航空開(kāi)傘器課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）</p><p>　　課程名稱： 機(jī)械學(xué)基礎(chǔ) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 航空開(kāi)傘器 </p><p>　　院 系： ****************</p><p>　　班 級(jí)： ******* </p&

2、gt;<p>　　設(shè) 計(jì) 者： ****** </p><p>　　學(xué) 號(hào)： ********** </p><p>　　指導(dǎo)教師： ******* </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2011-02-21至2011-03-11</p><p><b&g

3、t;　　目錄</b></p><p>　　1航空開(kāi)傘器簡(jiǎn)介 1</p><p>　　1.1開(kāi)傘器的用途 1</p><p>　　1.2開(kāi)傘器的工作原理1</p><p>　　2航空開(kāi)傘器設(shè)計(jì) 3</p><p>　　2.1開(kāi)傘器能源（雙層力彈簧）分析設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1

4、.1已知條件 3</p><p>　　2.1.2雙層彈簧設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1.2.1大彈簧設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1.2.2小彈簧設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2開(kāi)傘器時(shí)控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.2.1已知條件6</p><p>　　2.2.2三級(jí)升速齒輪設(shè)計(jì)

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(jì)算9</p><p>　　2.3開(kāi)傘器高控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.3.1已知條件12</p><p>　　2.3.2膜盒組件設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.3.3桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)13</p><p><b&

6、gt;　　3設(shè)計(jì)體會(huì)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(kāi)傘器簡(jiǎn)介</b></p><p><b>　　1.1開(kāi)傘器的用途</b>&l

7、t;/p><p>　　開(kāi)傘器是一種機(jī)械式短時(shí)間延時(shí)控制機(jī)構(gòu)。也可實(shí)現(xiàn)高度控制，可用于空投和駕駛員救生。將開(kāi)傘器裝在空投的人或物體上，跳離飛機(jī)后，開(kāi)傘器可以控制在一定時(shí)間和達(dá)到一定高度時(shí)自動(dòng)打開(kāi)傘包，從而保證了空投的安全。此外，開(kāi)傘器也可以用來(lái)延時(shí)引爆，例如魚(yú)雷的引爆。</p><p>　　1.2開(kāi)傘器的工作原理</p><p>　　開(kāi)傘器主要由能源、時(shí)間控制機(jī)構(gòu)和高度控

8、制機(jī)構(gòu)三部分組成。工作原理見(jiàn)圖1-1：</p><p>　　圖1-1 開(kāi)傘器工作原理圖</p><p>　　開(kāi)傘器工作時(shí)所需要的能量由壓縮彈簧2供給的。開(kāi)傘器工作前拉鋼索1，將彈簧壓縮，儲(chǔ)存能量。開(kāi)傘器工作時(shí)，彈簧恢復(fù)力做功，釋放能量。時(shí)間控制部分主要由一個(gè)輪系和一個(gè)無(wú)固有周期的擒縱調(diào)速器組成。開(kāi)傘器工作前軟鎖針15插入慣性輪14缺口中，將整個(gè)機(jī)械鎖住。拉鋼索1，將彈簧2壓縮（實(shí)線位置）。

9、當(dāng)空投者或物離開(kāi)飛機(jī)，軟鎖針被拔出。此時(shí)在彈簧恢復(fù)力P作用下，滑輪3推動(dòng)制動(dòng)塊4，使扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)三級(jí)升速齒輪傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)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(dòng)。由于扇形齒輪5于其上的制動(dòng)塊4順勢(shì)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，當(dāng)制動(dòng)塊最外端與滑輪3圓周右側(cè)邊界點(diǎn)脫開(kāi)時(shí)，彈簧釋放，帶動(dòng)鋼索1將傘包上的鎖扣開(kāi)啟。</p><p>　　高度控制部分主要由真空膜盒組件和桿機(jī)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(dāng)扇形齒輪5轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后，其上的銷6與主動(dòng)桿7接觸，扇形齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銷6推動(dòng)杠桿7帶動(dòng)桿8轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)，時(shí)控機(jī)構(gòu)繼續(xù)工作，直至彈簧被釋放把傘包打開(kāi)。</p><p>　　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(guò)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(shí)，不損傷擒縱調(diào)速器。在準(zhǔn)備工作階段，制動(dòng)塊可以繞點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)以讓開(kāi)下移的滑輪，然后在扭簧的作用下立即恢復(fù)到圖示的位置，并且不能再繞點(diǎn)做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　整個(gè)工作過(guò)程可用流程圖描述如下：</p><p>　　圖1-2開(kāi)傘器工作流程</p><p><b>　　航空開(kāi)傘器設(shè)計(jì)</b&

