А. И. Ендогур - Проектирование авиационных конструкций. Проектирование конструкций деталей и узлов 2009 год

А. И. Ендогур - Проектирование авиационных конструкций. Проектирование конструкций деталей и узлов 2009 год


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (государственный технический университет)
А.И. ЕНДОГУР
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ
Допущено Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области авиации, ракетостроения и космоса в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений РФ, обучающихся по направлению подготовки дипломи- рованного специалиста 160200 «Авиастроение» и специальности 160201 «Самолето- и вертолетостроение»
Москва
Издательство МАИ-ПРИНТ
2009



ББК 34.42 E 62
E 62
Ендогур А.И. Проектирование авиационных конструкций. Проектирование конструкций деталей и узлов: Учебное посо- бие. - М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009. 540 с.: ил.
ISBN 978-5-7035-2103-8
В книге представлены современные технические материалы по проекти- рованию конструкций деталей и соединений, технологии, расчетам на проч- ность, в том числе при применении компьютерных программ и объемных ком- пьютерных моделей конструкций. Изложенны вопросы применения CALS- технологий, применения ЭВМ, особенности выбора авиационных материалов и технологии изготовления, вопросы создания рациональных конструкций. Приведены примеры применения «нетрадиционных» перспективных конструк- ций и методика оценки их экономической эффективности. Рассмотрены ме тодические рекомендации по проектированию конструкций с применением композиционных материалов (КМ). Показана эффективность применения Км в конструкциях силовых элементов по сравнению с металлическими конструк- циями. В приложении приведены примеры выполнения практических работ и справочные материалы. Предназначена для студентов вузов, получающих об- разование по направлениям 160100 «Авиа - и ракетостроение», 16200 «Авиа- строение» и специальности 160201 «Самолето- и вертолетостроение». Будет полезна инженерам, занимающимся вопросами проектирования конструкций летательных аппаратов, а также всем, интересующимся вопросами создания легких силовых конструкций.
Рецензенты:
-
кафедра «Производство летательных аппаратов» Казанского го- сударственного технического университета - Казанского авиацион- ного института им. А.Н. Туполева (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.И. Халиулин);
кафедра «Конструкция и проектирование летательных аппаратов» Казанского государственного технического университета - Казанс- кого авиационного института им. А.Н. Туполева (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Х.Г. Гайнутдинов);
д-р техн. наук Н.Б. Васильев
ISBN 978-5-7035-2103-8
© Московский авиационный институт (государственный технический университет), 2009 © Ендогур А.И., 2009





ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..
Предисловие автора
ВВЕДЕНИЕ
В.1. Проектирование конструкции деталей, узлов
и агрегатов планера самолета в общей системе САLS-технологий
В.2. Проектирование конструкции самолета в системе общих внутренних и внешних связей
В.2.1. Самолет
элемент сложных комплексов
В.2.2. Этапы существования самолета.............
В.2.3. Этапы НИОКР
В.2.4. Этап предварительных изысканий
и Эскизного проекта
В.2.5. Этап разработки Технического проекта и Рабочей документации
Глава 1. САМОЛЕТ И ЕГО ПЛАНЕР
1.1. Состав конструкции планера самолета 1.2. Структура самолета..
1.2.1. Структура самолета при системном подходе 1.2.2. Понятие об эффективности самолета 1.3. Требования, предъявляемые к конструкции планера самолета.
1.3.1. Общие требования. АП-25.. 1.3.2. Требования при проектировании рациональных конструкций самолета 1. 4. Функции планера в системе самолета
12
15
19
19
24
24
26
28
28
31
33
33
36
36
38
42
42
45
54
3


Глава 2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОРЯДОК ДЕЙСТВИЙ КОНСТРУКТОРА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОНСТРУКЦИЙ 2.1. Пример действий конструктора при создании простейшей конструкции
2.2. Особенности труда конструктора.
2.2.1. Специфика труда конструктора
2.2.2. Нужно ли конструктору уметь рисовать?
56
57
65
65
69
2. 3. Конструктор и компьютер
70
2.3.1. Зачем конструктору компьютер?
70
2.3.2. Пример конструирования детали,
когда использование компьютера необходимо
75
2.4. Исходные данные для проектирования конструкций..............
78
2.5. Общая последовательность (алгоритм) действий
конструктора при проектировании силовых
элементов конструкции
Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДЕТАЛЕЙ
при проектировании конструкций
80
83
3.1. Компьютерные системы, используемые
3.2. Геометрическое представление информации
3.3. Распределение силового материала в пространстве 3.4. Учет технологических ограничений.
3.5. Автоматизированный выпуск рабочей документации 3.6. Автоматизированное изготовление деталей
3822
83
86
90
93
94
95
Глава 4. ОСНОВНЫЕ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ Понятия, НЕОБХОДИМЫЕ ПРИ ОБУЧЕНИИ КОНСТРУИРОВАНИЮ, ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ..... 4.1. Определения простых физических понятий
8888888
4.2. Расчет геометрических и физических характеристик сечений и деталей
4.2.1. Геометрические и физические характеристики сечений 4.2.2. Определение объема детали
4.2.3. Определение массы (веса) детали. 4.2.4. Характеристики прочности и жесткости деталей.
4.3. Связь нагрузки (напряжения) и деформации.
4.4. Виды нагружений силовых элементов
4.4.1. Растяжение
4.4.2. Сдвиг
4.4.3. Изгиб
сжатие
98
98
105
883
99
99
106
106
108
112
112
113
114




