航空开伞器课程设计说明书(DOC 33页)

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1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 机械学基础课程设计 设计题目： 航空开伞器结构设计 院 系： * 班 级： * 设 计 者： * 学 号： * 指导教师： * 设计时间： 2013.12.23-2014.1.3 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： * 院 （系）： * 专 业： * 班 号： * 任务起至日期： 2013 年12月23日 至 2014 年 1 月3日 课程设计题目： 航空开伞器结构设计 已知主要技术参数： 1高度控制范围： 500m- 000m 。 2延迟时间： s 。 3弹簧释放力： 264.6N

2、 。 4大小弹簧力比： 2:1 。 5弹簧端部冲程： 70mm 。 6弹簧予紧力和释放力之比： 0.2 。 7弹簧从最大压缩位置到释放前的行程为： 4.3mm 。 8擒纵调速器周期为： 0.032s 。 9机芯总体尺寸100mm80mm30mm 工作量：1. 总装配图一张 (1号图纸)2. 零、部件图三张 (3号图纸)3. 设计说明书一份 (15页左右) 工作计划安排：整个课程设计安排10个设计日，进度如下：1. 任务分析、理论计算、草图 1.5日2. 总装配图、展开图设计 5日3. 部件图、零件图设计 1.5日4. 编写说明书 1日5. 答辩 1日 同组设计者及分工： 指导教师签字_ 年 月

3、 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。3目录目录1说明书正文21航空开伞器课设介绍 21.1课设任务分析21.2开伞器的用途 21.3开伞器的工作原理31.3.1时控机构原理3 1.3.2高控机构原理42航空开伞器设计 52.1伞器时控机构设计62.1.1已知条件52.1.2三级升速齿轮设计62.1.3擒纵调速器工作原理介绍及扇形齿轮转角的计算122.2伞器高控机构设计142.2.1已知条件142.2.2膜盒组件设计142.2.3杆机构设计152设计体会173参考资料194鸣谢192哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）1. 说明书正文1. 航

4、空开伞器课设介绍1.1课设任务分析 整个课程设计安排10个设计日，进度如下：1. 任务分析、理论计算、草图 1.5日2. 总装配图、展开图设计 5日3. 部件图、零件图设计 1.5日4. 编写说明书 1日5. 答辩 1日其中还包括7日的考试周，时间非常的紧张。方案制定如下：(一) 首先得进行理论计算，包括3级加速轮系、膜盒、制动块和连杆机构的设计和计算；(二) 然后绘制草图，关键是3级加速轮系、膜盒和调速擒纵轮的位置大小的确定；(三) 绘制总装配图，这个是本次课设的核心；(四) 绘制部件图和两个零件图；(五) 编写说明书；(六) 准备答辩。1.2开伞器的用途航空开伞器是一种机械式短时段延时控制

5、机构，被广泛地应用于空投、救生、深水炸弹引爆等领域。以空投为例，将航空开伞器装在空头的物体上，物体离开飞机后，航空开伞器可以控制开伞时间，经过一定的时间，达到一定的高度是自动将伞包打开。合理地设计开伞时间，可以在保证空投物品安全的同时，减少空投物体停留在空中的时间，即保证空投精度。1.3开伞器的工作原理开伞器主要由能源、时间控制机构和高度控制机构三部分组成。工作原理见图1-1：图1-1 开伞器工作原理图1-钢索 2-弹簧 3-滑轮 4-制动块 5-扇形齿轮 6-销 7-杠杆 8-杠杆 9-膜盒组件 10-中心轮组件 11-过轮组件 12-擒纵轮组件 13-擒纵叉 14-惯性轮 15-软锁针1.

6、3.1时控机构原理开伞器的传动原理如上图所示。开伞器使用前，先将钢索1拉出，使圆柱弹簧2压缩。弹簧顶部的滑轮3与扇形齿轮5上的制动块4相接处，制动块4被滑轮压迫，绕O2点逆时针转动，当滑轮移至制动块下方时，制动块在扭转弹簧恢复力的作用下弹回原位，停止继续压缩圆柱弹簧2，在弹簧恢复力的作用下，滑轮压紧制动块下端面。由于此时止动软锁针15阻止了擒纵叉13和惯性轮14的摆动，机构不能工作，个零件保持相对静止。将钢索末端的环扣在需要开伞的对象（如降落伞）的锁针上。至此，即完成了航空开伞器的预设工作。需要开伞器工作时，将止动软锁针拔出，在弹簧的恢复力的作用下，机构开始工作：滑轮推动制动块，使扇形齿轮绕O

