HB Z 201-1991 航空发动机燃油与控制系统随动机设计指南.pdf
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1、中华人民共和国航空航天工业部航空工业标准HB/ Z 20 -91 指导性技术文件航空发动机燃油与控制系统随动机设计指南1991-08一03发布1991 -12-01实施中华人民共和国航空航天工业部批准目次1.主题内容与适用范围. . . . . . . . . . . . . . . . . (1) 2 引用标准. . . . . . . . . . . . . . . . . (1) 3 符号. . . . . . . . . . . . . . . . . . (1) 4 概述. . . . . . . . . . . .11 .,. . . . . . . . (3) 5 设计要求和步骤
2、. . . . . . . . . . . . . . . (7) 5. 1 设计要求. . . . . . . . . . . (7) 5.2 设计步骤. . . e . . . . . (8) 6 随动机基本性能计算. . . . . . . . . . . . . (8) 6. 1 随动机运动速度的计算, . . . . . . . . (8) 6. 1. 1 单作用随动机. . . . . . . . . . . . . . . . . (8) 6. 1. 2 双作用单活塞杆随动机. . . . . . . . . . ,. . . . . . (8) 6. 1. 3 双作用双活塞杆随
3、动机. . . . . . . . . . . .(的6.2 随动机的输出力、作用时间、储油量、功率和总功率的计算. . . . . (8) 6. 2. 1 输出力. . . . . . . (8) 6.2.2 随动机作用时间. . . . (的6.2. 3 随动机储油量. . . . . . . . . . (的6.2.4 功率. . . . . . . . ( 9) 7 随动机结构参数计算. ,. . (9) 7. 1 随动机活塞筒内径计算. . . . . . . (9) 7.2 随动机活塞筒壁厚的计算. . . . (9) 7.2. 1 中厚壁. . . . . . . . . (9)
4、 7.2.2 薄璧. . . . . . . . (9) 7.2.3 统计数据. . . . . . . . (10) 7.3 随动机活塞筒外径的计算. . . . . . . . . .(10) 7.4 活塞杆的计算. . . . . . . . (1 0) 7. 4. 1 按强度条件汁算活塞杆直径. . . . . .(10) 7.4. 2 接活塞在复运动速度比计算活塞杆直径. . . . (1 0) 7. 4. 3 活塞杆稳定性校核.t. . . . . . . . . . . . . . . ( 10) 7.5 活塞宽度的确定., .,. .f .t. . . . . (10) 7.5
5、. 1 间隙密封的活塞宽度. . . . . . (10) 7.5.2 用橡胶活塞皮碗密封的冶寡宽度. . . . . (1 0) 7.5.3 用0型密封圈密封的活基宽度. . . . . . . . . . . . . . (1 1 ) 7.5. .i 用u型密封环密封的活塞宽度. . . . . . . (2) 7. 5. 5 用复合密封件密封的活塞宽度. . . . . . . . . . (12) 7.6 活塞杆导向套直径、壁厚和长度的确定. . . . . . . . . . . . . .(12) 7.7 弹簧的确定. . . . . . . . . . . . . . . . .
