Проектирование носка стабилизатора самолета

Введение В данной работе рассматриваетс я легкий многоцелевой самолет М 101 Т «Гжель». Он разработан ЭМЗ имени В.М. Мясищева и рассчитан на 7 пассажиров, может быть использован в качестве бизнес-самолета, а также предназначен для деловых полетов, па ссажирских и грузовых перевозок на мало загруженных авиалиниях, оказан ия экстренной медицинской помощи и других авиа работ. Самолет незаменим в качестве: транспортного средства региона и различного вида мониторин га, средства перевозки пассажиров и грузов, средства оказания экстренно й медицинской помощи, воздушного средства для туризма. Герметический салон и большая высота полета позволяют создать пассажирам весьма комфортабельные условия. М - 1 01 до настоя щего времени остается единственным российским деловым самолетом с гер мокабиной и ТВД. Для более полного представления самолета в таблице 1 приведены его харак теристики. Таблица 1 – Основные характеристики самолета Гже ль Экипаж 1 – 2 чел . Макс. число пассажиров 7 чел . Макс. Взлетная масса 3270 кг Макс. посадочная масса 3160 кг Масса пустого самолета 2190 кг Макс. масса топлива 450 кг Макс. масса коммерческой нагру зки 540 кг Макс. масса груза в багажнике 65 кг Двигатель ТВД M -6 01F -22 ( 32) фирмы Walter Высота крейсерского полета 7600 м Крейсерская скорость на высот е 7600 300 – 3 40 км /ч Дальность полета с макс. заправкой топлива на высоте 7600 м с крейсерской скоростью 340 км /час 1100 км Длина разбега на твердой сухой грунтовой ВПП при стандартных атмосферных условиях 590 м Длина пробега на грунтовой ВПП при стандартных атмосферных условиях 470 м Геометр ические размеры самолета: длина высота размах крыла 10,152 м 3,397 м 13,00 м Самолет имеет цельнометаллическую конструкцию и з алюминиевых сплавов. Крыло большого удлинения кессонной конструкции – топливо размещается в баках, образованных двумя лонжеронами, нервюрами и обшивк ой крыла. В особо ответственных местах конструкции планера применяются сталь и титановые сплавы. Выполнение салона герметичным и большая высот а полета позволяют создать на самолете весьма комфортабельные условия. Низкоплан нормальной схемы. Шасси трехопорное с носовым колесом обеспе чивает эксплуатацию самолета с грунтовых аэродромов. Возможна установ ка поплавкового или лыжного шасси. Ресурс планера 10000 ч . Самолет оснащается сдвоен ным управлением, что позволяет использовать его в учебно-тренировочном варианте. Две двери: передняя пилотская и основная грузопассажирская, им еющая размер 1,15 х 1,2 3 м позволяют быстро конвертировать са молет в различные варианты применения, обеспечивая широкий круг функци ональных возможностей нового самолета бизнес-класса. Пассажирский сал он самолета М - 1 01Т « Г жель » и кабина экипажа представляют собой единый отсек, снабженный современной системой кондиционирования , обеспечивающий высокий уровень комфорта. Сдвоенная система управлени я существенно расширяет эксплуатационный диапазон нового воздушного с удна, при этом кресло второго пилота легко переоборудуется в пассажирск ое место. Фюзеляж стрингерный. Горизонтальное и вертикальное оперение в ыполнено по нормальной схеме. Стабилизатор состоит из двух лонжеронов, стрингеров, нервюр и двух накла док. Накладки крепятся болтовыми соединениями. К стабилизатору крепятс я рули высоты с триммерами, между первым и вторым лонжеронами находятся четыре стрингера. Также по одному лючку на каждой консоли стабилизатора для доступа качалки системы управления триммерами. Носок стабилизатора изготовлен из Д1 6 ч . Он предназначен к ак конструктивный элемент, создающий часть профиля стабилизатора. Носо к стабилизатора должен обладать достаточной прочностью и жесткостью, т ак как он испытывает действие лобового сопротивления от набегающего по тока. Носок выполняется с высокой точностью геометрических размеров и в ысоким качеством поверхности, из-за того что на нем зарождается аэродина мическое обтекание всего стабилизатора. 