Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту-154 на основе анализа эксплуатации (стр. 4 из 12)
В ходе эксплуатации воздушных судов подвижные и неподвижные диски изнашиваются до величины, которая зависит от того, как часто имела место нестабильная циклоидальная вибрация дисков. Еще одно предлагаемое конструктивное усовершенствование решает проблему нежелательных радиальных циклических вибраций с помощью образования на дисках периферических вытянутых кольцевых бороздок на радиальных поверхностях подвижных и неподвижных дисков, таким образом, радиальные борозды играют роль гасителей нежелательных колебаний и сводят к минимуму радиальное перемещение дисков. Это позволяет продлить ресурс тормозных дисков. Сечение дисков показано на рис.1.5. 
Рис.1.5.
1.3.2.1 Расчет энергоемкости тормоза [5]
Энергоемкость тормозного узла:
(1.17.)где Q – количество тепла, выделяющегося при работе тормоза;
n – количество тормозных устройств в колесе;
ккал/кг·ч – механический эквивалент тепла.Количество тепла, выделяющегося при работе и поглощенное тормозом:
(1.18.)где KР=0,85 – коэффициент рассеивания тепла;
Gi – вес отдельных элементов тормоза;
CPi – удельная теплоемкость элементов тормоза;
ΔQv – прирост среднемассовой температуры пакета дисков,
ΔQv=Qv-Q0. (1.19.)
Удельные теплоемкости стали и углерода:
CР ст =0,15кал/г·град ;
CР уг =0,35кал/г·град .
Плотность стали и углерода:
γст =0,009г/мм3;
γуг =0,0025г/мм3.
Вес стальных и углеродных элементов определяется через плотность и объем:
(1.20.)Для получения объема со сборочных чертежей тормозных дисков снимаются соответствующие размеры элементов. Объем стальных и углеродных элементов:
Wст =625472,4 мм3;
Wуг =5124286,15 мм3.
Пользуясь формулой (1.20.) получим:
Gст =625472,4×0,009=5629,25 г;
Gуг =5124286,15×0,00225=11529,64 г.
Теплоемкость тормозного пакета:
4883,76(кал/град)=4,8838ккал/градСреднемассовая температура пакета дисков:
(1.21.)где Q0=15°C – начальная температура дисков;
(1.22.)где AT находим по формуле:
где Gпос =74000 кг – посадочная масса самолета;
Vпос =64м/с – посадочная скорость самолета;
aT =0,7 – поправочный коэффициент;
nT =12 – количество тормозных колес;
тогда
9688758,33 (H·м)=987641,01кг·м; 
2312,98 (ккал); 
572,2(°C).Для современных тормозных устройств максимально допустимая температура пакета дисков не должна превышать 500°С. В результате расчета мы получили температуру пакета дисков больше чем допустимая. Учитывая, что в тормозных колесах установлены вентиляторы для принудительного охлаждения тормозного пакета, а также стоит тепловой экран из композиционного материала на основе углерода для защиты корпуса колеса от нагрева. И учитывая, что фрикционная пара "углерод – углерод" работает лучше в условиях высоких температур, можно сделать вывод о том, что проектируемое тормозное устройство будет работать в допустимых температурных условиях.
1.3.2.2 Проверочный расчет корпуса тормозного устройства [6]
Расчет производим в наиболее опасных сечениях: 1-1,2-2 и 3-3 (рис.1.6.). Для уменьшения веса корпуса тормозного устройства и увеличения его надежности в качестве материала для его изготовления предлагается ультравысокопрочная сталь 300М разработанная в США [7]. Химический состав стали; C –0,39÷0,44%; Si – 1,5÷1,8%; Ni – 1,65÷2%; Cr – 0,7÷0,95%; Mo – 0,3÷0,45%; V – 0,05÷0,1%. Для этой стали σв=1900 МПа. Из этой стали, изготовлены шасси самолетов Boeing 727, Boeing 737, Boeing 747.
При расчете принимается пониженный временный предел прочности материала с учетом его нагрева:
σв´=0,84×σв =0,84×1900=1596 (МПа). (1.23.)
Сечение 1-1:
В сечении 1-1 прочность корпуса тормоза проверяется на изгиб от действия осевой силы. Определим разрушающую осевую силу SТ.разр:
SТ разр= K×SТ´, (1.24.)
где K=3 – коэффициент безопасности;
ST´=40177 H – осевое усилие сжатия дисков в проектируемом тормозном устройстве;
SТ разр= 3×40177=120531 H.
Определим нормальные напряжения от изгиба для растянутых и сжатых волокон:
(1.25.)где L=R1-RT – плечо приложения разрушающей осевой нагрузки;
R1=0,094 м – радиус сечения 1-1;
RТ=0,078 м – радиус приложения разрушающей осевой нагрузки SТ разр,
L=0,094-0,078=0,016 (м);
W – момент сопротивления сечения,
(1.26.)где R1 – радиус сечения 1-1;
h1= 0,006 м – толщина стенки тормозного устройства;
(м3); 
5,4446×108 (Па)=544,46 МПа.Определим коэффициент избытка прочности:
где Kп=1,1 – коэффициент пластичности материала,
Сечение 2-2
В сечении 2-2 определяются нормальные напряжения при изгибе с растяжением по формуле:
(1.27.)где F – площадь расчетного сечения:
F= n × [b×H - (b-a) × b1 - 2×b2×b3] ; (1.28.)
n =15 – количество участков "В" (рис.1.7.);
H=9 мм =0,009 м – высота участка "В";
a=0,018 м;
b1=0,006 м;
b2= H-b1 =0,009-0,006=0,003 (м);
b3=0,007 м – радиус отверстия;
(1.29.)где R0=0,105 м – внутренний радиус сечения;
Rв=0,108 м – см. рис.1.6.;
(м);F =15×[0,0446×0,009-(0,0446-0,018)×0,006-2×0,007×0,003] =0,00299( м2);
Wр – момент сопротивления сечения,
(1.30.)где Yс – координата центра тяжести сечения:
(1.31.) 
I – момент инерции всего сечения:
I= n
I1, (1.32.)где I1 – момент инерции одного элемента сечения:
(1.33.)следовательно
тогда
I=15×1,82×10-9=2,73×10-8 м4;
(м3);L2 – плечо приложения силы SТ разр в сечении 2-2
L2=0,016+0,0056=0,0216 (м).
Используя формулу (1.27.) найдем нормальное напряжение:
5,742×108 (Па)=574,2 МПа.Коэффициент избытка прочности равен:
(1.35.)тогда
=2,036.Сечение 3-3
В сечении 3-3 производим расчет на срез от действия на опорный буртик через полукольца осевого усилия SТ разр:
(1.36.)где F – площадь сечения среза:
F=(2π×R-n×b)×h3, или
F=n×a×h3, (1.37)
где n – количество участков "В";
h3=0,002 м – толщина опорного буртика;
F=15×0,018×0,002=8,1×10-4 (м2);
Коэффициент избытка прочности:
1.3.2.3 Расчет на смятие опорного буртика корпуса тормоза
под стопорным полукольцом
Напряжение смятия:
(1.38.)где SТ разр – осевая разрушающая нагрузка;
Fсм – площадь смятия,
Fсм= n×a×(Rк - R3 - 2×Sф), (1.39.)
где Rк=0,114 м – наружный радиус корпуса тормозного устройства;
R3=0,1125 м – радиус дна канавки;
Sф=0,0003 м – размер фаски;
Fсм=15×0,018×(0,114 - 0,1125 - 2×0,0003)=2,43×10-4 (м2);
тогда
