Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту-154 на основе анализа эксплуатации (стр. 5 из 12)

Коэффициент избытка прочности:

(1.40.)

где K=0,6;

1.3.2.4 Расчет стопорных колец

В качестве материала для стопорных колец выбираем сплав 20Х для которой предел временной прочности σ_в=390 МПа.

Для расчета используем пониженный предел временной прочности:

σ_в´=0,9×σ_в=0,9×390=351 (МПа).

Расчет стопорных полуколец ведется на срез и смятие.

Напряжение среза:

(1.41.)

где F=π×D_к×b_к – площадь среза;

D_к=0,225 м – внутренний диаметр кольца;

b_к=0,002 м – ширина кольца (рис.1.8.);

F=3,14×0,225×0,002=1,413×10^-3 (м²);

Коэффициент избытка прочности:

Напряжение смятия:

(1.42.)

где S_{Т разр} – осевая разрушающая нагрузка;

F_см – площадь смятия,

F_см=2π×(R_к+ h_к /4)×(h_к /2 - 2×S_ф), (1.43.)

где R_к – внутренний радиус кольца;

h_к=0,004 м – высота сечения кольца;

S_ф=0,0003 м – высота фаски;

F_см=2×3,14×(0,1125 + 0,004/4)×(0,004/2 - 2×0,0009)=9,978×10^-4 (м²);

Коэффициент избытка прочности:

1.3.3 Разработка бескамерного барабана тормозного колеса с разъемным корпусом

На существующем тормозном колесе КТ–141Е применен барабан со съемной ребордой. Такая конструкция колеса имеет следующие недостатки: невысокий уровень надежности (разрушение реборды и срыв пневматика с корпуса во время посадки), трудности при замене пневматика, невозможность применения бескамерного пневматика. По нормали ИКАО колесо не должно разрушатся при пробеге с разрушенным пневматиком на дистанции до 3000 м.

Предлагается заменить барабан колеса на барабан с разъемным корпусом, на котором можно применить пневматик бескамерный высокого давления. Такой барабан укомплектовывается легкоплавкой вставкой, для сброса давления воздуха в тормозное устройство при перегреве тормозов во избежание разрушения пневматика из-за повышения давления в нем.

Предлагается заменить материал колеса. Вместо существующего магниевого сплава применить алюминиевый сплав 7049 – Т73, разработанный фирмой Kaiser (США). Этот сплав применяется для замены деталей на самолетах F-111, JetStream и производства новых элементов самолетов F-5 и F-16 [7]. Временный предел прочности сплава 7049 – Т73 σ_в=490 МПа.

1.3.3.1 Проверочный расчет усовершенствованного колеса

Исходные данные для расчета [6]:

– габаритные размеры пневматика:

диаметр D=930 мм=0,93 м;

ширина B=305 мм=0,305 м;

– рабочее давление в пневматиках:

P₀=9,5 ^кг/_см²=0,95 МПа;

– обжатие пневматика при взлетной массе самолета:

δ_{СТ взл}=70 мм=0,07 м;

– обжатие пневматика при посадочной массе самолета:

δ_{СТ пос}=57 мм=0,057 м;

– радиус качения пневматика:

(1.44)

R_{к взл}=0,93/2 – 0,07=0,395 м;

R_{к пос}=0,93/2 – 0,057=0,408 м;

– усадка при полном обжатии пневматика:

δ_п.о.=187 мм=0,187 м;

– стояночная нагрузка на колесо:

(1.45.)

где 0,9 – коэффициент указывающий долю нагрузки воспринимаемой основными опорами,

m_взл= 97000 кг – взлетная масса самолета,

m_пос= 74000 кг – посадочная масса самолета,

n =12 – количество колес основных опор,

P_{СТ взл}=

P_{СТ пос}=

– взлетная скорость:

V_взл=77^м/_с ;

– посадочная скорость:

V_пос=67^м/_с ;

– коэффициент трения пневматика о ВПП:

μ_к=0,3;

– коэффициент трения пары "углерод-углерод":

μ_с-с=0,35;

– коэффициент трения пары МКВ-50 – 4НМХ:

μ_Т=0,3.

1.3.3.2 Расчет нагрузок, действующих на корпус колеса и реборды [5]

Расчетными нагрузками, действующими на корпус колеса, являются осевые, радиальные и боковые усилия.