6、(12) 7.8 随动机活塞筒盖厚度计算. . . . . . . . . . . . .(12) 7.9 活塞筒盖螺钉强度计算. . . . . . . . . (1 3) 7.10 销轴和耳环的确定. . . _111 ,. . . .(13) 7. 10. 1 销轴. . . . . . . . . . (1 3) 7. 10.2 耳环. . . . . . . . (14) 8 随动机静态特性和动态方程. .-. . . . . . . . .11. (15) 8. 1 喷嘴挡板控制的随动机. . . . . .(1日8. 1. 1 静态特性. . . . . .(15) 8. 1.2
7、 动态方程. . . . . . . (16) 8. 2 简单的分油活门控制的随动机. . . . . . . .(16) 8.2.1 静态特性dn 节流嘴的直径町1ds 销轴直径U 航空航天工业部1991-08-03发布1991-12-01实施HBjZ 201-91 F 随动机输出力或拉力N F 负载力N Ft 弹簧力N F,o 弹簧预紧力N h 喷嘴挡板开度口18 重力加速度m/s2 hj 喷嘴挡板开度的基准值自1h 喷嘴挡板的无因次相对开度K. 放大系数Kt 弹簧刚度N/m K 拧紧螺纹系数,K=1. 25-., 1. 5 K, 螺纹内摩擦系数,也=O. 007. O. 2,一般取K1=
8、0.12L 耳环孔中心到端面距离m 活塞杆长度m mb 整个调节机构(包括随动机活塞、活塞杆和斜盘等的折合同/(m/s2)质量n 安全系数P,n 随动机输入功率唱FPt 随动机输出功率w p 工作压力Pa PA 活塞A腔的燃油压力Pa PIl 活寨B腔的燃油压力Pa Pd 定压袖压力Pa P/ 同油压力Pa Pmax 最大工作压力Pa PP 供油压力Pa p到喷嘴腔压力Pa py 试验压力,取py=1. 5p Pa p 活塞筒盖受到的液压力N Qo 原稳定状态时流过节流嘴或喷嘴挡板)的流量L!min Q 流入随动机活寨腔的流量L! min Q, 流入随动机左腔的流量L/ min Qz 流入随动
9、机右腔的流量L!min R 耳环半径m s 随动机活塞杆)位移m Sj 随动机活塞(杆)位移的基准值】s 随动机活塞(杆)的无因次相对位移2 HBjZ 201-91 T 随动机作用时间s T1 与惯性力有关的时间常数s Tz 与阻尼力和活塞位移有关的时间常数s T. 时间常数s V 随动机储油量L v 活塞移动速度m/s Vl 活塞向右移动速度m/min V主活塞向左移动速度mjmn y 分油活门位移m yj 分油活门位移的基准值1 y 分油活门的无因次相对位移z 连接螺钉(或螺柱)数目6 活塞筒壁厚自】t 活塞筒盖厚度口】币2随动机机械效率,当用耐油橡胶密封时,取rm=O.95v 随动机容积
10、效率,v= O. 95- O. 99 喷嘴挡板的流量系数1 通过节流嘴的流量系数2 通过分油活门窗口的流量系数 燃油密度kg/ m3 连接螺钉(或螺柱)所受拉应力Pa 材料的许用拉应力Pa . 材料的抗拉强度Pa n 连接螺钉(或螺柱)的合成应力Pa p 材料的许用压应力Pa E 材料的屈服极限Pa I 连接螺钉(或螺柱)的剪应力Pa 材料的许用剪应力Pa 速度比。l强度系数Q 阻尼系数N/(m/ s) 注z除特殊说明外,本标准中带下标0.1的符号表示在原稳定状态下的参数。4 概述在液压系统中执行兀件是将液体压力能转变为机械能的转换装置,液压能转变为直线往复运动机械能的装置称为液压缸。在航空发
11、动机燃油与控制系统中执行冗件通称为随动机,常3 HBj Z 201 - 91 见随动机见表1t典型结构如图15所示。图1所示是密封型式为双边单边)加强活塞皮碗的随动机。这种结构型式的活塞是个整体,其结构简单、便于加工、容易装配和分解,但尺寸大些e图2所示是密封型式为活塞反碗的随动机。这种结构型式的活塞不是一个整体,是由活塞圈、活塞皮碗、活塞压隅和锁片等组成,其结构较复杂。图3所示是密封型式为u型密封环的随动机。U型密封环内装有张力弹簧和弹簧带,使u型密封环向外涨与活塞筒内壁紧密贴合,密封可靠、耐磨。U型密封环一般直接装在活塞杆二,由调整垫圈和弹性卡隔固定,另一边压在活塞杆凸肩上,其结构简单、装
