支架式加速度过载模拟实验台结构

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1、一 前 言1.1 选题的意义导弹等飞行器特别是对对空发射等高质量、高精度的武器,它们有很高的要求：要有很好的机动性能,导弹的机动性能越好,要求它的整体结构强度就越高,承受机动过载的能力越强,发动机的结构性能就要求越高,像这种高科技武器,一般是要求没有质量问题,所以我们在生产使用前必须对一些参数进行实验性测试,这样才能保证它在高空过载情况下正常放心使用,并且保证其误差在允许围,因此,我们必须设计出相关仪器来测试出其参数。导弹在机动过载情况下其壳体的受力比较复杂,它会受到很多方面的影响：导弹在机动过载情况下其壳体的受力比较复杂,假设导弹的主翼压心F主、质心F质及尾翼压心F尾的分布是按图1-1所示。

2、如果控制导弹的俯仰、偏航是由F尾F尾可能是尾翼、燃气舵或柔性喷管等产生的侧向力来实现的,导弹在有大的离轴角度变向如抬头时其飞行轨迹如图1-1。图1-1 导弹机动过载下的受力简图导弹在机动过载情况下产生的法向加速度对发动机的影响为：1 法向加速度对导弹机械结构的影响一般机动性能好的导弹过载高达几十个g,在这种情况下弹体的弯曲变形非常明显,弯曲幅度在几十毫米甚至上百毫米与导弹长度有关。很显然这么大的变形势必影响发动机结构强度,甚至弹体可能会被折断；同时大变形也可能引起绝热层的脱粘等,增加了发动机着火、烧穿等的可能性。2 法向加速度对导弹发动机流场的影响法向加速度造成弹体的变形改变了发动机部空间,流

3、场有很大变化,特别是在发动机的后部形成折射使该处能量相对聚集,加速了此处绝热层的冲刷和烧蚀,增加了发动机烧穿的可能性。法向加速度造成发动机燃烧室的燃烧产物特别是凝聚相组份会沿着法向方向有相对运动。也就是说此刻的流场中燃烧产物分布的密度有很大差别,发动机燃烧室法向方向一侧凝聚相产物的密度要大大高于另一侧,这种现象又加速了这侧的烧蚀。法向加速度对导弹的影响结果如图1-2所示。图1-2 法向加速度对导弹的影响示意图实践证明如果导弹发动机只做地面普通热试车试验,不研究在法向加速度作用下的性能,可能会因此而导致导弹在机动飞行中失效。为保证导弹的产品的质量和可靠性,必须设计和制作一套地面过载热试车系统,对

4、导弹在法向加速度作用下的性能进行评价,用于指导产品设计与质量控制。所以,综上所述,设计的机器不仅要能满足地面的普通的热试车试验,而且还要能在法向加速度作用下对飞行器进行性能的检测,不至于导弹在机动飞行中失效。1.2 国外发展状况1 国： 从目前我们在这方面的发展来看：总体上是逐步地向前发展的。从解放之初到现在,导弹的发射技术在这方面我们从一穷二白的基础上到现在的100多颗各式各样的卫星的升空无不体现出我门在这方面的成就,就如同我们的经济一样,一直持续稳步地前进,我国也逐渐成为卫星的发射大国,还有载人飞太空之旅的成功,从此,我们应可以知道,我们在模拟控制方面取得了不少的成就。但是我们同样看到发展

5、是困难重重的。目前,面临世界各国的在这方面的大量投入,我国也必须在这方面努力,我国一直在加大这方面的投入,特别是在近两年表现的尤为突出。可以说目前的现状是：虽然取得了不少的成绩,但发展步伐不是很快,我们必须加快加大步伐向前走。 2 国外： 相对而言,国外在这方面,不管是发展历史、还是成绩都叫我国要长大。在上个世纪的四五十年代,诸如美国、苏联等军事强国在这方面就已经取得了巨大的成就,他们的卫星比我国发射得更远,载人飞船早就已经登上了月球。经过近50年的发展,可以说更始上了一个台阶。所以我们要看到他们的长处,利用尽可能利用的资源来发展这方面。世界上到目前为止只有少数国家完全掌握固体发动机研制、生产

