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1、HarbinHarbinHarbinHarbinHarbinHarbinHarbinHarbin InstituteInstituteInstituteInstituteInstituteInstituteInstituteInstitute ofof ofofofof ofof TechnologyTechnologyTechnologyTechnologyTechnologyTechnologyTechnologyTechnology 课程设计说明书（论文课程设计说明书（论文课程设计说明书（论文课程设计说明书（论文课程设计说明书（论文课程设计说明书（论文课程设计说明书（论文课程设计说明书（
2、论文） 课程名称：精密机械设计基础课程设计课程名称：精密机械设计基础课程设计课程名称：精密机械设计基础课程设计课程名称：精密机械设计基础课程设计 设计题目：航空开伞器结构设计设计题目：航空开伞器结构设计设计题目：航空开伞器结构设计设计题目：航空开伞器结构设计 院院院院系：系：系：系：* 班班班班级：级：级：级：* 设设设设 计计计计 者：者：者：者：* 学学学学号：号：号：号：* 指导教师：指导教师：指导教师：指导教师：* 设计时间：设计时间：设计时间：设计时间：2011.1.10-2011.1.212011.1.10-2011.1.212011.1.10-2011.1.212011.1.10
3、-2011.1.21 哈尔滨工业大学 1 哈尔滨工业大学课程设计任务书哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓名：*院 （系） ：* 专业：*班号：* 任务起至日期：2011年1 月10 日至2011 年1 月21日 课程设计题目：航空开伞器结构设计 已知主要技术参数： 1高度控制范围： 500m- 000m 。 2延迟时间：5s。 3弹簧释放力：264.6N。 4弹簧端部冲程：70mm。 5弹簧予紧力为释放力的：71.442N。 6弹簧从最大压缩位置到释放前的行程为：4.3mm。 7擒纵调速器周期为：0.032s。 8机芯总体尺寸100mm80mm40mm 工作量： 1. 总装配图一张 (1 号图纸
4、) 2. 零、部件图四张 (3 号图纸) 3. 设计说明书一份 (12 页左右) 2 工作计划安排： 整个课程设计安排 10 个设计日，进度如下： 1. 任务分析、理论计算、草图1 日 2. 总装配图设计6 日 3. 部件图、零件图设计1 日 4. 编写说明书1 日 5. 答辩 1 日 同组设计者及分工： 指导教师签字_ 年月日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年月日 * * * *注：此任务书由课程设计指导教师填写。注：此任务书由课程设计指导教师填写。注：此任务书由课程设计指导教师填写。注：此任务书由课程设计指导教师填写。 哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 3 目录 1说明书正文.4
5、 1.1 任务分析、方案确定.4 1.2 工作原理及原理框图.4 1.2.1 时控制机构.4 1.2.2 高控机构.6 1.3 时控机构中的轮系设计、制动块位置确定. 7 1.3.1 轮系设计.7 扇形齿轮转角设计 7 传动比分配.7 模数选择.8 齿轮齿数设计.8 变位齿轮设计.8 轮系中心距确定 10 1.3.2 制动块位置确定.11 1.4 高控机构的膜盒组件设计、杆机构设计11 1.4.1 膜盒组件设计.11 1.4.2 杆机构设计.13 1.5 能源机构的动力弹簧设计 14 1.6 结构分析、调整环节.15 2改进意见.16 3心得体会.16 4参考资料.16 哈尔滨工业大学课程设计
6、说明书（论文） 4 1 1 1 1说明书正文说明书正文说明书正文说明书正文 1.11.11.11.1 任务分析、方案确定任务分析、方案确定任务分析、方案确定任务分析、方案确定 航空开伞器是一种机械式短时段延时控制机构，并且可以实现高度控 制可用于空投和驾驶员逃生。将开伞器装在空头的人或物体上，跳离飞机 后， 开伞器器可以控制在延迟一定时间和达到制定的安全高度后自动将降 落伞打开，以保证安全着落。由以上功能分析可知，航空开伞器由高控结 构、时控机构、能源机构组成。 开伞器工作时所需要的能量是由压缩弹簧提供。 开伞器不工作时弹簧 处于预紧状态。开伞器工作前先将弹簧压缩，开伞器工作时被压缩的弹簧 被
7、释放，经历一定的冲程后，将能量释放用于打开降落伞。 高度控制部分主要由真空膜盒组件和杆机构组成。处在高空状态时， 大气压力较小，膜盒膨胀，锁死连杆机构；当到达指定的高度后由于大气 压的增大，使得膜盒被压缩，连杆机构正常工作。 时间控制部分主要由轮系和擒纵调速器组成。软锁针控制开伞起始时 刻，在弹簧的带动下，轮系开始转动，添加擒纵调速器，使得弹簧均匀释 放能量，轮系保持匀速转动，以达到准确延时的功能。 1.21.21.21.2 工作原理及原理框图工作原理及原理框图工作原理及原理框图工作原理及原理框图 1.2.11.2.11.2.11.2.1时控制机构时控制机构时控制机构时控制机构 时间控制部分主
8、要由轮系和擒纵调速器组成。擒纵轮 12 和擒纵叉 13 组成无固有周期擒纵调速器，如图所示为航空开锁器的原理图。 开伞器工作前需将软锁针 15 插入惯性轮 14 缺口中，将整个轮系机构 锁死。空投之前应先将弹簧压缩，使得滑轮 3 被制动块 4 锁住，此时， 弹 簧的压缩最大。当空投者跳出飞机，软锁针被拔出。此时在弹簧恢复力的 作用下，滑轮 3 推动制动块 4，使扇形齿轮 5 转动。经过三级升速齿轮 传动后，运动和力矩传到擒纵轮，使擒纵调速器工作。 整体机构的工作过程可分为三个阶段，第一阶是在空投者离开飞机， 软锁针被拔出时，扇形齿轮在弹簧恢复力作用下转动，此时长销并接触主 动杆，这一阶段持续时
9、间为 3s；第二阶段从长销接触主动杆开始算起， 主 动杆带动从动杆开始转动，转过一定的角度后，从动杆与膜盒上突出的中 哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 5 心轴接触，使得整个机构锁死，这一阶段持续的时间为 0.7s；第三阶段在 空投者达到指定的开伞高度后，由于大气压力的升高，膜盒被压缩，中心 轴下降，使得从档杆松开，整个杆机构又继续转动，直到弹簧上滑轮与制 动块不再接触时，弹簧被释放，这一阶段持续的时间为 1.3s。 图：航空开锁器的工作原理图 轮叉进瓦接触时，在接触点上擒纵叉的力为 P1，P1 方向沿进瓦的法 线方向，偏离擒纵轮齿的回转中心。P1 力产生使擒纵叉逆时针转动的力 矩 Ml
10、擒纵叉逆时针转过1 角度后，擒纵轮齿与进瓦脱开。在 Ml 作用下 擒纵轮转过一定角度后，另一个擒纵轮齿与擒纵叉出瓦相接触。此时， 轮 齿作用于出瓦的力为 P2， P2 力产生使擒纵叉顺时针转动的力矩 M2。 当擒 纵叉顺时针转过2 角后，轮齿与出瓦脱开，在力矩 M2 作用下，擒纵轮 又转过一定角度。直到下一个齿与进瓦接触，就这样擒纵叉摆动一次， 擒 纵轮转过一个齿所需要的时间为一个周期。计算公式为 12 12 12 22JJ TTT MM =+=+ T：周期 J：擒纵叉轴上所有零件的转动惯量 M1：擒纵轮齿与进瓦接触时，对叉轴作用的力矩 M2：擒纵轮齿与出瓦接触时，对叉轴作用的力矩 1：进瓦与
11、擒纵轮从接触到脱离，擒纵叉轴转过的角度 2：出瓦与擒纵轮从接触到脱离，擒纵叉轴转过的角度 如此擒纵调速器使弹簧的能量均匀释放，轮系保持近似等速转动，从而达 到延时的功能。如图所示为擒纵轮进瓦和出瓦的原理图。 哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 6 图：擒纵轮进瓦和出瓦的原理图 1.2.21.2.21.2.21.2.2高控机构高控机构高控机构高控机构 高度控制部分主要由真空膜盒组件和杆机构组成。随着高度的下降、 气压逐渐增大，膜盒密封，内部气压恒定，所以厚度随高度下降而减小， 由于变形与高度有这样的关系，所以可以利用膜盒变形控制高度。 当扇形齿轮转过一定角度后，销 6 与主动杆 7 接触，扇形
12、齿轮继续转 动时，销 6 推动扛杆 7 带动杆 8 转动，当杆 8 与膜盒中心轴 O4相接触时， 时控机构被卡住锁定，停止了工作。当高度下降到所调高度时，中心杆下 降到上平板以下。杆 8 与中心轴 O4脱离，继续转动，时控机构继续工作， 直至制动块转到如图虚线所示位置。此时滑轮 3 和制动块相切，在弹簧恢 复力作用下，在一瞬间将弹簧力释放，把伞包打开实现开伞动作。 图：高控机构的工作简图 高度控制的调整， 从开伞器侧面的窗口中、 可以看到控制高度的示值。 将钥匙插入开器后面方孔中，转动钥匙，可以调整高度。高度刻盘上的示 值是海拔高度，调整高度的刻度值，应该等于空投地区的海拔高度加开伞 时人或物
13、与地面的距离。 哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 7 1.31.31.31.3 时控机构中的轮系设计、制动块位置确定时控机构中的轮系设计、制动块位置确定时控机构中的轮系设计、制动块位置确定时控机构中的轮系设计、制动块位置确定 1.31.31.31.3.1.1.1.1 轮系设计轮系设计轮系设计轮系设计 整个时空机构由杠杆机构、齿轮机构、擒纵轮调速器三部分组成。杠 杆机构主要是将线位移转变为角位移；齿轮传动机构为三级增速传动； 扇形齿轮转角设计扇形齿轮转角设计扇形齿轮转角设计扇形齿轮转角设计 航空开锁器的总控制时间： 0 360 T Z i t = i i i ：扇形齿轮的转角 T：调速器的周
14、期 Z：擒纵轮齿数 i：总传动比 设计总的延迟时间为t=5s，调速器周期T=0.032s，擒纵轮齿数Z=20， 总传动比i=138，则扇形齿轮的转角 00 0 3605 360 20.38 0.03220 138 ts T Z is = ii i iii 传动比分配传动比分配传动比分配传动比分配 要求开锁器的体积尽量小，重量轻。为获得齿轮传动的体积最小，可 按最小体积原则来分配传动比。由经典理论分析可得出结论：各级速比相 等可使齿轮机构的体积最小。按齿轮传动的最小体积原则，可使各级的传 动比相等，传动级数采用 3 级，则 3 123 1385.17iiii=。 对于增速传动，按照“先大后小”的
15、原则分配传动比，能减少齿轮误 差对传动的影响，即靠近主传动轴的第一级齿轮传动比取大一些，靠近从 传动轴的第二、三级齿轮传动比取小一些，从而提高传动精度。 在要求转动灵活，启动和制动及时的齿轮传动过程中，齿轮传动链的 转动惯量应尽量小。 再由能量守恒和动量守恒定律可推导出工程中常用的 按转动惯量最小原则分配传动比的常用公式 21 21 2 2 () 2 K n k n i i =i i： 总传动比 n：传动级数 ik：任一级的传动比 哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 8 k：第 k 级齿轮传动 综合上述的高精度原则，最小体积原则，最小惯量原则，取第一级的 传动比为 6，第二级的传动比为 5.
16、75，第三级的传动比为 4，即总传动比 6 5.75 4138i=。 模数选择模数选择模数选择模数选择 在仪器中，由于齿轮传递的力矩较小，故其模数一般不必按照强度计 算， 可首先根据所设计的仪器或传动装置的外廓尺寸先大概确定齿轮的中 心距a，如果此时传动比i和小齿轮的齿数z1也已选定，则齿轮的模数可 由以下公式求出 1 2 (1) a m z i = + 求出的模数应圆整为标准模数，然后再按上式计算中心距的值。由于第一 级齿轮传动时承载的力较大，故第一级传动齿轮的模数取大一些，第二、 三级传动齿轮的模数取小一些。第一级传动齿轮的模数取m1=0.7，第二、 三级传动齿轮的模数取m2=m3=0.5。 齿轮