4.4.4. Кручение
4.4.5. Совместное действие нескольких видов нагружений
4.5. Распределение действующих внешних нагрузок.
4.6. Уравновешивание внешних нагрузок
4.6.1. Уравновешивание нагруженной балки
4.6.2. Уравновешивание статического момента
115
115
116
119
119
123
Глава 5. ВЫБОР МАТЕРИАЛА АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
5.1. Физико-механические характеристики авиационных
конструкционных материалов.
5.2. Учет влияния вида нагружения на выбор материалов 5.2.1. Удельные характеристики прочности
и жесткости материала
5.2.2. Особенности выбора материала по условию прочности.... 133
126
22 23
126
131
131
5.2.3. Учет рабочей температуры конструкции
.............................
135
5.2.4. Учет характеристик ползучести материалов. 5.2.5. Выбор характеристик материала
137
с учетом циклической нагрузки
5.2.6. Влияние условий живучести
на выбор характеристик материалов
5.2.7. Учет термических напряжений
Глава 6. РАЦИОНАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ..
140
142
146
6.1. Технологичность конструкции
6.2. Рациональные технологические процессы
изготовления деталей
6.2.1. Штамповка
6.2.2. Литье
6.2.3. Механическая обработка
6.2.4. Химическое фрезерование
6.3. Особенности проектирования деталей, изготовляемых
различными технологическими способами
6.3.1. Проектирование деталей, изготовляемых
холодной штамповкой.
6.3.2. Проектирование деталей, изготовляемых
горячей штамповкой.
6.3.3. Проектирование деталей, изготовляемых литьем 6.3.4. Проектирование деталей, изготовляемых механической обработкой
149
149
152
153
154
155
156
156
157
160
163
166
5




6
6.3.5. Особенности применения химического фрезерования 171 6.4. Учет влияния совокупности конструкторско-технологических несовершенств на работоспособность конструкции
Глава 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕГУЛЯРНЫх зон КОНСТРУКЦИи силовых эЛЕМЕНТОВ
173
182
7.1. Классификация элементов конструкции. 7.2. Общая классификация деталей...
182
183
7.3. Регулярная и нерегулярная зоны детали (силового элемента)..
183
7.4. Рациональные формы сечений регулярных зон
конструкции силовых элементов ....
188
188
7.4.1. Силовые элементы, нагруженные растяжением 7.4.2. Силовые элементы, нагруженные продольным сжатием .. 7.4.3. Силовые элементы, нагруженные сдвигом 7.4.4. Силовые элементы, работающие на изгиб и сдвиг 7.4.5. Силовые элементы, нагруженные кручением 7.4.6. Силовые элементы, работающие при совместном действии растяжения - сжатия, изгиба и сдвига.. 7.4.7. Силовые элементы, работающие
на все виды нагружения
189
196
200
203
206
207
Глава 8. ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ
210
8.1. Условия, отрицательно влияющие на работу конструкции. 8.1.1. Концентрация напряжений в сечении детали 8.1.2. Эксцентриситет при приложении силы.... 8.1.3. Изменение направления оси жесткости 8.2. Способы уменьшения действующих напряжений 8.2.1. Уменьшение концентрации напряжений 8.2.2. Способы исключения изгибающих моментов. 8.2.3. Исключение крутящих моментов.
210
211
213
214
215
215
218
220
8.3. Способы увеличения допустимых напряжений
в элементах конструкции.
221
8.3.1. Увеличение жесткости профилей
222
8.3.2. Увеличение критических напряжений сдвига стенок........ 225
8.3.3. Увеличение критического напряжения обшивки крыла
или фюзеляжа установкой ребер жесткости (стрингеров) 8.3.4. Увеличение допустимых напряжений путем
226
изменения расположения силовых элементов.
227