6、、实验中的全部技术,中国在世界排名大概5-6位, 和美国,俄罗斯等国家都很大的差距。这些国家在这方面的技术非常的先进,不过从目前掌握的情况来分析,尚无立式固体发动机的过载模拟实验台1.3 论文的主要容1.了解该课题的特点以及发展状况； 了解加速度过载实验台的结构特点、传动原理,为设计出好的方案奠定基石；了解国外的发展情况,参考有价值的经验和产品,以求设计出功能更健全,结构更简便的实验台。2.传动系统方案的设计、比较与确定； 拟定几个系统方案,充分理解各个方案的优缺点,对比这些优缺点,选出更符合实际,能充分满足要求的的方案,为具体的零部件设计确定方向。3.各零件设计、选择、计算以及图纸的初步绘制

7、；按选定好的方案,具体设计各个零部件的尺寸,材料的选用,制造方法等,并初步绘制出装配图。4.了解电动机、的轴承等的市场价格以及各零件的市场加工成本； 了解设计中需要的成品件的价格,比如电动机,轴承,键,螺栓等,同时也要了解其他设计的零件的加工成本,从而估算设计产品的总体成本,尽量选用符合条件的低成本零件和成品件,以求充分节约成本。5.与生产部门讨论加工问题、图纸的修改以及商定加工成本。 联系生产部门,根据这些生产部门的具体生产能力,适当的修改和替换不能加工的零件的图纸,同时与生产部分商定加工成本,以最终确定总的加工成本。6.工件的夹紧方案的设计、比较与确定。 设计出几套发动机夹紧方案,充分理解

8、各个方案的优缺点,对比这些优缺点,选出更符合实际,能充分满足要求的的方案,以求能更方便的对发动机进行安装和更精确的测量所需参数。7外文翻译。 独立翻译一篇关于机械方面的英文文章,锻炼独立翻译英文能力。1.4本设计的特点：1.结构简单、成本低廉；2.零件的制造工艺简单；3.良好的安全性能；4.可以实现单台或双台发动机的过载模拟；5.试件在固定角度下测试；6.不作点火实验；7.可对不同尺寸的试件进行测量。8.针对机械部分的设计 / 二 实验台的方案设计与选择2.1原始数据及技术要求2.1.1 待测发动机数据本试验台应该适应以下发动机试验要求： 过载模拟单台或双台发动机发动机不点火试验 发动机长度：

9、小于1200mm 发动机直径：90 120mm 发动机重量：15 20kg 2.1.2 实验台技术参数 最大离心加速度：70g 旋转架承载能力：大于1500N2.1.3 转台运动控制转台采用变频调速方式,技术指标： 旋转架转速：小于300r/min 旋转架启动平稳时间：180S 电机额定功率：5.5KW上面装有压力应变片,并且配有控制箱 具有安全措施保障人员安全2.2 总体方案的设计2.2.1 方案1方案图：图2-1 方案1总图组成：1.支撑定架 ；2.带轮传动； 3.旋转平台；4.旋转支架；5.刹车系统 ；6.定 轴； 7.减震系统；8.安装系统；9.轴 承 ；10.底 座；传动路线及装夹方

10、案分析：传动路线：212220191410-8即电动机启动,通过联轴器带动减速器转动,减速器通过带轮和V带带动旋转平台转动,固定在旋转平台上的发动机随旋转平台一起转动。夹具方案：用了三处加紧装置,上夹紧装置和中夹紧装置是通过方形板块把工件和旋转轴连接在一起,采用的是螺栓联接。下夹紧装置也是通过螺栓联接把把工件的底部和承力块固定住,承力块则是通过螺栓联接固定在旋转台上,于是这样就解决了工件的装夹。实体图：图2-2 方案1实体图2.2.2 方案2方案图：图2-3 方案2总图组成：1.集流环套； 2.测控设备； 3.集流环 ； 4.夹 具；5.定 轴； 6.夹紧装置； 7.旋转平台； 8.推力轴承；

