3D-проектирование механизма Уатта

3D-проектирование механизма Уатта

Видеоролик о работе: https://youtu.be/WSPAjjZEyh8

Цель работы заключается в создании системы уборки шасси длиннофюзеляжного самолёта после взлёта. Актуальность исследования определяется повышенным интересом к длиннофюзеляжным конструкциям. Например, рассматривается вопрос о модификации самолёта МС21 с удлинением фюзеляжа. Один из вариантов кинематической схемы механизма уборки шасси может быть основан на механизме Уатта. Такой механизм уже долго применяется в автомобилях марки Land Rover для стабилизации и обеспечения движения заднего моста автомобиля по прямой линии на амортизаторах при крене на поворотах. Если смотреть на автомобиль сзади, то рычаги механизма Уатта хорошо просматриваются под днищем конструкции. При этом ведущий мост автомобиля находится в центре среднего рычага-шатуна.

Новое техническое предложение заключается в развороте колеса на прямой угол вокруг вертикальной оси. Механизм Уатта тоже будет располагаться не поперечно движению, а продольно. В убранном положении колесо находится внутри фюзеляжа, то есть выше неподвижного звена корпуса механизма. При взлётно-посадочных режимах колесо выпускается перемещением центра шатуна вниз. Механизм Уатта обеспечивает почти прямолинейное перемещение центральной точки шатуна, на которой закреплена ось колеса. Когда щасси надо выпустить из корпуса, колесо перемещается вниз почти по вертикальной прямой линии. Почти прямолинейный отрезок траектории центральной точки шатуна обычно применяют в качестве рабочей траектории этого механизма. Полная траектория этой точки представляет собой лемнискату Бернулли. Для выпуска и уборки шасси небольшие отклонения от прямолинейного движения оси колеса не критичны, поэтому можно рассмотреть вопрос как о почти прямолинейном участке траектории, так и о дугообразных траекториях движения точки.

Преимуществом предлагаемого механизма является очень простая кинематическая схема. Механизм имеет одну степень свободы во время выпуска или уборки шасси. Чтобы зафиксировать механизм в выпущенном или в убранном состоянии, достаточно ввести любой дополнительный фиксатор, который устранит единственную степень свободы механизма. Для проверки правильности предложенного технического решения была изготовлена действующая модель с колесом от детского велосипеда. Размеры механизма относительно диаметра колеса оказались вполне приемлемыми для современных конструкций. Однако в современных самолётах часто применяют многорычажные схемы со сложными гидравлическими системами. Это значительно утяжеляет конструкцию и уменьшает её надёжность. В предлагаемой кинематической схеме всего три рычага: два коромысла и один шатун. Коромысла имеют одинаковые размеры. Это тоже значительно упрощает технологию изготовления механизма.

Для обеспечения перемещения рычагов, несомненно, потребуется дополнительный механизм с теми же гидравлическими системами для создания больших усилий. Однако дополнительные исполнительные механизмы относятся к системе управления работой шасси, имеют большую массу, должны обладать большой надёжностью, но они не затрагивают техническую суть решения – движение колеса по почти прямолинейному отрезку во время выпуска и уборки шасси для упрощения работы механизма и повышения надёжности. Создана компьютерная модель работы новой системы выпуска шасси.

Действующая модель механизма Уатта с колесом от детского велосипеда показана на рисунке. Рядом показана двумерная компьютерная реализация этой модели.

Математическое изучение траектории движения оси колеса, закреплённого на шатуне механизма Уатта, требует провести анализ лемнискаты Бернулли. Это кривая линия четвёртого порядка. Намного проще изучить движение колеса с помощью компьютерной модели и графики. Такое изучение было выполнено с помощью специальных программ, позволяющих моделировать движение различных механизмов.

Создание компьютерной модели движения колеса на механизме Уатта позволили очень быстро определить установочный угол корпуса механизма относительно продольной оси самолёта. Для этого достаточно было применить 2D-графику. Но дальнейшее исследование механизма Уатта, даже процесс сборки сравнительно простого механизма, потребовали получить объёмное представление о механизме и его свойствах. Для этого было проведено 3D-моделирование изучаемого механизма с помощью программы Creo Parametric. Эта программа состоит из восьми основных модулей, из которых для начального кинематического 3D-моделирования достаточно освоить работу трёх модулей.

Модуль создания эскизов позволяет моделировать детали механизма с их геометрическими характеристиками.

С помощью модуля моделирования деталям механизма Уатта был придан объём в соответствие с размерами имеющихся для дальнейшего изготовления механизма дюралюминиевых профилей.

Модуль сборки определяет логику работы механизма, автоматически формирует кинематические связи между рычагами механизма Уатта, а потом представляет на экране компьютера 3D-модель механизма. С помощью трёхмерного эскиза механизм Уатта был несколько раз заново собран, усовершенствован, изучен, а потом были определены практические направления его применения и совершенствования.

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование