МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (национальный исследовательский университет)» Институт №1 «Авиационная техника» КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «Технология производства самолетов» Тема: «Проектирование сборочного стапеля» Вариант: руль высоты Выполнил: студент группы М1О-409Б-19 _______________ Балабина Д.А. Проверил: _________________________________________Дуров Д.С. Москва 2022 г. Оглавление Введение ................................................................................................................... 3 1. Описание самолета ........................................................................................... 4 2. Описание проектируемого агрегата ................................................................ 4 3. Материалы при изготовлении руля высоты ................................................... 6 4. Типы соединений при сборке руля высоты ................................................. 10 5. Требования к точности изготовления руля высоты .................................... 12 6. Технологический процесс сборки проектируемого руля высоты ............. 14 Заключение ............................................................................................................ 17 Список источников ............................................................................................... 18 Приложение 1 ........................................................................................................ 19 Приложение 2 ........................................................................................................ 20 Приложение 3 ........................................................................................................ 21 2 Введение Цель работы: в данном курсовом проекте необходимо выбрать агрегат воздушного судна (ВС) и спроектировать стапель для сборки этого агрегата. Для этого нужно решить следующие задачи: 1. Дать краткое описание выбранного самолета и выбрать агрегат; 2. Написать назначение агрегата ВС и материалы при изготовлении; 3. Изложить требования к точности изготовления; 4. Написать технологический процесс сборки проектируемого агрегата в стапеле; 5. Выполнить схему конструктивно-технологического членения агрегата; 6. Выполнить сборочный чертеж агрегата; 7. Выполнить чертеж стапеля с агрегатом. 3 1. Описание самолета Для дальнейшего выбора агрегата выбираем, как прототип, самолет Ту-204, который представляет собой свободно несущий моноплан с низко расположенным стреловидным крылом и стреловидным оперением, с двумя двигателями, установленными на пилонах под крылом. Самолет Ту-204 предназначен для перевозки пассажиров, багажа, почты и грузов на магистральных ближних, средних и дальних авиалиниях. Оперение планера стреловидное и состоит из горизонтального и вертикального оперения. К горизонтальному оперению относятся стабилизатор и руль высоты. Стабилизатор может изменять угол установки в полете с помощью приводов управления. Горизонтальное оперение закреплено к хвостовой части фюзеляжа посредством узлов навески стабилизатора и приводов управления. К вертикальному управлению относятся киль и руль направления. Вертикальное оперение закреплено к хвостовой части фюзеляжа с помощью присоединительных фитингов. В нижней носовой части киля размещено радиооборудование, а в нижней кессонной части киля расположен топливный отсек. В рамках курсового проекта будет идти речь о руле высоты самолета Ту-204. 2. Описание проектируемого агрегата Агрегат- часть самолета, законченная в конструктивном и технологическом отношении и выполняющая его определенную функцию. Назначение Горизонтальное оперение предназначено для обеспечения устойчивости и управляемости самолета во время полета в канале тангажа. Горизонтальное оперение ВС состоит из неподвижного стабилизатора с подвижными рулями высоты. 4 Описание Руль высоты состоит из двух половин, установленных на каждой консоли стабилизатора. Каждая половина руля высоты закреплена на трёх опорах, расположенных в залонжеронной части стабилизатора. Каждая половина руля высоты состоит из: кронштейнов (5); кронштейна (7) крепления привода; торцевой и корневой мембран (2,3); лонжерона (4) швеллерного сечения; переднего носка (6) и хвостового отсека (1) с сотовым заполнителем. (рис. 1) Кронштейны по опорам и кронштейны крепления приводов двутаврового сечения изготовлены из алюминиевого сплава. Пояса изготовлены из прессованного профиля уголкового сечения, а стенка из листового материала. Рис. 1 Сборочный чертеж руля высоты 5 3. Материалы при изготовлении руля высоты Лонжерон швеллерного сечения изготавливается из алюминиевого сплава с уголками таврового сечения из алюминиевого сплава для крепления кронштейнов. Стенка лонжерона изготавливается из алюминиевого сплава (Д16Т), а пояса из стали 