1. Обоснование технических решений 1.1 Техническое описан ие сборочной единицы Носок стабилизатора предназначен как конструктивный элемент создающи й переднюю часть профиля стабилизатора. Главное его назначение это заро ждение аэродинамического обтекания Рабочей средой носка является воздушная среда. Он воспринимает на себя лобовое сопротивление, подъемную силу, а также темп ературные нагрузки из-за торможения потока на передней кромке или отриц ательных температур. А также вибрационные нагрузки, крутящие и изгибающ ие моменты. Агрегат состоит из двух нижних и одной верхней обшивки , имеющих одинарную к ривизну, выполненных из материала Д16 чАТВ . Диафрагмы носка являются «каркасом», имеют малую жестко сть и сплошную форму, их нее положение влияет на контур носка. Все диафраг мы выполнены из Д16чАМ. Лобик выполнен из Д16чАТВ и имеет двойную кривизну. Н осок также состоит из прокладки, зако нцовки и лючка. В та блице 1.1 приведен состав материала Д1 6 ч , из которого выполнены все детали носка стабилизатора. Таблица 1.1 – Химический состав материала Д1 6 ч Материал Содержание ( %) Al 91,25 Fe 0,3 Si 0,2 Mg 1,8 Mn 0,9 Cu 4, 9 Ti 0, 1 5 Cr 0,1 Zn 0 , 25 примеси 0,15 Алюминий занимает первое место по совокупности л егкости, коррозионной стойкости и дешевизне при достаточной прочности для деталей агрегата. Поэтому все детали изготовлены из Д1 6 ч . В таблице 1.2 приведены подробные свойства этого материала. Таблица 1.2 – Физические сво йства Д1 6 ч Свойство Значение Единица изме рения Плотность 2,85*10 -3 кгс/см 2 Прочность 440 МПа Модуль упругости 7,5*10 5 кгс/см 2 Рабочая температура 200 о С Обработка резанием удовлетворительная Коррозионная стойкость М алая При сборке носка стабилизатора применяется двухс торонняя клепка впотай, так как агрегату требуются высокие аэродинамич еские свойства, следовательно высокая чистота нар ужной поверхности. 1.2 Технические услови я на сборку На виде сверху носок стабилизатора имеет трапеци евидную форму, в сечение же он представляет собой п араболическую форму . На гео метрическую форму изделия влияет положение диафрагм, обшивок и лобика, о ни должны иметь строгое сочетание по контуру и подсечкам по всей длине д етали. Возможное отклонение от теоретического ко нтура не должно превышать ± 0, 7 мм , так как изделие имеет пря мое отношение к аэродинамическим обводам. Сборочная единица стыкуется с лонжероном стабилизатора с помощью винт ов. Стыковые узлы отсутствуют. Рабочей поверхностью агрегата является лобик, ве рхняя и нижние обшивки. Требования к качеству их поверхности очень высок ие, так как они непосредстве нно влияют на аэродинамическое обтекание. В изделии к клепаному шву предъявляются следующие требования: На заклепка х и деталях должны отсутствовать механические по вреждения; Потайная головка не должна западать; Утяжка и провал обшивки не должны превышать 0,2 мм ; Между деталями не должно быть зазора; Размер замыкающей головки должен соответствоват ь норме: D = 1,5 d ± 0,1 d H = 0,4 d Расположен ие заклепок в шве, его прямолинейность, ширина перемычек, шаг должны лежа ть в пределах допуска по чертежу . Носок стаби лизатора не выполняет никаких дополнительных функций. 1.3 Оценка технологичн ости сборочной единицы и её деталей В конструкции носка стабилизатора присутствуют детали двойной кривизн ы (лобик), что значительно усложняет ЗШО и сборочную оснастку. Отсутствие подсборок не позволяет применить параллельную сборку и сократить цикл сборки. В конструкции агрегата все детали изготовлены из листа стандартной толщины 0,6 и 0,8 м м . Поэтому К ст высокий, следовательно снижаются затраты на изготовление с пециальных деталей. К ст = 20/20 = 1 Конструкция деталей носка стабилизатора унифици рована, применяются заклепки диаметром 3 мм , что приводит к применению минимального количества применяемого ин струмента. К ун = 1 – 9/20 = 0,55 Весь агрегат выполнен из Д1 6 ч , который достаточно технологи чен. Это сокращает время на обработку и сборку, что снижает затраты. Коэффициент механизации