7、点顺时针转动，通过三级升速齿轮传动将力矩传至擒纵轮组件12，擒纵轮组件12与擒纵叉13组成的无固有周期擒纵调速器控制机构的延时时间，并使机构匀速运动。由于扇形齿轮与它上面的制动块一起顺时针转动，当制动块的最外端转过滑轮3圆周右侧边界点后，滑轮被释放，钢索将弹簧的恢复力传出。以空投开伞应用为例，此力就可以将伞包上的锁针拔出，使降落伞开启。开伞器的工作到此结束。开伞器工作结束后，扇形齿轮轴上的扭簧恢复力矩将使它恢复到工作之前的位置（图示的位置）。由于过轮组件11上装有棘轮式单向离合器，而擒纵轮不能反转，所以扇形齿轮在工作结束后反转时，不损伤擒纵调速器。 1.3.2高控机构原理高度控制部分主要由真空

8、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推动杠杆7带动杆8转动，当杆8与膜盒中心杆下降到上平板一下。杆8可以继续转动，时控机构继续工作，直至弹簧被释放把伞包打开。工作结束后，扇形齿轮轴上扭簧的恢复力矩将使它恢复到工作前的位置（图示的位置）。由于擒纵轮不能反转，因而在过轮组件11上装有棘轮式单向离合器，以保证扇形齿轮在工作结束后反转时，不损伤擒纵调速器。在准备工作阶段，制动块可以绕点逆时针转动以让开下移的滑轮，然后在扭簧的作用下立即恢复到图示的位置，并且不能再绕点

9、做顺时针转动。整个工作过程可用流程图描述如下：图1-2开伞器工作流程2航空开伞器设计2.1开伞器时控机构设计时控机构由三级升速齿轮和擒纵调速器组成。2.1.1已知条件（1）延时时间：（2）擒纵调速器周期：（3）擒纵轮齿数：（4）传动比：2.1.2三级升速齿轮设计（1）传动比设计由于圆柱齿轮的单级传动比不宜过大，一般小于10，所以传动级数选为三级，按照误差最小原则以及体积最小原则分配各级传动比。从精度看，应按照“先大后小”的原则，各级传动比可定为（2）模数及齿数的设计在开伞器中，齿轮传递的力矩较小，可按结构工艺条件确定，不必按强度计算。根据开伞器的外廓尺寸可大致确定齿轮的中心距a，再根据所选定的

10、传动比i和齿数z可按下式求出模数。需要注意的是中心距和空间分配要在100*80mm以内。综上，三级齿轮的模数及齿数选择如下：第一级：，第二级：，第三级：，（3）变位系数的选取由于齿轮齿数小于17，为了保证加工时不发生根切现象，需采用高度变位齿轮。公式：第一级：，由参考资料1第87页变位系数图取，第二级：，由参考资料1第87页变位系数图取，第三级：，由参考资料1第87页变位系数图取，（4）各级齿轮的详细参数如下：公式：1.中心距2.分度圆直径d：d = m * z3.齿根圆直径：4.齿顶圆直径：5.基圆直径：大齿轮小齿轮6.分度圆齿厚S：大齿轮小齿轮第一级：传动比 ，模数，啮合角齿顶高系数，顶隙

11、系数变位系数：大齿轮，小齿轮齿数：大齿轮，小齿轮1.中心距：2.分度圆直径d：大齿轮小齿轮3.齿根圆直径：大齿轮小齿轮4.齿顶圆直径：大齿轮小齿轮5.基圆直径：大齿轮小齿轮6.分度圆齿厚S：大齿轮小齿轮第二级：传动比 ，模数，啮合角齿顶高系数，顶隙系数变位系数：大齿轮，小齿轮齿数：大齿轮，小齿轮1.中心距：2.分度圆直径d：大齿轮小齿轮3.齿根圆直径：大齿轮小齿轮4.齿顶圆直径：大齿轮小齿轮5.基圆直径：大齿轮小齿轮6.分度圆齿厚S：大齿轮小齿轮第三级：传动比 ，模数，啮合角齿顶高系数，顶隙系数变位系数：大齿轮，小齿轮齿数：大齿轮，小齿轮1.中心距：2.分度圆直径d：大齿轮小齿轮3.齿根圆直径