Величину осевой нагрузки определим по формуле:

Q=π×P_p×[(R-r_п)²-R₀], (1.46.)

где P_p – расчетное давление в пневматике,

P_p=k×P₀ , (1.47.)

P₀=0,95 МПа – рабочее давление в пневматике,

k=3 – коэффициент запаса прочности,

P_p=3×0,95=2,85 (МПа);

R=0,465 м – радиус пневматика

r_п=0,1525 м – радиус круглого сечения пневматика;

(1.48.)

Подставим данные в выражение (1.46.) получим:

Q=3,14×2,85×[(0,465-0,1525)²-0,204²]×10⁶=501504,2 (Н).

Разрушающая радиальная нагрузка на колесо:

P_разр=k_p×P_{СТ взл max}, (1.49)

где k_p=6,5 – коэффициент безопасности;

P_{СТ взл max}=71367,36 Н – стояночная нагрузка на колесо со взлетной массой самолета;

P_разр=6,5×71367,36=463887,84 (Н).

Радиальная нагрузка будет уравновешиваться реактивными силами R₁ и R₂, действующих на корпус колеса через середину наружных обойм подшипников (рис 1.9.).

Момент радиальной нагрузки относительно точки "0" будет равен:

(1.50)

где P_разр – радиальная разрушающая нагрузка;

b₀ – ширина колеса между серединами вершин обойм;

a – расстояние от подшипника до плоскости разъема колеса.

Тогда уравнение сумм моментов относительно точек приложения будет иметь вид:

(1.51.)

следовательно:

(1.52.)

Боковая разрушающая нагрузка:

P_бок=k_б×P_{СТ взл max}, (1.53)

где k_б=2,5 – коэффициент безопасности

P_бок=2,5×71367,36=178418,4 (Н).

Радиус приложения боковой нагрузки:

(1.54.)

где D=0,93 м – диаметр пневматика;

δ_п.о.=0,187 – усадка при полном обжатии пневматика;

(м).

Боковая сила P_бок создает боковой момент:

M_бок=P_бок×R_бок , (1.55.)

где P_бок – боковая разрушающая нагрузка;

R_бок – радиус приложения боковой нагрузки;

M_бок=178418,4×0,3247=57932,45 (Н·м).

М_бок будет уравновешиваться реактивными силами F_бок и P_бок´, действующими на корпус колеса через внешние обоймы подшипников (рис.1.10.):

(1.56.)

где M_бок – боковой момент;

b₀=0,154 м – расстояние между серединами внешних обойм подшипников;

(Н),

P_бок´=P_бок=178418,4 Н.

1.3.3.3 Расчет на прочность реборды колеса

Реборда работает на изгиб, как консольная балка, нагруженная силой Q (рис.1.11.).

Расчет произведем в трех сечениях.

Сечение 1-1:

Момент сопротивления сечения:

(1.57.)

где D₀=0,41 м – диаметр сечения 1-1;

b =0,015 м – минимальная толщина сечения;

(м³).

Нормальное напряжение при изгибе:

σ_р=σ_сж=

(1.58.)

где L – плечо приложения силы Q,

(1.59.)

где D₀=0,41 м – диаметр сечения,

D₁=0,478 м – диаметр реборды,

(м);

Q=501504,2 Н – осевая нагрузка;

W – момент сопротивления сечения;

(МПа).

Коэффициент избытка прочности:

(1.60.)

где k_п=1,35 – коэффициент пластичности;

σ_в´– пониженный временный предел прочности материала:

σ_в´=0,78×σ_в, (1.61)

σ_в´=0,78×490=382,2 (МПа);

тогда

Определим касательные напряжения при изгибе:

τ_max=

(1.62.)

где Q=501504,2 Н – осевая нагрузка;

F – площадь поперечного сечения:

F=π×D₀×b, (1.63.)

D₀=0,41 м – диаметр сечения,

b=0,015 м – минимальная толщина сечения,

F=3,14×0,41×0,15=0,01931 (м²);

тогда

τ_max=

= 38956824 (Па)=38,96 МПа.

Коэффициент избытка прочности:

(1.64.)

где σ_в´ - пониженный временный предел прочности;

τ_max – касательные напряжения при изгибе;