достаточно низкий, так к ак только ряд заклепок клепается прессовой клепкой, прессовая клепка вы соко производительная и значительно снижает себестоимость изделия. К мех = 212/570 = 0,37 К сборочной единице предъявляются высокие требования к качеству повер хности после клепки, высокие требования к форме и обводам носка, его разм ерам ; а также плотности прилегания деталей по конт уру, обеспечению подгонки деталей без зазоров в зонах стыка. Все эти треб ования значительно увеличивают затраты на производство. Конструкция носка стабилизатора в целом технологична, так как имеет мал ый расход материала, высокий К ст и приемлемый К мех . Мало применяется режущего инструмента. Но агрегат имеет по вышенную сложность качественной сборки носка с высокими требованиями по форме и обводам. 2. Обоснование технологических решен ий 2.1 Составление схемы членения сборочной единицы Чтобы получить информацию о взаимном расположени и деталей и подсборок носка на рисунке 2.1 приведена его технологическая схема членения в виде блок-сх емы. Рисунок 2.1 – Технологическая схема членения Для более полного представления о взаимном распо ложении и соединении деталей между собой на рисунке 2.2 представлен граф с опряжений. а 1 Л – лобик а 1 В – верхняя обшивка а 1 нп – полуобшивка нижняя правая а 1 нл – полуобшивка нижняя правая а 4 – диафрагмы а 3 П – прокладка а 1 З – заканцовка а 3 К – крышка люка Рисунок 2.2 – Граф сопряжений 1.4 Обоснование и соста вление схемы обеспечения взаимозаменяемости сборочной единицы и ее де талей Для обеспечения точности сборочной единицы необх одимо увязать (привести в соответствие) размеры заготовительно-штампов очной оснастки для изготовления детали с размерами сборочного приспос обления. Для этого при переносе размеров используют жесткие, не изменяющ ие форму средства, а не мерительный инструмент, так как большинство дета лей не жесткие и имеют сплошную форму. При этом методе в начале по чертежу в масштабе 1:1 изготавливается первоисточник увязки, а все остальные сред ства переноса изготавливаются по нему методом копирования. В качестве первоисточника для носка стабилизатор а используют шаблон ОК, по которому изготавливаются остальные шаблоны для заготовительно-штамповочной оснастки и сборо чного приспособления. Схема обеспечения взаимозаменяемости выполнена в виде блок-схемы (Рисунок 2.3), на которой подробно указан состав и взаимосв язь контрольной оснастки, необходимой для обеспечения точности размер ов и форм собираемого изделия. 1.5 Обоснование и выбор метода сборки Носок стабилизатора имеет прямое отношение к аэр одинамическим обводам, что обязывает выполнять сборку с высокой точнос тью В конструкции стыковые узлы отсутствуют. Жесткость элементов конструкции малая. Все детали выполнены из листово го материала. Верхняя и нижние обшивки имеют одинарную кривизн у, а лобик в свою очередь двойную кривизну. Поперечный внутренний набор состоит из диафрагм. Они являются каркасом носка, имеют малую жесткость и сплошную форму, положение которых влияет на контур агрегата. Компенсаторы в конструкции отсутствуют. На основании выше изложенных характеристик сборка будет производиться в сборочном приспособлении с базой на наружную поверхность обшивки. В к ачестве баз для основных деталей будут применятся: Диафрагмы – сборочные отверстия и внутренняя поверхность полок и стенки; Полуобшивки – наружный контур диафрагм, упоры сб орочного приспособления; Лобик – наружный контур диафрагм, подсечка или на ружный контур полуобшивок, ложементы сборочного приспособления. 1.6 Обоснование и разра ботка схемы сборки На рисунке 2.4 изображена схема сборки носка стабил изатора. На ней указана последовательность выполнения сборочных опера ций, а также сборочные базы, состав сборочной единицы и применяемое обор удование с инструментом. 