航空开伞器专业课程设计项目说明指导书.doc

Harbin Institute of Technology
课程设计阐明书（论文）

课程名称： 机械学基本
设计题目： 航空开伞器
院 系： ****************
班 级： *******
设 计 者： ******
学 号： **********
指引教师： *******
设计时间：-02-21至-03-11

目录
1航空开伞器简介 1
1.1开伞器用途 1
1.2开伞器工作原理1
2航空开伞器设计 3
2.1开伞器能源（双层力弹簧）分析设计3
2.1.1已知条件 3
2.1.2双层弹簧设计4
2.1.2.1大弹簧设计4
2.1.2.2小弹簧设计5
2.2开伞器时控机构设计6
2.2.1已知条件6
2.2.2三级升速齿轮设计6
2.2.3擒纵调速器工作原理简介及扇形齿轮转角计算9
2.3开伞器高控机构设计11
2.3.1已知条件12
2.3.2膜盒组件设计12
2.3.3杆机构设计13
3设计体会15
4参照资料16
5鸣谢16

1． 航空开伞器简介
1.1开伞器用途
开伞器是一种机械式短时间延时控制机构。也可实现高度控制，可用于空投和驾驶员救生。将开伞器装在空投人或物体上，跳离飞机后，开伞器可以控制在一定期间和达到一定高度时自动打开伞包，从而保证了空投安全。此外，开伞器也可以用来延时引爆，例如鱼雷引爆。
1.2开伞器工作原理
开伞器重要由能源、时间控制机构和高度控制机构三某些构成。工作原理见图1-1：

图1-1 开伞器工作原理图
开伞器工作时所需要能量由压缩弹簧2供应。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。时间控制某些重要由一种轮系和一种无固有周期擒纵调速器构成。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作用下，滑轮3推动制动块4，使扇形齿轮转动。通过三级升速齿轮传动，运动和力矩传到擒纵调速器（由擒纵轮和擒纵叉构成）它可使弹簧力均匀释放，轮系近似匀速转动。由于扇形齿轮5于其上制动块4顺势一起转动，通过一定期间后，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将伞包上锁扣启动。
高度控制某些重要由真空膜盒组件和杆机构构成。随着高度下降、气压逐渐增大，膜盒变形增大，因而可以运用膜盒变形控制高度。当扇形齿轮5转过一定角度后，其上销6与积极杆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，扇形齿轮轴上扭簧恢复力矩将使它恢复到工作前位置（图示位置）。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滑轮，然后在扭簧作用下及时恢复到图示位置，并且不能再绕点做顺时针转动。
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开伞器能源（双层力弹簧）分析设计
2.1.1已知条件
（1）弹簧释放力：
（2）冲程：
（3）相应时控机构弹簧行程：
（4）大小弹簧力比：
（5）预紧力与释放力关系：
（6）弹簧管内径：
2.1.2双层弹簧设计
2.1.2.1大弹簧设计
初选大弹簧中径，大弹簧丝直径，由参照资料1表15-4可查直径为2mmD级碳素弹簧钢丝拉升强度极限，取。再由资料1表15-3可得Ⅲ类弹簧许用切应力，切变模量G取83000MPa。
由弹簧特性可以求得最大弹力为

弹簧最大形变为

由此，大弹簧最大弹力为

由强度条件

及资料表15-8可查旋绕比，由求得，不大于估取弹簧丝直径，满足强度规定。
大弹簧工作圈数为

因此大弹簧大径为，弹簧丝直径，工作圈数。
2.1.2.2小弹簧设计
一方面小弹簧需满足可以放入大弹簧内，即

因此，初选，。
由参照资料1表15-4可查直径为1.4mmD级碳素弹簧钢丝拉升强度极限，取。再由资料1表15-3可得Ⅲ类弹簧许用切应力，切变模量G取83000MPa。
由弹簧特性可以求得最大弹力为

弹簧最大形变为

由此，小弹簧最大弹力为

由强度条件

及资料表15-8可查旋绕比，由求得，不大于估取弹簧丝直径，满足强度规定。
大弹簧工作圈数为

因此大弹簧大径为，弹簧丝直径，工作圈数。
2.2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构成。
2.2.1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：
2.2.2三级升速齿轮设计
（1）传动比设计
由于圆柱齿轮单级传动比不适当过大，普通不大于10，因此传动级数选为三级，按照误差最小原则以及体积最小原则分派各级传动比。从精度看，应按照“先大后小”原则，各级传动比可定为

（2）模数及齿数设计
在开伞器中，齿轮传递力矩较小，可按构造工艺条件拟定，不必按强度计算。依照开伞器外廓尺寸可大体拟定齿轮中心距a，再依照所选定传动比i和齿数z可按下式求出模数。

综上，三级齿轮模数及齿数选取如下：
第一级：，，，
第二级：，，，
第三级：，，，
（3）变位系数选用
由于齿轮齿数不大于17，为了保证加工时不发生根切现象，需采用高度变位齿轮。
第一级：，由参照资料1第87页变位系数图取，
第二级：，由参照资料1第87页变位系数图取，
第三级：，由参照资料1第87页变位系数图取，