30ХГСА. Д16Т - алюминиевый сплав, который обладает стабильной структурой, малым весом, хорошей прочностью, обрабатываемостью и сопротивляемостью к незапланированной микроскопической деформации. Относится к сплавам системы Al – Cu – Mg (алюминий, медь, магний) и легируется марганцем. Механические свойства Д16 сильно зависят от термообработки. Так предел прочности при растяжении σ для листов из Д16Т и Д16М различаются в 2 раза: порядка 20 кгс/мм для листов Д16АМ и 40 кгс/мм для листа Д16АТ. Преимущества: гибкость и пластичность; механическая прочность в результате термоупрочнения; разнообразие видов обработки; широкий сортамент изготавливаемого проката; малый удельный вес. Недостатки: небольшая подверженность ржавлению; слабая способность к сварке. 30ХГСА - среднелегированная высокоуглеродистая конструкционная сталь. Сталь 30ХГСА применяется в производстве деталей с повышенными требованиями к износоустойчивости: поршневые механизмы, работающие в двигателях, толкатели, зубчатые валы, рычаги, оси, лопасти, фланцы, стальные колеса, ответственные несущие конструкции, предназначенные для знакопеременных нагрузок. Предел текучести стали 30ХГСА σ = 820 МПа, что 6 более чем вдвое превосходит аналогичный показатель стали 12Х18Н10Т. Предел выносливости составляет σ = 490 МПа, что ровно вдвое больше аналогичного показателя у стали 45. При нагрузке 980 МПа сталь 30ХГСА разрушается полностью. Твердость по шкале Роквелла составляет HRC = 4550 ед. Максимальная температура сохранения механических характеристик равна t = 400⁰С. Сталь склонна к отпускной хрупкости. Преимущества: ударная вязкость высокая способность стали противостоять динамическим нагрузкам; твердость объясняется высоким содержанием углерода в составе стали; износоустойчивость устойчивость к переменным нагрузкам, особо ценное качество стали 30ХГСА, сделавшее ее незаменимой в самолетостроении; хорошая свариваемость; высокая сопротивляемость постоянному тепловому воздействию (до 400⁰С). Недостатки: низкая прокаливаемость: небольшая глубина изменений при закалке; подверженность образованию внутренних трещин, снижающих механические показатели; - коррозионная подверженность: сталь нельзя использовать в условиях повышенной влажности или прямого контакта с водой без гальванического покрытия или других защитных мер. 7 Хвостовой отсек выполнен из обшивки, изготовленной из алюминиевого сплава (АМг6) и сотового блока, изготовленного из алюминиевых сотов. (рис.2) Рис.2 Сотовый блок АМг6- алюминиевый деформируемый сплав, отличающий хорошей коррозионной стойкостью и пластичностью, средней прочностью. Буква "А" обозначает алюминий, "Мг" - магний, а цифра 6 указывает на процентное содержание основного легирующего элемента. Сплав АМг6 обладает плотностью 2 640 кг/м3, при этом обладает сравнительно невысокой твёрдостью. Текучесть материала варьируется в 8 пределах 130-385 Мпа, в зависимости от температуры плавления и категории проката. Преимущества: высокий предел прочности на разрыв, сравнимый с показателями сталей Ст-3; небольшой удельный вес; коррозийная устойчивость: не вступает в реакцию с атмосферными газами и другими веществами; независимость от циклических нагрузок: показатель характерный для дюралюминов, применяемых в авиастроении; хорошая свариваемость: шов целостный, без каверн и разрывов. Недостатки: низкая текучесть, что требует добавления в состав цинка и нагортовки поверхности металлопроката; не упрочняется под воздействием высоких температур. Алюминиевые соты – материал, разработанный для создания легких и прочных конструкций. Алюминиевые сотовые панели применяются там, где имеется необходимость обеспечить максимальную жесткость при низком весе. Алюминиевые соты огнестойки и устойчивы к коррозии. Преимущества: небольшой вес; высокая прочность; устойчивость к сжатию; стойкость к коррозии и огнеупорность. 9 Сотовые панели - это конструкции, внутри которых расположены алюминиевые соты, сверху - листы алюминия. Это многослойная конструкция, верхняя обшивка которой отвечает за сжатие, а нижняя - за растяжение, между ними находится наполнитель, представляющий собой алюминиевые соты, состоящие из 5 или 6 граней. Соты представляют собой изолированные друг от друга каналы, состоящие из тонколистного материала. Кронштейны навески изготавливаются из В95 - это высокопрочный термоупрочняемый сплав алюминия с цинком, магнием и медью. Это самый прочный из наиболее известных сплавов алюминия. Он применяется для высоконагруженных конструкций, работающих под большим давлением на сжатие. Сплав обладает высокой твёрдостью и прочностью в виду образования твёрдых кристаллических образований в нём. Высокая твёрдость сказывается на его пластичности, поэтому В95 плохо переносит надрезы. Заклепки изготавливают из стали (Ст2, Ст3, 09Г2, Сталь 10), латуни (Л63), меди (М3, МТ), алюминиевых сплавов (АМг5П, Д18, АД1) и других материалов. Материал заклепок должен быть достаточно пластичным для обеспечения возможности формирования головок и однородным с материалом соединяемых деталей во избежание электрохимической коррозии. Герметик Виксинт У-1-18 изготавливается на основе силоксановых каучуков. Герметик У-1-18 используется для поверхностной герметизации металлических соединений из нержавеющей стали, алюминиевых и титановых сплавов и для герметизации аппаратуры при действии вибрационных, ударных и повторно-переменных нагрузок. 