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1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 机械学基础课程设计 设计题目： 航空开伞器结构设计 院 系： 电气学院 班 级： 电气四班 设 计 者： 你猜 学 号： 你猜 指导教师： 设计时间： 2014.06.23-2014.07.6 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）： 电气学院 专 业： 电气四班 班 号： 任务起至日期： 2014 年6月23日 至 2014 年 7 月6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-7000m 。 2延迟时间： 5.5s 。 3弹簧
2、从最大压缩位置到释放前的行程为： 4.3mm 。 4膜盒强度校核安全系数： 1.3 。 5擒纵调速器周期为： 0.032s 。 6擒纵轮齿数： 20 。 7齿轮传动总传动比： i=138 。 8机芯总体尺寸100mm80mm40mm 工作量：1. 总装配图一张 (1号图纸)2. 零、部件图三张 (3号图纸)3. 设计说明书一份 (15页左右) 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 2.5日2. 总装配图、展开图设计 7日3. 部件图、零件图设计 1.5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
3、主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日目录1说明书正文 1 1航空开伞器简介 11.1开伞器的用途11.2开伞器的工作原理1 1.2.1时控机构原理2 1.2.2高控机构原理3 2航空开伞器设计 4 2.1开伞器时控机构设计42.1.1已知条件42.1.2三级升速齿轮设计42.1.3擒纵调速器工作原理介绍及扇形齿轮转角的计算72.1.4制动块设计9 2.2开伞器高控机构设计92.2.1已知条件102.2.2膜盒组件设计102.2.3杆机构设计112.2.4机构调整方法122改进意见123设计体会124参考资料145鸣谢151.航空开伞器简介1.1开伞器的用途自降落伞问世以来，现已制造出救生伞
4、、伞兵伞、运动伞、投物伞、减速伞一等各种不同型号的人用和物用降落伞。降落伞现在广泛应用于航空航天的乘员救生、飞行器回收系统和物资空投，空降兵部队的伞降作战以及体育运动休闲等领域。最初的空降设备不用开伞控制器，人和物离开飞机后降落伞立即打开。这种开伞控制方式称为“即开式开伞控制”，它是在人和物离机时通过拉绳拉出伞包插销，伞包立即打开，降落伞自动张开。这种开伞方式主要应用于低空人员空降、投物和重载空投中。它的装备简单、成本低，但是，由于在这种开伞方式下的降落伞张开距离飞机较近，受飞机飞行气流影响较大，安全性不好，因此，目前大部分空降空投装配都使用了不同的自动开伞控制器。与降落伞大量配套使用的安全保
5、证设备就是自动开伞控制器。开伞器是一种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救生。将开伞器装在空投的人或物体上，跳离飞机后，开伞器可以控制在经过一定时间和达到一定高度时自动将伞包打开。因此保证了空投的安全和精度；另外，开伞器也可用延时引爆，例如鱼雷的引爆。1.2开伞器的工作原理开伞器主要由能源、时间控制机构和高度控制机构三部分组成。工作原理见图1-1：图1-1 开伞器工作原理图航空开伞器工作原理图中各个部件分别为：1.钢索 2.弹簧 3.滑轮 4.制动块 5.扇形齿轮 6.柱销 7.杠杆1 8.杠杆2 9.膜盒 10.中心轮组件 11.过轮组件 12.擒纵轮组件 13.擒纵
6、叉 14.惯性轮 15.软锁针1.3.1时控机构原理开伞器的传动原理如上图所示。开伞器使用前，先将钢索1拉出，使圆柱弹簧2压缩。弹簧顶部的滑轮3与扇形齿轮5上的制动块4相接处，制动块4被滑轮压迫，绕O2点逆时针转动，当滑轮移至制动块下方时，制动块在扭转弹簧恢复力的作用下弹回原位，停止继续压缩圆柱弹簧2，在弹簧恢复力的作用下，滑轮压紧制动块下端面。由于此时止动软锁针15阻止了擒纵叉13和惯性轮14的摆动，机构不能工作，个零件保持相对静止。将钢索末端的环扣在需要开伞的对象（如降落伞）的锁针上。至此，即完成了航空开伞器的预设工作。需要开伞器工作时，将止动软锁针拔出，在弹簧的恢复力的作用下，机构开始工