1.7 Разработка техничес ких условий поставки деталей на сборку Наибольшее влияние на точность изделия оказывают диафрагмы, обшивки и лобик, поэтому к ним предъявляются высокие требова ния к точности изготовления. Детали носка стабилизатора изготовлены из матери ала Д1 6 ч , а сам носок работает в воздушной среде при средних температурах. Д1 6 ч подвергается закалке + старение, в свя зи с этим к нему предъявляются следующие требования по прочности и тверд ости: В = 41,5 ч 43,5 кгс/мм 2 и Н В = 1050 . Шероховатость механически обрабатываемых по верхностей R Z = 20 . Для обеспечения химической стойкости используется покрытие: анодное оксидирование (грунтовка 20 – 0215.400 ОСТ 190055 – 81) . Так как диафрагмы, обшивки и лобик требуют высокой точности изготовления, то предельные отклонения не должны выходить за р амки поля допуска ± 1Т14 / 2, они обязательно контролируются шаблонами. Прокл адка, законцовка и лючок изготавливаются в соответствии с чертежом. Лобик – обработан в размер и имеет направляющие отверстия; Диафрагмы – обработаны в размер; Полуобшивки – обработаны в размер , имеют установ очные и направляющие отверстия; Лючок – обработан в размер, имеет направляющие отверстия ; Прокладка – обработана в размер; Законцовка – обработана в размер и имеет направл яющие отверстия. 1.8 Разработка техноло гического процесса сборки сборочной единицы На основании выбранного метода сборки и с учетом составленной схемы сбо рки разработан технологический процесс сборки (таблица 2.1), в котором кром е сборочных операций входят операции техническо го контроля. Таблица 2.1 – Т ехнологическ ий процесс сборки Наименование операции Инструме нт Т i 1 Установить диафрагмы, прокладку и полуобшивки в с борочное приспособление . Р азметить по заклепки крепления. Фиксаторы сборочного приспособления, карандаш. н. 2/0 2 Сверлить и зенковать отверстия под заклепки креп ления диафрагм с прокладкой и полуобшивками по на правляющим отверстиям в диафрагмах. Сверлильна я машина, сверло, зенковка. н. 4/0 3 Клепать диафрагмы, прокладку и полуобшивки. Пневмомолоток, поддержка. 5 5/0 4 Установить лобик. Фиксаторы, упоры . 5 0/30 5 Разметить к репления лобика с диафрагмами, прокладкой, обшивкой верхней. Линейка, к арандаш. 5 1/0 6 Сверлить, разделать, зенковать отверстия Сверли льная машина, 4 4/0 под заклепки крепления лобика с прокладкой, диафр агмами, обшивкой верхней по направляющим отверстиям в лобике, диафрагма х, обшивке верхней. сверло, зенковка. 7 Клепать лобик. Пневмомолоток, поддержка. 5 2/0 8 Установить законцовку, разметить её положение. Фиксаторы сборочного приспособления, линейка карандаш. 4 1/0 9 Сверлить, зенковать отв ерстия в законцовке по направляющим отверстиям в прокладке, лобике, полу обшивках и диафрагмах. Сверлильная машина, сверло, зенковка. 4 2/0 10 Клепать законцовку с лобиком, про кладкой, полуобшивками. Пневмомолоток, 11 Установить крышку люка, разметить ее положение. Линейка, карандаш. 5 0/30 12 Сверлить отверстия в прокладке по направляющим о тверстиям в крышке люка под болты крепления. Сверлильная машина, сверл о. 5 0/30 13 Снять крышку люка. 5 0/15 14 Установить анкерные гайки. 5 0/30 15 Сверлить и зенковать отверстия п од заклепки крепления анкерных гаек в прокладке. Сверлильная машина, с верло и зенковка. 4 5/0 16 Клепать анкерные гайки. Пневмомолоток, поддержк а. 5 1/0 17 Установить крышку люка на технологически винты. Винты, отвертка 4 1/0 18 Вынуть носок стабилизатора из сборочного прписп особления. 0/15 19 Доклепать в нужных местах. Пневмомолоток, подде ржка. 4 1/0 20 Произвести контроль визуальным методом, провери ть на комплектность, на соответствие выполненных работ по чертежу (геоме трия, форма) 1.9 Выбор методов техни ческого контроля Для контроля носка стабилизатора применяется визуальный метод контрол я , поверяется сборочный агрегат на комплектность, на соответствие вы полненных работ согласно черт ежа ( геометрии, формы, массы). При контроле производится проверка: Заклепок и соединяемых деталей на соответствие материала; Точность разметки – мерительным инструментом; Размер отверстий – калибр пробкой, штангенцирку лем; Формы и размера гнезда – с помощью стрелочного пр ибора