后掠机翼大梁课程设计.docx

后掠机翼大梁设计说明书 目录一、 任务二、 原始数据三、 大梁尺寸初步计算四、 外载荷计算五、 翼梁材料选择六、 确定大梁剖面尺寸七、 缘条连接位置确定八、 接头设计九、 铆钉与螺栓设计十、 全机总重十一、 零件加工工艺十二、 参考书目录一、任务1. 外载荷计算；2. 选定机翼的受力型式，进行结构布置；3. 对机翼进行总体强度设计计算；4. 设计大梁，绘制大梁装配图和零件图。二、原始数据Nmax=5.5（最大过载系数）G0=2550公斤（全机总重）Vmax=1400公里/小时（H=5000公尺）S=9米2（机翼面积，包括机身覆盖部分）L=5.4米（机翼翼展）B=1.2米（机身宽度）b根=2.800米（在机身对称轴上）=3.5（跟梢比）=2.77（展弦比）=55。（在机翼弦线1/4处的连线与飞机对称面的垂线之间的夹角）=-2。（下反角）=0。（安装角）S副=0.27米（一对副翼面积）L副=0.800米（副翼展长，一个机翼上）f=1.5（安全系数）翼型数据NACA64-0066第六族4最大相对厚度大致在40的弦线处006最大相对厚度6前缘半径r=0.256翼型为顺气流方向。X=X6/100;Y=Y6/100。X00.50.751.252.55.07.51015Y00.4950.5960.7541.0241.4051.6921.9282.298X202530354045505560Y2.5722.7722.9072.9812.9952.9192.7752.5752.331X65707580859095100Y2.0501.7401.4121.0720.7370.4230.1570三、大梁尺寸初步计算本课设课题题目是后掠翼机翼大梁，根据载荷的大小故采用单梁式机翼结构由于任务书采用NACA64-006翼型，故将翼梁布置在机翼40%弦线上。数据计算如下： 1. b梢=b根n=0.8m2b连接-b梢b根-b梢=L2-d机身2L2 得：b连接=2.35m3Y40%X100%=Y连接b连接 得：Y连接=0.07038m4Y40%X100%=Y梢b梢 得：Y梢=0.02107m5H根=2Y连接-2mm=138.76mm6 H梢=2Y梢-2mm=40.15mm （假设机翼蒙皮为 1mm）7. X40%=52.7。8L实=3.47m 机翼外型如下：四、外载荷计算升力Y=NmaxG0f=5.52550kg9.8kg/m21.5206.17kN单位面积机翼载荷：YS=206.179=22.9KNm单位机翼面积：2100*800+23202=3.276m2单个机翼设计载荷：P=22.9*3.276=75KN假设机翼上的载荷由机身对称面沿展向均匀分布，大小与机翼弦长成正比，故机翼梢部均布载荷为qNm，则翼根部均布载荷为2pqNm。P=L*q+2pq2 得：q=11.08KN载荷引起的剪力和弯矩主要由翼梁承受，下面给出翼梁上剪力和弯矩变化的表达式和示意图。剪力图：（单位KN）弯矩图：（单位KN/m）轴力：（单位KN） N=MK*H (H为梁高，K=0.850.95） 五、翼梁材料选择本设计方案的梁为组合式结构，梁腹板，梁根部缘条，梁梢部缘条采用不同的材料和加工工艺制造，最后装配成翼梁，这样具有制造简单，适用于初步设计机型梁腹板选用LY12，LY12具有较多的比强度（15*105mm），是制造高强度结构件的理想材料，它的b=420Mpa，b=265Mpa梁根部缘条选用30CrMnSiA，考虑到梁根部缘条（包括耳片）受力较大，而且结构高度受到限制，所以选用高强度材料较为合理，同时考虑到接头采用模锻毛坯和焊接的需要，材料必须具有良好的可锻性和可焊性。综上优点，选用30CrMnSiA，其b=1200Mpa梁梢根部缘条选用LC4，LC4相比于LY12有更多的比强度（21.4*106mm）和抗剪比强度（20.41*105mm），考虑到梢部缘条相比根部受剪较小，但仍为重要部件，承受轴力，故用LC4材料，其b=600Mpa六、确定大梁剖面尺寸从弯矩图和剪力图中可以判断根部受力是最大的，所以把它作为一个危险截面，这个截面的内力为：Mmax=Mx=3.47=114.68KN Qmax=Qx=3.47=79.8KN梁截面形状为工字型，它有较高的相对抗弯剖面系数，因而有很好的结构重量特性，而且也便于装配，是一种理想的的选择。考虑到组合式梁，缘条设计为T型截面，其下端主要用于腹板搭接固定，计算时忽略该部分的抗弯。确定剖面主要尺寸，H、b、1、2：剖面强度要求为： =MWb =QH2b确定腹板厚度： 2QHb=2.17mm 故取腹板厚度为3mm确定b、1： W=b（H-h）h2H 因此 max=MHb（H-h）h2由设计手册可知h（0.850.98）H考虑到该梁剖面高度较大，受力较小，应取上限。代入数据得b的范围在38.2mm89.6mm，取b=100mm 则1=8mm七、缘条连接位置确定为了保证梁具有较好的结构重量特性，满足强度刚度要求，采用两种材料的缘条组合而成，以下确定连接位置。计算采用LC4材料制造缘条在不同位置所需的宽度b=MHb（H-h）h2，计算得到各点处的b值。考虑到根部缘条b=100mm，故在距根部850900处连接是理想的，但是用螺栓式铆钉连接两种材料会对连接区有削弱，所以应增加连接处距根部距离取Y=1000是合理的。八、 接头设计采用垂直耳片，考虑到飞机大梁轴线与对接框平面内的夹角较大时，采用垂直耳片可避免耳片局部弯曲。材料选用合金钢30CrMnSiA（b=1600MPa；b=920MPa）耳片俯视图如图：（单位：mm）=N14d2d=N14=407359N14920MPa24mm 取d=30mm设R=30mm=N14d2=407359N(30mm-15mm)40mm=679MPa920MPa满足要求。耳片厚度： ji=Kb=1100Mpa =Ndji=12.5mm 取厚度为15mm耳片深度： R+倒圆角半径=30+5=35mm九、 铆钉与螺栓设计1. 连接件的螺栓设计N=Mh=114.68kN128.5mm=892KN螺栓选用M14，材料为30CrMnSiA,Q=104900N。n=NQ=8.5取n=102. 缘条与腹板的铆钉设计选用M5,材料为ML10,Q=6560N。hxx=89.25mmQ=58kNq=Qhxx=650N/mmn=qlQ=650N/mm200mm6560N20取n=203. 连接件的铆钉设计选用M6,材料为30CrMnSiA, Q=19900N。Q=100kN2=50kNQQ=50kN19900N3n取3十、重量计算1. 粱腹板的重量查表得：LY12的密度是2.8103kgm3，其体积质量分别为：V=347048110-9=11.210-4m3m=V=2.8103kgm311.210-4m3=3.1kg2. 梁缘条的重量（包括梁的接头）查表得：合金钢的密度是7.85103kgm3，每个缘条（凸台除外）体积质量分别为：V=347077.5510-9=1.3410-3m3m=V=7.85103kgm31.3410-3m3=10.5kg每个凸台的体积质量分别为：V=34709.5210-9=0.06510-3m3m=V=7.85103kgm30.06510-3m3=0.50kg梁缘条的总质量为：m梁=(10.5+0.50)2=22kg3. 接头耳片的质量接头采用合金钢，耳片的总体积为：V=3.14(30-15)240410-9=3.410-4m3所以耳片总质量为： m=V=7.85103kgm33.41