12、gt;</p><p>　　2.1開(kāi)傘器能源（雙層力彈簧）分析設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1.1已知條件</b></p><p><b>　　（1）彈簧釋放力：</b></p><p><b>　?。?）沖程：</b></p><p>　　（3

13、）對(duì)應(yīng)時(shí)控機(jī)構(gòu)彈簧的行程：</p><p>　?。?）大小彈簧力比：</p><p>　　（5）預(yù)緊力與釋放力關(guān)系：</p><p><b>　?。?）彈簧管內(nèi)徑：</b></p><p>　　2.1.2雙層彈簧設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.2.1大彈簧設(shè)計(jì)</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(jí)碳素彈簧鋼絲的拉升強(qiáng)度極限，取。再由資料1的表15-3可得Ⅲ類彈簧的許用切應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)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(shè)計(jì)</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(jí)碳素彈簧鋼絲的拉升強(qiáng)度極限，取。再由資料1的表15-3可得Ⅲ類彈簧的許用切應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)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(kāi)傘器時(shí)控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)控機(jī)構(gòu)由三級(jí)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(shí)時(shí)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(dòng)比：</b></p><p>　　2.2.2三

20、級(jí)升速齒輪設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）傳動(dòng)比設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于圓柱齒輪的單級(jí)傳動(dòng)比不宜過(guò)大，一般小于10，所以傳動(dòng)級(jí)數(shù)選為三級(jí)，按照誤差最小原則以及體積最小原則分配各級(jí)傳動(dòng)比。從精度看，應(yīng)按照“先大后小”的原則，各級(jí)傳動(dòng)比可定為</p><p>　?。?）模數(shù)及齒數(shù)的設(shè)計(jì)</p><p>

21、　　在開(kāi)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(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)開(kāi)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(dòng)比i和齒數(shù)z可按下式求出模數(shù)。</p><p>　　綜上，三級(jí)齒輪的模數(shù)及齒數(shù)選擇如下：</p><p><b>　　第一級(jí)：，，，</b></p><p><b>　　第二級(jí)：，，，</b&

22、gt;</p><p><b>　　第三級(jí)：，，，</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(shí)不發(fā)生根切現(xiàn)象，需采用高度變位齒輪。</p><p>　　第一級(jí)：，由參考資料1第87頁(yè)變位系數(shù)圖取，</p><p>　　第二級(jí)：，由參考

23、資料1第87頁(yè)變位系數(shù)圖取，</p><p>　　第三級(jí)：，由參考資料1第87頁(yè)變位系數(shù)圖取，</p><p>　?。?）各級(jí)齒輪的詳細(xì)參數(shù)如下：</p><p><b>　　第一級(jí)：</b></p><p>　　傳動(dòng)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(jí)：</b></p><p>　　傳動(dòng)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(jí)：</b>&

32、lt;/p><p>　　傳動(dòng)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(jì)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(dòng)，從而達(dá)到延時(shí)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(fù)力的作用下，擒縱輪上將產(chǎn)生作用力矩M，使其逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)擒縱輪齒與擒縱輪叉進(jìn)瓦接觸時(shí)，在接觸點(diǎn)上擒縱叉的力為，沿進(jìn)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，擒縱叉逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角后，擒縱輪齒與進(jìn)瓦脫開(kāi)。在作用下擒縱輪轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后，另一個(gè)擒縱輪齒與擒縱叉出瓦接觸。此時(shí)，齒輪作用于出瓦的力為，力產(chǎn)生使擒縱叉順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。當(dāng)擒縱叉順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角后，輪齒與出瓦脫開(kāi)，在力矩的作用下，擒縱輪由轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。直到下一個(gè)

38、齒與進(jìn)瓦接觸，就這樣擒縱叉擺動(dòng)一次，擒縱輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，所需的時(shí)間為一個(gè)周期。周期的近似計(jì)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(dòng)慣量</p><p>　　——擒縱輪齒與進(jìn)瓦接觸時(shí)，對(duì)叉軸

39、作用的力矩</p><p>　　——擒縱輪齒與出瓦接觸時(shí)，對(duì)叉軸作用的力矩</p><p>　　——進(jìn)瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度</p><p>　　——出瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度</p><p><b>　　控制的時(shí)間為：</b></p><p>　　對(duì)于本航空開(kāi)傘

40、器式中：</p><p><b>　　總傳動(dòng)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(shí)間秒可得扇形齒輪的工作角度 。</p><p>　　擒縱調(diào)