12、：大齿轮小齿轮4.齿顶圆直径：大齿轮小齿轮5.基圆直径：大齿轮小齿轮6.分度圆齿厚S：大齿轮小齿轮2.1.3擒纵调速器工作原理介绍及扇形齿轮转角的计算擒纵调速器的作用是使弹簧的能量均匀释放，轮系保持近似等速转动，从而达到延时功能。擒纵调速器由擒纵叉和擒纵轮两部分组成，如图2-1所示。图2-1 擒纵调速器工作原理在弹簧2 的恢复力的作用下，擒纵轮上将产生作用力矩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，沿进瓦的法线方向，偏离擒纵轮齿的回转中心。力产生使擒纵叉逆时针转动的力矩，擒纵叉逆时针转过角后，擒纵轮齿与进瓦脱开。在作用下擒纵轮转过一定角度后，另一个擒纵轮齿与

13、擒纵叉出瓦接触。此时，齿轮作用于出瓦的力为，力产生使擒纵叉顺时针转动的力矩。当擒纵叉顺时针转过角后，轮齿与出瓦脱开，在力矩的作用下，擒纵轮由转过一定的角度。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，所需的时间为一个周期。周期的近似计算公式如下：式中：T周期擒纵叉上所有零件的的转动惯量擒纵轮齿与进瓦接触时，对叉轴作用的力矩擒纵轮齿与出瓦接触时，对叉轴作用的力矩进瓦与擒纵轮接触到脱离，擒纵叉轴转过的角度出瓦与擒纵轮接触到脱离，擒纵叉轴转过的角度控制的时间为：对于本航空开伞器式中：总传动比擒纵轮齿数秒 擒纵调速器周期由已知条件控制时间秒可得扇形齿轮的工作角度 。擒纵调速器没有固

14、定的周期，要调节擒纵调速器的周期，可以通过改变惯性轮的质量来实现。2.2开伞器高控机构设计高度控制机构主要由真空膜盒组件和杆机构组成。膜盒的形变和其所处的空间的压强有关。大气压强与海拔高度成正比。在未达到开伞高度时，膜盒组件的中心杆会将杆机构卡住，是时控机构停止工作。当达到开伞工作后，膜盒被大气压强压缩，中心杆下降，时控机构又开始工作，延时结束后，将伞打开。通过调节螺旋可以调节控制高度与膜盒中心杆的位置间的对应关系。在开伞器的侧面有窗口，可以看到控制高度的示值。将钥匙插入开伞器后面的孔中，转动钥匙就可以调节高度。不过，膜盒刻度盘上的示值是海拔高度，空投时须注意考虑空投地的海拔高度。2.2.1已

15、知条件（1）高度控制范围：（2）高度调节螺纹的螺距：（3）高度调节螺纹的头数：2.2.2膜盒组件设计选择工作直径()/ _D_Dd_500m高度对应的大气压强为，4000m对应的大气压强为，则E型膜片的相对灵敏度为由参考资料1的图15-29可得 _ _D_Dd_所以安全系数为满足安全要求。所以，选择膜盒的工作直径为 _D_Dd/()/ D_Dd_图2-2膜盒组件结构2.2.3杆机构设计（1）制动块设计时控机构工作对应的弹簧行程为4.3mm，即装在弹簧上的滑轮推动固定在扇形齿轮上的制动块绕扇形齿轮轴旋转，当弹簧的行程为4.3mm时，滑轮与制动块相切，扇形齿轮刚好转过了21.20。由此条件，可根据

16、几何关系得出制动块长度的大小。示意图见图2-3。图2-3制动块示意图由图可得出制动块长度l与其距扇形齿轮轴中心距离y的关系其中，r为滑轮的半径。由于要保证弹簧可以正常的复位，l必须小于y。取D21Dd2121212121212121212121212121（2）连杆设计连杆设计可以采用作图的方法确定，示意图如图2-4。图2-4连杆的设计2. 设计体会为期十天的机械学基础课程设计结束了，我从中收获了很多经验，在课程设计的过程中，巩固了大量的基础知识。总结整个课程设计的过程，我的心得体会主要可以分为以下几个方面。4.1.课程设计是理论联系实际的过程 为什么学校要开办课设项目呢？主要就是为了锻炼学生

17、的自主动手，自行设计和理论联系实际的能力。机械学基础课程设计的题目航空开伞器是一个综合性很强的题目，全面考察了学生在前一段时间对机械学基础课程内容的掌握与应用程度。开伞器中，杠杆机构的设计涉及到第一章杆传动机构的内容；棘轮部件中棘轮的应用体现了第二章棘轮单向运动的原理；复杂的齿轮轮系构成很好地检验了学生对于第三章与第十五章齿轮的相关内容的掌握程度；螺纹的联接与紧固，配合公差带的选用，很好地体现了第七章、第九章联接与机械精度设计的相关内容；中心轮部件、棘轮部件、擒纵轮部件、惯性轮部件，这些航空开伞器的核心部件，都包含了第八章、第十章中轴和轴承的设计的内容；模盒、弹簧等，既涉及到了涉及第十五章弹性