4. Типы соединений при сборке руля высоты Клеевое соединение. Клеевинтовые и клееболтовые соединения могут быть выполнены двумя способами: с постановкой винтов или болтов по отвержденному клеевому соединению и с постановкой винтов или болтов по незатвердевшему клею с последующим отверждением клея в 10 комбинированном соединении. Для повышения герметичности рекомендуется под головки заклепок, винтов или болтов дополнительно подкладывать шайбы, высеченные из тонких клеевых пленок (0,05-0,10 мм), или покрывать головки жидким клеем. Клеевинтовые соединения имеют лучшие показатели длительной прочности и менее чувствительны к изменениям температуры и климатических условий, чем клеевые соединения на аналогичных клеях. Болтовое соединение. Наибольшую массу при других относительно равных условиях имеют болтовые соединения. Болт-заклепочные соединения на 10...30 % легче болтовых. Применение специальных болт-заклепок (ОСТ 130041-82…ОСТ 130044-82) дает выигрыш в массе 0,95 кг в расчете на каждые 1000 штук в сравнении с обычными болт-заклепками из одного и того же материала. Наиболее трудоемким элементом технологического процесса выполнения болтового соединения является образование и чистовая обработка отверстий. При образовании болтового соединения по шестому квалитету точности более 70% трудоемкости приходится на образование и обработку отверстий с помощью разверток. При использовании протяжек доля времени, приходящаяся на образование и чистовую обработку отверстий, снижается до 36 % от общей трудоемкости выполнения соединения. Более 20 % трудоемкости приходится на вставку болта, установку шайбы, наживление и завинчивание гаек (в случае заклепочного соединения эти операции отсутствуют). Причем с увеличением диаметра болта трудоемкость его установки возрастает. Заклепочное соединение применяют для неразъемного скрепления деталей. В заклепочных соединениях детали соединяют «внахлестку» (друг на друга) или с помощью дополнительных накладок «встык». Для этого размечают места для заклепок, просверливают или пробивают отверстия. 11 Заклепка хорошо выдерживает нагрузки, направленные параллельно плоскости соединения двух деталей. Она представляет собой стержень или трубку, с одной стороны которой находится закладная головка. При осуществлении процесса заклепывания с другой стороны образуется замыкающая головка. Выполнение заклепочных соединений может осуществляться с помощью ручного механизированного инструмента, на стационарных прессах групповой клепки или на прессах-автоматах, в том числе с числовыми системами программного управления. Заклепки из алюминиевых сплавов имеют предел прочности на срез τ = 180...280 МПа, стальные заклепки τ = 350 ... 500 МПа. 5. Требования к точности изготовления руля высоты К любым соединениям предъявляют следующие требования: - обеспечение неподвижности или заданной подвижности соединяемых элементов; - высокая прочность и надежность соединений, обеспечиваемая передачу нагрузок от одного элемента другому в течении всего срока эксплуатации; - стойкость против коррозии; - возможно наименьшее увеличение массы конструкции; - возможность контроля качества соединения при сборке и эксплуатации; - возможно наименьшая трудоемкость и простота выполнения; В ряде случаев к соединению предъявляют дополнительные требования: - герметичность; - быстроразъёмность (пироболты); - высокая точность ориентации соединяемых деталей друг относительно друга; 12 - высокая жесткость, например, за счет запрессовки соединительных элементов (болтов, шпилек и т.п.); - гладкость поверхности. К клеям предъявляют следующие требования: - высокая когезия и адгезия; - достаточная температурная стойкость; - более высокая эластичность клеевого слоя по отношению к соединяемым деталям; - близость термического коэффициента линейного расширения; - минимальная усадка при затвердевании; - отсутствие коррозии материала конструкции; - минимальное старение; - хорошее заполнение зазоров; - минимальная токсичность; - минимальное количество летучих компонентов. Отверстия для заклепок в соединяемых деталях сверлят или пробивают. Наиболее распространенно сверление отверстий, так как при этом они получаются более качественными. Прочность заклепочных соединений с пробитыми для заклепок отверстиями меньше, чем таких же соединений со сверлеными