41、速器沒(méi)有固定的周期，要調(diào)節(jié)擒縱調(diào)速器的周期，可以通過(guò)改變慣性輪的質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.3開(kāi)傘器高控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　高度控制機(jī)構(gòu)主要由真空膜盒組件和桿機(jī)構(gòu)組成。膜盒的形變和其所處的空間的壓強(qiáng)有關(guān)。大氣壓強(qiáng)與海拔高度成正比。在未達(dá)到開(kāi)傘高度時(shí)，膜盒組件的中心桿會(huì)將桿機(jī)構(gòu)卡住，是時(shí)控機(jī)構(gòu)停止工作。當(dāng)達(dá)到開(kāi)傘工作后，膜盒被大氣壓強(qiáng)壓縮，中心桿下降，時(shí)控機(jī)構(gòu)又開(kāi)始工作，

42、延時(shí)結(jié)束后，將傘打開(kāi)。通過(guò)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(duì)應(yīng)關(guān)系。在開(kāi)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(kāi)傘器后面的孔中，轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙就可以調(diào)節(jié)高度。不過(guò)，膜盒刻度盤(pán)上的示值是海拔高度，空投時(shí)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>　?。?）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(shè)計(jì)</p><p>　　選擇工作直徑、鈹青銅材料、E型膜片的膜盒。兩個(gè)膜片的總位移為</p><p>　　500m高度對(duì)應(yīng)的大氣壓強(qiáng)為，4000m對(duì)應(yīng)的大氣壓強(qiáng)為，則E型膜片的相對(duì)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）制動(dòng)塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　時(shí)控機(jī)構(gòu)工作對(duì)應(yīng)的彈簧行程為4.3mm，即裝在彈簧上的滑輪推動(dòng)固定在扇形齒輪上的制動(dòng)塊繞扇形齒輪軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)彈簧的行程為4.3mm時(shí)，滑輪與制動(dòng)塊相

46、切，扇形齒輪剛好轉(zhuǎn)過(guò)了22.418°。由此條件，可根據(jù)幾何關(guān)系得出制動(dòng)塊長(zhǎng)度的大小。示意圖見(jiàn)圖2-3。</p><p>　　圖2-3制動(dòng)塊示意圖</p><p>　　由圖可得出制動(dòng)塊長(zhǎng)度l與其距扇形齒輪軸中心距離y的關(guān)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(fù)位，l必須小于y。取，

47、，可得，。</p><p><b>　　（2）連桿設(shè)計(jì)</b></p><p>　　連桿設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>

48、　　這次的機(jī)械課程設(shè)計(jì)畫(huà)的是航空開(kāi)傘器，參考著圖冊(cè)和實(shí)物，自己從頭開(kāi)始比較完整的設(shè)計(jì)了一個(gè)航空開(kāi)傘器。感覺(jué)每個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)都是一門(mén)藝術(shù)，各個(gè)看似非常的普通的零件，按照一定的關(guān)系組合在一起，構(gòu)成了一個(gè)完成一定的功能的精妙的機(jī)械。大致數(shù)了一下一個(gè)小小的航空開(kāi)傘器居然有上百個(gè)小零件組成！太讓人難以置信了。如果說(shuō)要讓我自己完全自己沒(méi)有參照從頭設(shè)計(jì)，我不可能設(shè)計(jì)出來(lái)。設(shè)計(jì)是一門(mén)大學(xué)問(wèn)，沒(méi)有豐富的經(jīng)驗(yàn)和豐厚的知識(shí)積累，是不可能設(shè)計(jì)出出色的作品。設(shè)計(jì)沒(méi)有

49、對(duì)錯(cuò)，只有合不合理。我想我的航空開(kāi)傘器中必定還有許多不合理的地方，如果將我的設(shè)計(jì)做成成品，它工作的可靠性是值得質(zhì)疑的。這是一個(gè)必然的結(jié)果，因?yàn)槲业哪芰Σ粔?，只?jiǎn)簡(jiǎn)單單的學(xué)過(guò)一年的機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)，就算是讓我設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的零件我都會(huì)感到壓力重重，因?yàn)槭紫瘸叽绲恼`差就會(huì)讓我瘋掉。</p><p>　　這次機(jī)械課設(shè)，是非常有意義的。這不僅是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的一種最有效的檢驗(yàn)方式，也是提高我們能力的最好的方式。還有我最想說(shuō)的是，

50、畫(huà)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(jī)械學(xué)基礎(chǔ).第二版.北京：教育出版社</p><p>　　[2] 蔣秀珍.2010 機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)綜合訓(xùn)練圖冊(cè).第三版.北京：科學(xué)出版社</p><p>　　[3]張曉光.機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)綜合訓(xùn)