18、元件的基本选用原则。总的来说，航空开伞器的设计全面地包含了前段时间机械学基础课程的基本学习内容，掌握航空开伞器的设计方法，不仅需要讲学过的知识融会贯通，而且需要理论联系实际，站在生产实际的角度思考，所有零件都得注意查询国家标准。4.2.课程设计巩固了工程制图能力大一学过工程制图基础，现在大三再画航空开锁器，巩固了我们工程制图的能力。航空开伞器设计的主要任务是该装置装配图的手工绘制，零号图纸是我们这次课程设计的重头戏，也是我们画过的最大的图纸，第一次绘制这么大的图纸，对我们着实是一个挑战。课程设计中，如此复杂的工程图纸的绘制，不仅让我的手工绘图能力有了较大的提高，而且让我更加深刻地了解到设备中零

19、件的位置关系，提高了识图、读图的能力。尤其是一些需要剖分的复杂视图，更是需要耐心和细心以及经验。4.3.课程设计提高了自学能力与资料搜索能力课程设计的过程中，我们第一次独立地设计一个机械装置，装置中的所有零部件都需要自行设计，需要查询的资料很多，包括各类标准间的标准、经验公式、实验图表、公差配合等级、应用背景等诸多资料。这些资料都不是我们已经掌握了的，都需要我们现学现用，活学活用，这对我们搜集和学习资料的能力提出了很高的要求，使我们得到了不少的锻炼。当然也少不了老师的帮助。4.4.学习的重点在与方法 课程设计的过程中，我们运用到了很多课堂上学过的知识，也运用了很多从来没有接触过的知识，在这个过

20、程中，我深刻地体会到了学习方法的重要性。大学的学习并不再是简单的重复，不再是授之以鱼，而是授之以渔，我们从课堂上获得的除了知识，更重要的应该是主动获取、运用知识的能力。人能记住的东西毕竟是少数，只懂得做题纸上谈兵的学生不是好学生，通过这次课程设计，我深刻地认识到了这一点，这位我接下来的学习生活指明了方向，让我更加明确什么是更重要的，什么是最根本的东西。4.5.生活需要合理的计划和有力的执行我们这次课设安排在了期末考试周，白天画图晚上还得复习考试科目。因此，在课程设计的过程中，我必须合理地安排时间，不断根据现实情况更改计划设定计划。此外，更重要的是，通过这次课程设计，我提高了自己的执行能力，再好

21、的计划离开执行都是一纸空文，在这一段十分紧张的日子里，我不得不以最高的执行力面对所有的事情，丝毫没有逃避的可能没有退缩的余地，不需坦然地面对来自各个方面的挑战与压力。享受过程，成为了我这一段难忘时间的座右铭。总之，“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”，只有通过实践动手，才能真正透悟一门本领。这次的机械课程设计画的是航空开伞器，参考着图册和实物，自己从头开始比较完整的设计了一个航空开伞器。感觉每个机械机构都是一门艺术，各个看似非常的普通的零件，按照一定的关系组合在一起，构成了一个完成一定的功能的精妙的机械。大致数了一下一个小小的航空开伞器居然有上百个小零件组成！太让人难以置信了。设计是一门大学问，

22、没有丰富的经验和丰厚的知识积累，是不可能设计出出色的作品。我想我的航空开伞器中必定还有许多不合理的地方，如果将我的设计做成成品，它工作的可靠性是值得质疑的。设计没有对错，只有合不合理。只有不断地实践，积累经验，才能合格的设计者。这次机械课设，是非常有意义的。这不仅是对我们所学知识的一种最有效的检验方式，也是提高我们能力的最好的方式。还有我最想说的是，画A0的图纸不仅是技术活，更是一件体力活。尤其还是在期末考试周，压力相当巨大。这次挑战更加锻炼了我的心智。3. 参考资料1 蒋秀珍.2009.机械学基础.第二版.北京：教育出版社2 蒋秀珍.2010 机械学基础综合训练图册.第三版.北京：科学出版社3张晓光.机械学基础综合训练指导书4. 鸣谢感谢*老师在过去的一年里给予了精心教诲；感谢*老师在实验中给予了详细的讲解；感谢*老师在课设过程中给予了耐心的指导。27