отверстиями. Для повышения прочности заклепочных соединений с пробитыми для заклепок отверстиями необходимо пробивать отверстия меньшего по диаметру размера, а затем рассверливать или протягивать их до требуемого размера. При сверлении отверстий для заклепок сверло должно быть по размеру диаметра на 0,1...0,2 мм больше номинального диаметра заклепки. Это позволяет легко вставлять заклепку в 13 отверстие и обеспечивает хорошее заполнение отверстия стержнем заклепки. В зависимости от требований к точности и другим характеристикам для образования и обработки отверстий применяют комбинации сверления, зенкования, Качество протягивания, подготовки пробивки, отверстия раскатывания, является дорнирования. решающим фактором, определяющим ресурс соединения. Трудоемкость подготовки отверстий составляет до 30% от общей трудоемкости выполнения соединения. 6. Технологический процесс сборки проектируемого руля высоты Сборочное приспособление состоит из деталей каркаса, обеспечивающих жесткость приспособления; из стапельных плит и элементов, фиксирующих положение деталей и узлов собираемого изделия; рубильников, определяющих обводы агрегата. При сборке выбирают базовую деталь и от нее ведут процесс монтажа, контролируя место установки других деталей каркаса. Наиболее ответственным моментом при сборке приспособлений является установка в требуемое положение его рубильников и увязка их обводов с положением стапельных плит и других фиксирующих элементов, определяющих положение стыков узлов собираемого изделия. Существует несколько методов монтажа рубильников и фиксирующих элементов сборочных приспособлений: Сборка при помощи монтажных эталонов; Сборка с применением плаз-кондуктора, инструментального стенда и оптических приборов; Сборка по монтажно-фиксирующим шаблонам. Сборка руля высоты осуществляется при помощи монтажных эталонов. Преимущество метода: Высокая точность приспособлений; 14 Хорошая взаимная увязка обводов со стыковыми узлами. Недостатки метода: Большая стоимость монтажного эталона; Малый фронт работ. Таблица 1 № Содержание процесса Инструмент Опер. 1 Входной контроль Шаблоны, поступивших деталей штангенциркули, рентгеновский и ультразвуковой контроль 2 Установить в стапель лонжерон, подкрепить фиксаторами. 3 Просверлить отверстия в Пневмодрель стенке лонжерона для Слесарный набор кронштейнов навески и Зенковка кронштейна привода, Линейка зачистить отверстия 4 Нанести герметик на Слесарный набор отверстия в лонжероне. (Фиксирующие Установить на лонжерон по болты, гаечный ответным отверстиям ключ и шприц с кронштейны навески и герметиком) кронштейн привода, зафиксировать. 5 Установить в стапель хвостовой отсек, подкрепить фиксаторами и рубильниками. 6 Сверлить отверстия в полках Пневмодрель. лонжерона совместно с Зенковка панелями хвостового отсека. Заклепки, клей Зачистить отверстия. Молоток Соединить лонжерон с сотовым блоком с помощью клея и зафиксировать заклепками по периметру. Оборудование УЗК Стапель Стапель Стапель Стапель Стапель 15 продолжение таблицы 1 7 8 9 10 11 12 Отвести рубильники, завести в Стапель стапель и закрепить передний носок фиксаторами и надеть рубильники.. Склеить носок с соединенным Клей, шприц с Стапель хвостовым отсеком и герметиком. лонжероном. С помощью Пневмодрель. герметика приклеить анкерные Анкерные болты гайки к лонжерону. и гайки. Просверлить отверстия, очистить и зафиксировать анкерными болтами Установить торцевую и Клей Стапель корневую мембраны, нанести на них клей и соединить с агрегатом фиксаторами. Руль высоты вынимается из приспособления Взвешивание Весы Выходной контроль Чертеж, штангенциркуль, рентгеновский и ультразвуковой контроль Стапель состоит из (Приложение 3): Верхней и нижней балки; Основания; Рубильников; Фиксатора: хвостового отсека, кронштейна навески, носка. 16 Заключение В курсовом проекте рассмотрели технологический процесс сборки руля высоты среднемагистрального пассажирского самолета Ту-204. Изучили типы соединения агрегата при сборке. Написали назначение агрегата ВС и материалы при изготовлении, указали их преимущества и недостатки. Выполнили схему конструктивно-технологического членения агрегата, сделали сборочный чертеж агрегата и чертеж стапеля с агрегатом. (Приложение 1, 2, 3) 17 Список источников 1. Бойцов В.В. и др. Сборка агрегатов самолета: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по Специальности «Самолетостроение» / В.В. Бойцов, Ш.Ф. Ганиханов, В.Н. Крысин. – М.: Машиностроение, 1988. – 152 с. 2. Современные технологические процессы сборки планера самолета / Колл. авторов; Под ред. Ю. Л. Иванова. — М.: Машиностроение, 1999. — 304 с.: ил. 3. Конспект лекций по дисциплине «Технология производства самолетов»- Дуров Д.С.-2022 4. Руководство по технической эксплуатации Ту-204. ОАО «Туполев», 2004. 18 Приложение 1 19 Приложение 2 20 Приложение 3 21