8.4. Способы обеспечения прочности
при минимальной массе конструкции
229
8.4.1. Принципы конструирования, учет которых позволяет уменьшить массу конструкции
230
8.4.2. Учет силового потока при включении элементов конструкции в работу..
231
Глава 9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕРЕГУЛЯРНЫХ ЗОН (СОЕДИНЕНИЙ) СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ
9.1. Проектирование неразъемных соединений...
233
233
9.1.1. Заклепочные соединения.......
233
9.1.2. Нагружение заклепок
236
9.1.3. Параметры заклепочного соединения
237
9.1.4. Порядок (алгоритм) расчета заклепочного соединения
на прочность .....
238
........
9.1.5. Методы повышения усталостной прочности
заклепочного соединения
240
9.2. Сварные соединения.........
243
9.2.1. Особенности применения сварных соединений.
243
9.2.2. Разновидности сварки. Проектирование
сварных соединений
248
9.3. Клеевые и паяные соединения
253
9.3.1. Применение клеевых соединений
253
9.3.2. Особенности применения клеевых
и паяных соединений
256
9.3.3. Комбинированные соединения
(клееклепаные и клеесварные).
257
9.4. Проектирование разъемных болтовых соединений
258
9.4.1. Болтовые неподвижные соединения
258
9.4.2. Болты, работающие на срез
260
9.4.3. Болты, работающие на растяжение
261
9.4.4. Особенности проектирования болтовых соединений 9.4.5. Контровка болтовых соединений
262
264
9.5. Алгоритм расчета заклепок и болтов при внецентренном приложении нагрузки.... ..................
266
9.5.1. Нагрузки, действующие на крепежные элементы
при внецентренном приложении силы 9.5.2. Порядок расчета соединения
266
при внецентренном приложении силы. 9.6. Проектирование проушин неподвижных разъемных соединений.
266
269
7




9.6.1. Учет концентрации напряжений 9.6.2. Алгоритм расчета проушины неподвижного разъемного соединения.
9.7. Проектирование подвижных соединений 9.7.1. Особенности работы малоподвижных
и подвижных соединений
269
271
274
274
9.7.2. Проектирование проушин подвижных соединений 9.7.3. Алгоритм расчета проушин подвижных соединений 9.7.4. Установка подшипников в подвижные соединения 9.7.5 Проектирование подвижных соединений, передающих изгибающий момент
275
280
281
285
9.7.6. Шомпольные соединения
287
9.8. Герметизация заклепочных и болтовых соединений деталей 9.8.1. Способы герметизации соединений.
288
288
9.8.2. Конструкция герметичных соединений.
290
Глава 10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРОНШТЕЙНОВ НАВЕСКИ РУЛЕЙ И ЭЛЕРОНОВ
10.1. Плоские кронштейны
10.2. Кронштейны
—
Силовые рамы
10.3. Расчет элементов кронштейна
10.3.1. Расчет нагрузок на элементы
293
293
295
296
ферменного и рамного кронштейнов
296
10.3.2. Расчет поясов и стенки
регулярной зоны кронштейна.
299
10.3.3. Определение параметров нерегулярной зоны
кронштейна в месте установки подшипника..
301
10.3.4. Расчет параметров в зоне подошвы кронштейна
301
10.4. Проектирование кронштейнов, допускающих компенсацию размеров между соседними кронштейнами
304
Глава 11. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМУМА МАССЫ..
11.1. Общие вопросы проектирования
оптимальных конструкций
11.2. Определение оптимальных параметров кронштейна
11.2.1. Расчет кронштейна методом прямого расчета........
11.2.2. Оптимизация конструкции кронштейна
с использованием ЭВМ ....
11.3. Оптимизация конструкции силовой стойки
11.3.1. Общие положения.
307
307
311
311
315
319
319
00





11.3.2. Порядок расчета оптимальных параметров стойки....... 320
11.3.3. Определение массы оптимальной стойки
двутаврового сечения
322
11.3.4. Определение массы оптимальной стойки
квадратного сечения
323
11.3.5. Определение массы оптимальной стойки
трубчатого сечения
324
11.3.6. Анализ вариантов оптимизации конструкций стоск
с различными формами сечений
325
11.3.7. Вариант оптимальной конструкции стойки
переменного диаметра и толщины стенки
325
11.3.8. Вариант трубчатой стойки с заполнителем
внутренней полости и оптимальными параметрами сечения
327
11.4. Варианты рациональных конструкций трубчатых стоек 11.5. Оптимизация конструкций деталей
328
331
с учетом стыковых элементов
Глава 12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ из композиционных МАТЕРИАЛОВ
12.1. Особенности применения КМ в конструкциях
планера самолета....
12.1.1. Применение КМ в авиационных конструкциях 12.1.2. Преимущества и недостатки применения КМ 12.1.3. Проектирование конструкций деталей из КМ 12.2. Взаимодействие производственных подразделений при проектировании и изготовлении конструкций из КМ 12.3. Композиционные материалы
332
333
333
334
338
338
для авиационных конструкций.
340
12.3.1. Наполнители и матрицы КМ.
340
12.3.2. Схемы армирования волокнистых КМ
341
12.3.3. Углепластики на полимерных
термореактивных связующих
343
12.3.4. Композиционные материалы
для трехслойных панелей с заполнителями
346
12.4. Технология изготовления конструкций из КМ.
347
12.4.1. Изготовление деталей из полимерных КМ 12.4.2. Способы формообразования деталей 12.4.3. Технологические процессы
347
348
изготовления конструкций
353
12.4.4. Контроль качества изготовления
357
9




