航空開傘器課程設(shè)計說明書

1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計說明書（論文）課程名稱： 機械學(xué)基礎(chǔ)課程設(shè)計 設(shè)計題目： 航空開傘器結(jié)構(gòu)設(shè)計 院 系： * 班 級： * 設(shè) 計 者： * 學(xué) 號： * 指導(dǎo)教師： * 設(shè)計時間： 2013.12.23-2014.1.3 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 姓 名： * 院 （系）： * 專 業(yè)： * 班 號： * 任務(wù)起至日期： 2013 年12月23日 至 2014 年 1 月3日 課程設(shè)計題目： 航空開傘器結(jié)構(gòu)設(shè)計 已知主要技術(shù)參數(shù)： 1高度控制范圍： 500m- 000m 。 2延遲時間： s 。 3彈簧釋放力： 264.6N

2、 。 4大小彈簧力比： 2:1 。 5彈簧端部沖程： 70mm 。 6彈簧予緊力和釋放力之比： 0.2 。 7彈簧從最大壓縮位置到釋放前的行程為： 4.3mm 。 8擒縱調(diào)速器周期為： 0.032s 。 9機芯總體尺寸100mm×80mm×30mm 工作量：1. 總裝配圖一張 (1號圖紙)2. 零、部件圖三張 (3號圖紙)3. 設(shè)計說明書一份 (15頁左右) 工作計劃安排：整個課程設(shè)計安排10個設(shè)計日，進度如下：1. 任務(wù)分析、理論計算、草圖 1.5日2. 總裝配圖、展開圖設(shè)計 5日3. 部件圖、零件圖設(shè)計 1.5日4. 編寫說明書 1日5. 答辯 1日 同組設(shè)計者及分工：

3、 指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導(dǎo)教師填寫。3目錄目錄1說明書正文21航空開傘器課設(shè)介紹 21.1課設(shè)任務(wù)分析21.2開傘器的用途 21.3開傘器的工作原理31.3.1時控機構(gòu)原理3 1.3.2高控機構(gòu)原理42航空開傘器設(shè)計 52.1傘器時控機構(gòu)設(shè)計62.1.1已知條件52.1.2三級升速齒輪設(shè)計62.1.3擒縱調(diào)速器工作原理介紹及扇形齒輪轉(zhuǎn)角的計算122.2傘器高控機構(gòu)設(shè)計142.2.1已知條件142.2.2膜盒組件設(shè)計142.2.3桿機構(gòu)設(shè)計152設(shè)計體會173參考資料194鳴謝191哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書（論文）

4、1. 說明書正文1. 航空開傘器課設(shè)介紹1.1課設(shè)任務(wù)分析 整個課程設(shè)計安排10個設(shè)計日，進度如下：1. 任務(wù)分析、理論計算、草圖 1.5日2. 總裝配圖、展開圖設(shè)計 5日3. 部件圖、零件圖設(shè)計 1.5日4. 編寫說明書 1日5. 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：(一) 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(shè)計和計算；(二) 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；(三) 繪制總裝配圖，這個是本次課設(shè)的核心；(四) 繪制部件圖和兩個零件圖；(五) 編寫說明書；(六) 準(zhǔn)備答辯。1.2開傘器的用途航空開傘器是

5、一種機械式短時段延時控制機構(gòu)，被廣泛地應(yīng)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(dá)到一定的高度是自動將傘包打開。合理地設(shè)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-

6、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(dāng)滑輪移至制動塊下方時，制動塊在扭轉(zhuǎn)彈簧恢復(fù)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(fù)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(yù)設(shè)工作。需要開傘器工作時，將止動軟鎖針拔出，在彈簧的恢復(fù)力的作用下，機構(gòu)開始工作：滑輪推

7、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(dāng)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(fù)力傳出。以空投開傘應(yīng)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(fù)力矩將使它恢復(fù)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

8、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(dāng)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(dāng)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(fù)力矩將使它恢復(fù)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(zhǔn)備工作階段，制動塊可以繞O2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(fù)

9、到圖示的位置，并且不能再繞O2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(shè)計2.1開傘器時控機構(gòu)設(shè)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：t=5.5s（2）擒縱調(diào)速器周期：T=0.032s（3）擒縱輪齒數(shù)：z=20（4）傳動比：i=1382.1.2三級升速齒輪設(shè)計（1）傳動比設(shè)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(yīng)按照“先大后小”的原則，各級傳動比可定為i=i1i2i3=6×5.75×4（2）模數(shù)及齒數(shù)的設(shè)

10、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)。m=2az(i+1)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：i1=6，m1=0.8，z11=90，z12=15第二級：i2=5.75，m2=0.5，z21=69，z22=12第三級：i3=4，m3=0.5，z31=48，z32=12（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：min=17-zz=0.1176，由參