7、作：滑轮推动制动块，使扇形齿轮绕O点顺时针转动，通过三级升速齿轮传动将力矩传至擒纵轮组件12，擒纵轮组件12与擒纵叉13组成的无固有周期擒纵调速器控制机构的延时时间，并使机构匀速运动。由于扇形齿轮与它上面的制动块一起顺时针转动，当制动块的最外端转过滑轮3圆周右侧边界点后，滑轮被释放，钢索将弹簧的恢复力传出。以空投开伞应用为例，此力就可以将伞包上的锁针拔出，使降落伞开启。开伞器的工作到此结束。开伞器工作结束后，扇形齿轮轴上的扭簧恢复力矩将使它恢复到工作之前的位置（图示的位置）。由于过轮组件11上装有棘轮式单向离合器，而擒纵轮不能反转，所以扇形齿轮在工作结束后反转时，不损伤擒纵调速器。1.3.2高
8、控机构原理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，膜盒变形增大，因此可以利用膜盒变形控制高度。当扇形齿轮5转过一定角度后，其上的销6与主动杆7接触，扇形齿轮继续转动时，销6推动杠杆7带动杆8转动，当杆8与膜盒中心杆下降到上平板一下。杆8可以继续转动，时控机构继续工作，直至弹簧被释放把伞包打开。工作结束后，扇形齿轮轴上扭簧的恢复力矩将使它恢复到工作前的位置（图示的位置）。由于擒纵轮不能反转，因而在过轮组件11上装有棘轮式单向离合器，以保证扇形齿轮在工作结束后反转时，不损伤擒纵调速器。在准备工作阶段，制动块可以绕点逆时针转动以让开下移的滑轮，然后在扭簧的作用下立即
9、恢复到图示的位置，并且不能再绕点做顺时针转动。2.航空开伞器设计2.1开伞器时控机构设计时控机构由三级升速齿轮和擒纵调速器组成。2.1.1已知条件（1）延时时间：5.5s（2）擒纵调速器周期：0.032s（3）擒纵轮齿数：20（4）传动比：1382.1.2三级升速齿轮设计（1）传动比设计由于圆柱齿轮的单级传动比不宜过大，一般小于10，所以传动级数选为三级，按照误差最小原则以及体积最小原则分配各级传动比。从精度看，应按照“先大后小”的原则，各级传动比可定为6，5.75，以及4。（2）模数及齿数的设计在开伞器中，齿轮传递的力矩较小，可按结构工艺条件确定，不必按强度计算。根据开伞器的外廓尺寸可大致确
10、定齿轮的中心距a。由于空间大小所限制，齿轮尺寸不宜过大，因此应适当选取各级模数，可以在0.61.0之间适当选取。综上，三级齿轮的模数及齿数选择如下：第一级：，；第二级：，；第三级：，。（3）变位系数的选取由于部分齿轮齿数小于17，为了保证加工时不发生根切现象，需采用高度变位齿轮，即。并且由于小齿轮齿数少，容易发生根切，因此小齿轮应当取正变位而大齿轮应当取负变位。第一级：由变位系数公式，可以求得， ；第二级：同上，可以求得，；第三级：同上，可以求得，。（4）各级齿轮的详细参数如下：第一级：传动比，模数；齿顶高系数，顶隙系数；变位系数：大齿轮，小齿轮；齿数：大齿轮，小齿轮；中心距：。分度圆直径：大
11、齿轮，小齿轮；齿根圆直径：大齿轮，小齿轮；齿顶圆直径：大齿轮，小齿轮；第二级：传动比，模数；齿顶高系数，顶隙系数；变位系数：大齿轮，小齿轮；齿数：大齿轮，小齿轮；中心距：。分度圆直径：大齿轮，小齿轮；齿根圆直径：大齿轮，小齿轮；齿顶圆直径：大齿轮，小齿轮；第三级：传动比，模数；齿顶高系数，顶隙系数；变位系数：大齿轮，小齿轮；齿数：大齿轮，小齿轮；中心距：。分度圆直径：大齿轮，小齿轮；齿根圆直径：大齿轮，小齿轮；齿顶圆直径：大齿轮，小齿轮；2.1.3擒纵调速器工作原理介绍及扇形齿轮转角的计算擒纵调速器的作用是使弹簧的能量均匀释放，轮系保持近似等速转动，从而达到延时功能。擒纵调速器由擒纵叉和擒纵轮
12、两部分组成。 在弹簧2 的恢复力的作用下，擒纵轮上将产生作用力矩M，使其逆时针转动。当擒纵轮齿与擒纵轮叉进瓦接触时，在接触点上擒纵叉的力为，沿进瓦的法线方向，偏离擒纵轮齿的回转中心。力产生使擒纵叉逆时针转动的力矩，擒纵叉逆时针转过角后，擒纵轮齿与进瓦脱开。在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接触。此时，齿轮作用于出瓦的力为，力产生使擒纵叉顺时针转动的力矩。当擒纵叉顺时针转过角后，轮齿与出瓦脱开，在力矩的作用下，擒纵轮由转过一定的角度。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，所需的时间为一个周期。周期的近似计算公式如下：式中：周期擒纵叉上所有零件的的转
13、动惯量擒纵轮齿与进瓦接触时，对叉轴作用的力矩擒纵轮齿与出瓦接触时，对叉轴作用的力矩进瓦与擒纵轮接触到脱离，擒纵叉轴转过的角度出瓦与擒纵轮接触到脱离，擒纵叉轴转过的角度控制的时间为：对于本航空开伞器，式中：总传动比；擒纵轮齿数；擒纵调速器周期；延时的时间。由已知条件控制时间秒可得扇形齿轮的工作角度 。擒纵调速器没有固定的周期，要调节擒纵调速器的周期，可以通过改变惯性轮的质量来实现。2.1.4制动块设计时控机构工作对应的弹簧行程为4.3mm，即装在弹簧上的滑轮推动固定在扇形齿轮上的制动块绕扇形齿轮轴旋转，当弹簧的行程为4.3mm时，滑轮与制动块相切，扇形齿轮刚好转过了。可根据几何关系得出制动块长度的大小。或应用作图法得出制动块长度的大小。本次设计采用作图法。