12.5. Определение прочностных характеристик
композиционного материала
12.5.1. Расчетные нагрузки
12.5.2. Общая методика определения физико-механических свойств многослойного КМ
12.5.3. Расчет пакета КМ на прочность.
12.5.4. Допустимые напряжения при повреждении КМ 12.6. Проектирование зоны соединений деталей из КМ 12.6.1. Формирование КМ в зоне установки
крепежных элементов
12.6.2. Проектирование конструкций
неразъемных соединений.
12.6.3. Проектирование конструкций
разъемных соединений.
12.7. Проектирование оптимальных конструкций из КМ 12.7.1. Определение оптимальных параметров трубчатых стоек из КМ.......
12.7.2. Определение рациональных параметров стоек
359
359
361
363
368
370
371
373
380
383
.......
384
391
393
394
394
395
398
с учетом конструктивно-технологических ограничений 12.7.3. Оценка эффективности применения силовых стоек из КМ по сравнению с металлическими конструкциями
12.8. Ремонтные конструкции деталей из КМ... 12.8.1. Требования, предъявляемые к ремонту 12.8.2. Способы ремонта деталей из КМ
12.8.3. Ремонт трехслойных сотовых конструкций из КМ
Глава 13. ТРАДИЦИОННАЯ И НЕТРАДИЦИОННАЯ КОНСТРУКЦИИ
Глава 14. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ
Приложение А. ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ Лабораторно-практическая работа No 1.
Проектирование заклепочных соединений
Лабораторно-практическая работа No 2.
Проектирование равнопрочных конструкций
401
410
417
417
425
437
..... 444
10
Лабораторно-практическая работа No 3.
Проектирование рациональных конструкций трубчатых стоек
Лабораторно-практическая работа No 4.
Проектирование подвижных и малоподвижных соединений
.......




Лабораторно-практическая работа No 5. Проектирование кронштейнов навески органов управления.......
455
Приложение Б. СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
468
Б.1. Характеристики сечений и объемы фигур
468
Б.2. Черные и цветные конструкционные металлы
и полуфабрикаты
475
Б.3. Листы, плиты и профили
479
Б.4. Болтовые и заклепочные соединения
492
Б.5. Сварные соединения
512
Б.6. Стандартные элементы трубчатых стоек.
516
Б.7. Подшипники
525
Основные обозначения
528
Индексы
530
Сокращения
532
Библиографический список.
534



ПРЕДИСЛОВИЕ
Написание учебника сложный и длительный процесс, требую- щий от автора не только глубоких профессиональных знаний, но и понимания методики изложения этих знаний в процессе обучения.
В настоящей книге автором обобщен и изложен пятидесятилет- ний опыт работы конструктором, ведущим специалистом по внедре нию новых конструкций, материалов и технологий в авиационной промышленности, а затем преподавателем вуза.
О чем эта книга
Эта книга - учебное пособие для студентов технических вузов, изучающих курс «Проектирование конструкций летательных аппара- тов», где под выпускной специальностью Инженер по специаль- ности «Самолетостроение»
-
-
на самом деле осуществляется выпуск
по специальности авиационный «Инженер-конструктор».
Эта книга содержит:
-
- методику преподавания курса «Проектирование конструкций самолета», а также методику проектирования и рекомендации по созданию рациональных конструкций самолета;
---
примеры выполнения лабораторно-практических работ, то есть последовательность действий (методику) при практическом со- здании деталей и узлов конструкции самолета;
- справочные материалы, минимально необходимые для осу- ществления конструирования деталей и выполнения лабораторно- практических работ.
Другими словами, книга содержит методику и практические рекомендации решения проблемы как при заданных аэродина- мических формах самолета и его агрегатов, внешних и внутренних воздействиях нагрузок на самолет, в заданных условиях эксплуа- тации, так и при многочисленных и противоречивых требованиях и ограничениях по прочности, технологичности, ресурсу, надежно- сти, стоимости и др. определить состав силовых элементов конст-
рукции, размеры и форму их сечений конструктивно-силовую схему (КСС).
Если еще проще, то эта книга о том, как выбрать, рассчитать и сконструировать на начальных этапах проектирования «силовую
12
Показать/скрыть дополнительное описание