.7mm;da3=m（Z+2h*-2）=7.3mm;da4=m（Z+2h*-2）=7.3mm。四、扇形齿轮转角和指针转角已知t=360TZi5.5=3600.03220138=22.41847826 4S对应角度：4=45.5=16.30.5S对应角度：0.5=0.55.5=2.0381S对应角度：1=15.5=4.076五画出结构图：三开伞器高控机构计算一控制原理：利用螺旋来调节控制高度与膜盒中心杆位置的对应关系。二已知条件：1高度控制范围：500m7000m2零件对应500m（716mmHg）3转300对应7000m（307.85mmHg）。3螺旋参数：p=0.75mm，s=1.5mm，z=2。三设计E型膜盒（已知特性尺寸）1初选E型膜盒材料：E=1.35105MPa（铍青铜） 直径D50mm参数735mmHg=97.967763KPa初选E型膜盒直径：D=45mm设计膜盒组件结构如下：2膜盒相关参数设计两个模片的位移（一个膜盒由两个模片组成）：2s=tz360300=300360s导程=3003601.5mm=1.25mmE型膜盒的相对灵敏度：2spD=1.25(716-307.9760)1.01310545=4.9210-7 /Pa 由图查得D/h=430h=DDh=45430=0.105模片的安全系数验算：最大压强：取海平面标准压强：Pmax=101.3KPa由图查得：非线性度为2.7%；破损压强约为1.78105Pa模片的安全系数s=1.78105Pa1.013105Pa=1.71.4 满足要求。开伞器形状尺寸的设计一、制动块的设计制动块画图设计如下：已知：设：而已知初选同时选取制动块中心轴为二、杆机构的设计杆机构的设计示意图如下：设计参数如下：（以扇形齿轮中心为（0 , 0）点；x轴水平向左；y轴垂直向上）扇形齿轮长销中心：（0, 17）；杠杆1中心：（2, 10）；杠杆1与杠杆2交点中心：（0, 46）；杠杆2中心：（57, 5）；膜盒中心：（68, 25.5）。机构调整方法使用下夹板上的小齿轮，调整膜盒伸出量的大小，调整开伞高度。拆装机芯时应调整指针指向5.5 S的位置。为保证各轴的轴向间距，应适当的增加垫片。改进意见时间和水平有限，图上有很多细节错误和设计不足。由于开伞器有实际体积的限制，而在现有的设计方案中，进行齿轮传 动轴的位置设计时，都只是在不断尝试，保证在满足体积要求的前提下，获得合理的设计方案，并不是最优的设计。建议进行优化设计，可以在确定各个齿轮的齿数、模数的前提下，利用最优化方法，以整体尺寸最小为目标，以各个齿轮不相交为约束，来确定各个齿轮轴的位置。 这样就可以有效减小整体尺寸了。书上螺母的数距严重不足，使我们在螺母上花的时间也相当的多，后来我们通过在图书馆借的国内外标准设计手册才找到我们所需要的螺钉和螺母。所以，我觉得我们这门课应将所需要的数据备全，没有必要在选择器件上花费太长的时间。我感觉我们这门课时相当紧张，中间夹着