（4）各级齿轮详细参数如下：
第一级：
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
中心距：
分度圆直径d：
大齿轮
小齿轮
齿根圆直径：
大齿轮
小齿轮
齿顶圆直径：
大齿轮
小齿轮
基圆直径：
大齿轮
小齿轮
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
中心距：
分度圆直径d：
大齿轮
小齿轮
齿根圆直径：
大齿轮
小齿轮
齿顶圆直径：
大齿轮
小齿轮
基圆直径：
大齿轮
小齿轮
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
中心距：
分度圆直径d：
大齿轮
小齿轮
齿根圆直径：
大齿轮
小齿轮
齿顶圆直径：
大齿轮
小齿轮
基圆直径：
大齿轮
小齿轮
分度圆齿厚S：
大齿轮
小齿轮
2.2.3擒纵调速器工作原理简介及扇形齿轮转角计算
擒纵调速器作用是使弹簧能量均匀释放，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某些构成，如图2-1所示。

图2-1 擒纵调速器工作原理
在弹簧2 恢复力作用下，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，在接触点上擒纵叉力为，沿进瓦法线方向，偏离擒纵轮齿回转中心。力产生使擒纵叉逆时针转动力矩，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，另一种擒纵轮齿与擒纵叉出瓦接触。此时，齿轮作用于出瓦力为，力产生使擒纵叉顺时针转动力矩。当擒纵叉顺时针转过角后，轮齿与出瓦脱开，在力矩作用下，擒纵轮由转过一定角度。直到下一种齿与进瓦接触，就这样擒纵叉摆动一次，擒纵轮转过一种齿，所需时间为一种周期。周期近似计算公式如下：

式中：
T——周期
——擒纵叉上所有零件转动惯量
——擒纵轮齿与进瓦接触时，对叉轴作用力矩
——擒纵轮齿与出瓦接触时，对叉轴作用力矩
——进瓦与擒纵轮接触到脱离，擒纵叉轴转过角度
——出瓦与擒纵轮接触到脱离，擒纵叉轴转过角度
控制时间为：

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工作角度 。
擒纵调速器没有固定周期，要调节擒纵调速器周期，可以通过变化惯性轮质量来实现。
2.3开伞器高控机构设计
高度控制机构重要由真空膜盒组件和杆机构构成。膜盒形变和其所处空间压强关于。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位置间相应关系。在开伞器侧面有窗口，可以看到控制高度示值。将钥匙插入开伞器背面孔中，转动钥匙就可以调节高度。但是，膜盒刻度盘上示值是海拔高度，空投时须注意考虑空投地海拔高度。
2.3.1已知条件
（1）高度控制范畴：
（2）高度调节螺纹螺距：
（3）高度调节螺纹头数：
2.3.2膜盒组件设计
选取工作直径、铍青铜材料、E型膜片膜盒。两个膜片总位移为

500m高度相应大气压强为，4000m相应大气压强为，则E型膜片相对敏捷度为

由参照资料1图15-29可得，由参照资料1图15-30可得此膜盒非线性度约为3.2%，破坏压力为约为。
因此安全系数为

满足安全规定。
因此，选取膜盒工作直径为，膜盒最大直径为。膜盒组件构造如图2-2所示。

图2-2膜盒组件构造

2.3.3杆机构设计
（1）制动块设计
时控机构工作相应弹簧行程为4.3mm，即装在弹簧上滑轮推动固定在扇形齿轮上制动块绕扇形齿轮轴旋转，当弹簧行程为4.3mm时，滑轮与制动块相切，扇形齿轮刚好转过了22.418°。由此条件，可依照几何关系得出制动块长度大小。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关系

其中，r为滑轮半径。
由于要保证弹簧可以正常复位，l必要不大于y。取，，可得，。
（2）连杆设计
连杆设计可以采用作图办法拟定，示意图如图2-4。

图2-4连杆设计

3． 设计体会
这次机械课程设计画是航空开伞器，参照着图册和实物，自己从头开始比较完整设计了一种航空开伞器。感觉每个机械机构都是一门艺术，各个看似非常普通零件，按照一定关系组合在一起，构成了一种完毕一定功能精妙机械。大体数了一下一种小小航空开伞器居然有上百个小零件构成！太让人难以置信了。如果说要让我自己完全自己没有参照从头设计，我不也许设计出来。设计是一门大学问，没有丰富经验和丰厚知识积累，是不也许设计出出众作品。设计没有对错，只有合不合理。我想我航空开伞器中必然尚有许多不合理地方，如果将我设计做成成品，它工作可靠性是值得质疑。这是一种必然成果，由于我能力不够，只简简朴单学过一年机械学基本，就算是让我设计一种简朴零件我都会感到压力重重，由于一方面尺寸误差就会让我疯掉。
这次机械课设，是非常故意义。这不但是对咱们所学知识一种最有效检查方式，也是提高咱们能力最佳方式。尚有我最想说是，画A0图纸不但是技术活，更是一件体力活。

4． 参照资料
[1] 蒋秀珍. .机械学基本.第二版.北京：教诲出版社
[2] 蒋秀珍. 机械学基本综合训练图册.第三版.北京：科学出版社
[3]张晓光.机械学基本综合训练指引书
鸣谢
***教师在过去一年里予以了精心教诲，***教师在实验中予以了详细解说，***教师在课设过程中予以了耐心指引。在此表达诚挚感谢。