11、考資料1第87頁變位系數(shù)圖取11=-0.4，12=0.4第二級：min=17-zz=0.294，由參考資料1第87頁變位系數(shù)圖取21=-0.35，22=0.35第三級：min=17-zz=0.294，由參考資料1第87頁變位系數(shù)圖取31=-0.35，32=0.35（4）各級齒輪的詳細(xì)參數(shù)如下：公式：1.中心距：a=m（z1+z2）22.分度圓直徑d：d = m * z3.齒根圓直徑df：df1=d1-2ha*+c*-1m1df2=d2-2ha*+c*-2m14.齒頂圓直徑da：da1=2a1-df2-2c*m1da2=2a1-df1-2c*m15.基圓直徑db：大齒輪db1=d1cos小齒輪d

12、b2=d2cos6.分度圓齒厚S：大齒輪S1=2+21tanm1小齒輪S2=2+22tanm1第一級：傳動比i1=6 ，模數(shù)m1=0.8，嚙合角1=20°齒頂高系數(shù)ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.35變位系數(shù)：大齒輪11=-0.4，小齒輪12=0.4齒數(shù)：大齒輪z11=90，小齒輪z12=151.中心距：a1=m1（z11+z12）2=42.00mm2.分度圓直徑d：大齒輪d11=m1z11=72mm小齒輪d12=m1z12=12mm3.齒根圓直徑df：大齒輪df11=d11-2ha*+c*-11m1=69.2mm小齒輪df12=d12-2ha*+c*-12m1=10.48mm4.齒頂

13、圓直徑da：大齒輪da11=2a1-df12-2c*m1=72.96mm小齒輪da12=2a1-df11-2c*m1=14.24mm5.基圓直徑db：大齒輪db11=d11cos=67.66mm小齒輪db12=d12cos=11.28mm6.分度圓齒厚S：大齒輪S11=2+211tanm1=1.02mm小齒輪S12=2+212tanm1=1.49mm第二級：傳動比i2=5.75 ，模數(shù)m2=0.5，嚙合角2=20°齒頂高系數(shù)ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.35變位系數(shù)：大齒輪21=-0.35，小齒輪22=0.35齒數(shù)：大齒輪z21=69，小齒輪z22=121.中心距：a2=m2（z21

14、+z22）2=20.25mm2.分度圓直徑d：大齒輪d21=m2z21=34.5mm小齒輪d22=m2z22=6mm3.齒根圓直徑df：大齒輪df21=d21-2ha*+c*-21m1=32.75mm小齒輪df22=d22-2ha*+c*-22m1=5.05mm4.齒頂圓直徑da：大齒輪da21=2a2-df22-2c*m2=35.1mm小齒輪da22=2a2-df21-2c*m2=7.4mm5.基圓直徑db：大齒輪db21=d21cos=32.42mm小齒輪db22=d22cos=5.638mm6.分度圓齒厚S：大齒輪S21=2+221tanm2=0.66mm小齒輪S22=2+222tanm

15、2=0.91mm第三級：傳動比i3=4 ，模數(shù)m3=0.5，嚙合角3=20°齒頂高系數(shù)ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.35變位系數(shù)：大齒輪31=-0.35，小齒輪32=0.35齒數(shù)：大齒輪z31=48，小齒輪z32=121.中心距：a3=m3（z31+z32）2=15.0mm2.分度圓直徑d：大齒輪d31=m3z31=24mm小齒輪d32=m3z32=6mm3.齒根圓直徑df：大齒輪df31=d31-2ha*+c*-31m3=22.25mm小齒輪df32=d32-2ha*+c*-32m3=5.05mm4.齒頂圓直徑da：大齒輪da31=2a3-df32-2c*m3=24.6mm小齒輪d

16、a32=2a3-df31-2c*m3=7.4mm5.基圓直徑db：大齒輪db31=d31cos=22.55mm小齒輪db32=d32cos=5.64mm6.分度圓齒厚S：大齒輪S31=2+231tanm3=0.66mm小齒輪S32=2+232tanm3=0.91mm2.1.3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(dá)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(fù)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(dāng)擒縱輪齒與擒縱輪叉進瓦接觸時，在接觸點上擒縱叉的

17、力為P1，P1沿進瓦的法線方向，偏離擒縱輪齒的回轉(zhuǎn)中心。P1力產(chǎn)生使擒縱叉逆時針轉(zhuǎn)動的力矩M1，擒縱叉逆時針轉(zhuǎn)過1角后，擒縱輪齒與進瓦脫開。在M1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P2，P2力產(chǎn)生使擒縱叉順時針轉(zhuǎn)動的力矩M2。當(dāng)擒縱叉順時針轉(zhuǎn)過2角后，輪齒與出瓦脫開，在力矩M2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：T=T1+T2=2J1M1+2J2M2式中：T周期J擒縱叉上所有零件的的轉(zhuǎn)動慣量M1擒縱輪齒與進瓦接觸時，對叉軸作用的力矩M2