11、9.底 座； 10.带 轮； 11.轴承半盖；12.角接触轴承；21.电 机；传动路线及装夹方案分析：传动路线：222120191076即即电动机启动,通过联轴器带动减速器转动,减速器通过带轮和V带带动旋转平台转动,固定在旋转平台上的发动机随旋转平台一起转动。夹具方案：用了二处加紧装置,上夹紧装置采用分离的两个夹紧半盖,并利用螺栓螺母联接来固定发动机,夹紧装置和撑杆焊接在一起,撑杆则通过其焊有的底座被螺栓螺母上紧而被固定在旋转平台上。下夹紧装置也是采用分离的两个夹紧半盖通,并利用螺栓螺母联接把把工件的底部和承力块固定住,下夹紧装置和承力块通过销轴和开口销联接,承力块则是通过螺栓联接固定在旋转台

12、上,于是这样就解决了工件的装夹实体图： 图2-4 方案2实体图2.2.3 方案3方案图：2-5 方案3总图组成： 1.箱 体； 2.集流环； 3.角接触球轴承； 4.大转动轴；5.大锥齿轮； 6.套 筒； 7.箱体盖； 8.大轴承盖； 9.拉 杆； 13.旋转架； 19.套 杯； 20.圆锥滚子轴承； 22.小轴承盖； 24.齿轮轴； 29.箱体底盖； 31.连接块传动路线及装夹方案分析：传动路线：245413即电机通过联轴器带动齿轮轴转动,通过齿轮传动与齿轮轴配合的齿轮通过键联接带动垂直方向的轴转动,再带动旋转台转动。然后是固定在旋转台上的发动机随转台一起转动。夹紧方案：将夹具直接装在转台上

13、,通过一个90的调角架来实现的,上面同时安装刻有刻度的分度盘,测量的角度可以直接读出来。实体图：图26 方案3实体图2.3方案选择2.3.1方案的特点2.3.1.1 方案一的特点方案一的主要特色是：结构简单、拆装方便、较好的制造工艺,并且使用同步带的传动可以提高传动效率,在过载的环境下能够起到自我保护作用,提高了使用的安全性能,并且可以能够较好的满足设计的要求性能。同时在8根支撑柱的支撑作用下,可以承担相当大的轴向载荷,这也为在实验台的安全性能方面起到了很重要的稳定作用,因为在轴向方向的力还是很大的,使用支撑柱而不是用箱体结构也不影响使用带的传动方式的使用。其二,使用空心轴的同时不仅能够满足引

14、出线的目的,同时也提高了轴的抗扭强度。其三、在测试件这一块,也有别于以往的水平和垂直放置的相对单一的摆放方式,但是同时这也对设计提出了更高的要求,因为还有考虑剃度加速度对测试件的影响。因此,可以说这套设计方案还是有其独特的地方。但是,也存在不少问题：第一、其中使用带的传动方式就有很大的问题,虽然能够一定程度上的自我保护,但是却也会造成当载荷稍大于一定值时,就会就出现带无法带动带轮的情况,无办法实现传动,这严重影响了测试件的测量围；第二、由于体积庞大,高度上近三米,这不仅会对造成隐患。因为高度过高,会造成整体受力的平衡性很难得到保证,一定程度上的摇摆不定,同时这样的设计回会对零部件的性能提出很高

15、的要求,无形中也提高了成本。再者,也要求在安装该机器的地方征用很大的空间,无形中造成了成本的上升。第三、大轴承的使用也会造成一些不必要的麻烦,首先在无形中增加了制造成本,根据市面上提供的数据显示,这样的一个轴承在价格将近2万,同时我们还得考虑运输费用、安装的问题所带来的一系列费用。还有个最大的缺点就是当实验时风阻特别大,测量角度很有限。因此这样的选用有待进一步论证,在能不使用的情况下我们尽量不是用。2.3.1.2 方案二的特点方案二除拥有方案一的特色：结构简单、拆装方便、较好的制造工艺,并且使用同步带的传动可以提高传动效率,在过载的环境下能够起到自我保护作用,提高了使用的安全性能,同时在8根支撑柱的支撑作用下,可以承担相当大的轴向载荷外,由于高度和夹紧装置的简化,在风阻方面进行了很大的改进,测量的稳定性也得到很大的提高,对零件性能的要求反而降低了,取消了刹车系统,简化了整体结构,同时对可测量