и контрольной заклепки; Форму и размеры замыкающих головок – шаблонами; Плотность прилегания деталей – щупом; Прямолинейность клепаного шва – линейкой; Зазоров в стыках деталей – щупом; Веса – весами; Качества кл епки на отсутствие трещин, свала головок и так далее – щупом, лупой; Обводы носка стабилизатора проверяют ШК. 1.10 Нормирование двух о пераций технологического процесса сборки В начале была пронормирована оп ерация «сверление нижней левой полуобшивки». T шт = 0,016 * 2,7 0,8 * 1,8 0,49 = 0,067 Т i = T шт * n * К n + 0,04 = 0,067 * 37 * 1 + 0,04 = 2,519 Затем была пронормирована операция «клепка нижн ей левой полуобшивки». T шт = C i * Е а = 0 ,0454 * ( 1,3 * 2,6 + 1,8 ) 0,29 * 1,15 = 0,084 Т i = T шт * n * К n + 0,04 = 0,084 * 37 * 1 + 0,04 = 3,148 3. Обоснование конструкторских решен ий 3.1 Обоснование конструкции сборочного приспособления и описание его работы В состав конструкции сборочного приспособления входят элементы каркас а (п. 1 ,2) и фиксирующие элементы (п. 3 – 6) : Балка – пре дназначена для объединения всех элементов сборочного приспособления в единое целое; Колонны – предназначены для закрепления на них б алки; Ложементы – предназначены для фиксации положени я лобика; Кронштейны – предназначены для установки и пере мещения на них ложементов; Кронштейны – предназначены для точной фиксации положения диафрагм; Фиксаторы – предназначены для фиксации положени я лобика и полуобшивок. В начале в приспособление устанавливаются диафрагмы на кронш тейны и закрепляются пружинными фиксаторами, что дает абсолютно точное положение, поскольку кронштейны полностью повто ряют внутренний контур диафрагм. Потом устанавливаются полуобшивки по упорам сборочного при способления и прижимаются фиксаторами к диафрагмам на кронштейнах. Лоб ик устанавливается на диафрагмы и прижимается ложементами. Выемка уже с обранного агрегата производится следующим образом: в начале откидываю тся фиксаторы. Затем убираются ложементы и после этого агрегат без всяки х сдвигов свободно вынимается. 3.2 Монтаж сборочного приспособления При монтаже сборочного приспособления применяется метод с применением монтажного эталона. В начале собирают пространственный каркас из ста ндартных деталей. В каркас вводят монтажный эталон, ориентируют при помо щи оптических средств в сборочное положение и подвешивают. В первую очередь устанавливают реперные площадки сборочного приспособления, по которым монтажный эталон будет выставляться при пос ледующих проверку. Для этого предварительно к реперным площадкам монта жного эталона болтами крепят реперные площадки сборочного приспособле ния, хвостовики которых попадают в стаканы, приваренные к реперной балке и заливают цементом. Затем опускают фиксаторы и ложементы, привариваю т кронштейны под диафрагмы. Зазоры между ними и плитами заливают корбино льно-цементной массой. После отвердевания болты реперов отпускают, фиксаторы и ложементы откидывают . Затем вынимают монтажный эталон из сборочного приспособле ния, которое воспроизводит обводы агрегата по основным сечениям. Заключение В предоставленном проекте выполнен анализ конструкции и технологическ их особенностей носка стабилизатора. На основании этого анализа были ра зработаны требования , предъявля емые к сборочной единице. На основании этих требований был выбран метод сборки в сборочном приспособлении, что потребова ло разработки схемы обеспечения взаимозаменяемости и увязки технологи ческих особенностей. В соответствии с принятой схемой базирования был а разработана схема сборки, в которой определилась последовательность подачи деталей с учетом хороших подходов, а также выбран инструмент и об орудование необходимое для быстрого и качественного процесса сборки. Схема сборки была дополнена контрольными операциями с выбором необход имого оснащения. Часть операций была пронормирована, что позволило разр аботать полноценный технологический процесс сборки, позволяющий собра ть носок стабилизатора со всеми предъявленными к нему требованиями.