18、擒縱輪齒與出瓦接觸時，對叉軸作用的力矩1進瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉(zhuǎn)過的角度2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：t=360°iZT對于本航空開傘器式中：i=138總傳動比Z=20擒縱輪齒數(shù)T=0.032秒 擒縱調(diào)速器周期由已知條件控制時間t=5.2秒可得扇形齒輪的工作角度=21.20° 。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(shè)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(dá)到開傘高度時，膜盒組件的中心桿會將桿機構(gòu)卡住

19、，是時控機構(gòu)停止工作。當(dāng)達(dá)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(yīng)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：500m4000m（2）高度調(diào)節(jié)螺紋的螺距：t=0.75mm（3）高度調(diào)節(jié)螺紋的頭數(shù)：z=22.2.2膜盒組件設(shè)計選擇工作直徑D=45mm、鈹青銅材料、E型膜片的膜盒。兩個膜片的總位移為2s=t×z360

20、76;×200°=0.833mm500m高度對應(yīng)的大氣壓強為0.954×105Pa，4000m對應(yīng)的大氣壓強為0.616×105Pa，則E型膜片的相對靈敏度為2spD=0.8330.954-0.616×105×45=0.056×10-5/Pa由參考資料1的圖15-29可得Dh=440，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破=1.38×105Pa。所以安全系數(shù)為S=p破pmax=1.38×1050.954×105=1.45>1.4滿足安全要求。所以，選

21、擇膜盒的工作直徑為D=45mm，膜盒的最大直徑為Dmax=1.15D=57.5mm。膜盒組件的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2膜盒組件結(jié)構(gòu)2.2.3桿機構(gòu)設(shè)計（1）制動塊設(shè)計時控機構(gòu)工作對應(yīng)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(dāng)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l=ytan2+4.3-rsin其中，r為滑輪的半徑。由于要保證彈簧可以正常的復(fù)位，l必須小于y。取

22、r=1.5mm，y=12mm，可得，l=9.98mm。（2）連桿設(shè)計連桿設(shè)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(shè)計2. 設(shè)計體會為期十天的機械學(xué)基礎(chǔ)課程設(shè)計結(jié)束了，我從中收獲了很多經(jīng)驗，在課程設(shè)計的過程中，鞏固了大量的基礎(chǔ)知識?？偨Y(jié)整個課程設(shè)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(shè)計是理論聯(lián)系實際的過程 為什么學(xué)校要開辦課設(shè)項目呢？主要就是為了鍛煉學(xué)生的自主動手，自行設(shè)計和理論聯(lián)系實際的能力。機械學(xué)基礎(chǔ)課程設(shè)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(xué)生在前一段時間對機械學(xué)基礎(chǔ)課程內(nèi)容的掌握與應(yīng)用程度。開傘器中，杠桿機構(gòu)的設(shè)計涉及到第一章桿

23、傳動機構(gòu)的內(nèi)容；棘輪部件中棘輪的應(yīng)用體現(xiàn)了第二章棘輪單向運動的原理；復(fù)雜的齒輪輪系構(gòu)成很好地檢驗了學(xué)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(shè)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(shè)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。總的來說，航空開傘器的設(shè)計全面地包含了前段時間機械學(xué)基礎(chǔ)課程的基本學(xué)習(xí)內(nèi)容，掌握航空開傘器的設(shè)計方法，不僅需要講學(xué)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

24、零件都得注意查詢國家標(biāo)準(zhǔn)。4.2.課程設(shè)計鞏固了工程制圖能力大一學(xué)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(shè)計的主要任務(wù)是該裝置裝配圖的手工繪制，零號圖紙是我們這次課程設(shè)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(shè)計中，如此復(fù)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(shè)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(fù)雜視圖，更是需要耐心和細(xì)心以及經(jīng)驗。4.3.課程設(shè)計提高了自學(xué)能力與資料搜索能力課程設(shè)計的過程中，我們第一次獨立地設(shè)計一個機械裝置，裝置中的所

25、有零部件都需要自行設(shè)計，需要查詢的資料很多，包括各類標(biāo)準(zhǔn)間的標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗公式、實驗圖表、公差配合等級、應(yīng)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(xué)現(xiàn)用，活學(xué)活用，這對我們搜集和學(xué)習(xí)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(dāng)然也少不了老師的幫助。4.4.學(xué)習(xí)的重點在與方法 課程設(shè)計的過程中，我們運用到了很多課堂上學(xué)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(xué)習(xí)方法的重要性。大學(xué)的學(xué)習(xí)并不再是簡單的重復(fù)，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(yīng)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(xué)生不是好學(xué)生，通過這次課程設(shè)計，我深刻地認(rèn)識到了這一點，這位我接下來的學(xué)