12、配分解方便。表i航空发动机燃油与控制系统常见随动机名称固刁飞符号说明团主单作用单活塞杆活塞仅单向运动,由外随动机力使活塞反向运动_.国回.田圃.-晶.现作用且在活塞杆团主CE-悟塞向运动,正反方随动机向的力和速度不相等一一止二二El 双作用双活塞杆双向等速随动机T 了-一单作用单活塞杆弹匮主因豆卡活塞单向作用,不供油簧复位组合随动机r 时由弹簧使活塞复位I 脏二t-4 双作用单活塞杆弹川叫活塞向作用,不供油T 簧复位组合随动机-时由弹簧使活塞复位4 HB;Z 201-91 4 9 /J / / 6 8 因1双边单边)加强活塞皮碗式活塞杆;2导向套,3壳体d密封圈,5t8塞简;6 活塞,7弹簧,
13、8壳体,9密封圈广图2活塞皮碗式1 活塞杆12活塞圈;3活塞皮碗$4 活塞压圃,5螺母;6 止动螺钉s7 销片.8密封圈,9活塞筒5 l 2 HB/Z 201-Ji 图3u型密封环式i 随动活塞齿杆,2销子,3密封圃,4 导套,5弹簧带,6涨力弹簧z7 活塞筒,8密封环,9调整垫围;10 调整垫圈d1铀坪j弹性卡圈3 4 5 图4复合密封件型式一l 活塞杆,2垫圈,3密封圈川活塞体$6 氟塑料环,6垫圈;7螺母;自密封圃,9活塞筒6 图4和图5所示是密封型式为复合密封件的随动机。其活塞是由横截面为矩形的橡胶密封圈外径上加聚四氟乙烯塑料环组合而成,其结构简单、加工方便、装配分解容易。6 5 设计
14、要求和步骤5. 1 设计要求1 HB/Z 201-91 2 3 4 图5复合密封件型式二1 活塞抨;2垫圄;3隔圃;4密封保待阉:5 复合密封件,6密封衬套,7u型阁,8 螺母,9垫圃dO瑞盖;11活塞筒;12 0形圈5 在航空发动机燃油与控制系统中,随动机应具有结构紧凑、重量轻、密封性好、效率高、可靠性高和响应快等特点。在设计中应按照最小空间尺寸原则、强度理论和设计标准化要求进行。可靠性设汁应根据技术协议或有关技术文件的要求进行。5.2 设计步骤a.方案论证:包括可行性分析、方案预选、性能预测、可靠性分析和费用估算等,并编写随动机设计任务书Fb.按主体性能和尺寸要求,初步确定主要结构型式和结
15、构参数;C.静态、动态参数计算;d.结构参数、尺寸链计算:绘制结构草图,计算尺寸链,并进行圆整化Fe.材料选择和热处理:包括材料、表面处理、热处理方法和要求等;f.强度计算:校核关键零件的强度Fg.零组)件图设计z绘制零件图、组件图,编制产品明细表Fh.编制技术条件,包括制定试验项目、方法和设备等。6 随动机基本性能计算6. 1 随动机运动速度的计算7 HB/Z 201-91 6. 1. 1 单作用随动机4Q _ -./ 1-3 YEEEZ X lO-;j .,. (1) 6. .2 双作用单活塞杆随动机4Q交纱1=苟ivX 10九. . . . . . . . . . (2) 4Q = .t
16、r2. X 10 3 . . . . (3) 何(D2-d2)丁6. ,. 3 双作用双活塞杆随动机4Q兔U-= _/ n, 12. X 10-3 1f(D2 - 42) (4) 6.2 随动机的输出力、作用时间、储油量、功事和总功率的计算6.2. , 输出力6. 2. 2. 1 单作用随动机当油进入无活塞杆腔时,随动机活塞杆向外伸出时的输出力为:_nZ F = p .-4 1. . . . . . . . (5) 6.2.2 双作用单活塞杆随动机当油进入有活塞杆腔时,随动机活塞忏向腔内收进时的拉力为17.(D2 - dZ) F= p 4 可用 (6) 油进入无活塞杆腔时,随动机活塞忏向外伸出
17、时的输出力均:6. 2. 2 随动机作用时间6.2.3 随动机储油量6.2.4 功率随动机输入功率z随动机输出功率:_n2 F=p于 (7) 1. 5n:D2S T=一一一一X104 (8) Q热VEZ22 102HH- . . . . . . . . 1 F, 1 =一一.:_= fpQ X 10- ; (10) 60俐Iv60 (1 1 ) 。叫60理论上,若不考虑各种损失,则Pin=POUl y在估算功率时可用F式:PQ X 10-3 = F l(12) 8 HB;Z 201-91 7 随动机结构参数计算7. 1 随动机活塞筒内径计算活塞筒内径计算可按具体情况任选下列_._.种方法。a.
18、给定流入活塞腔的流量Q和活塞移动速度v时,无活塞杆腔:14Q A_ = I一X10-3G们v .nv 有活塞杆腔:/1g v 1 r.- 3 I -12 =言;lo-1+d.1. . . . (14) b.给定拖动负载力Fl和工作压力p时,元活塞杆腔:有活塞杆腔:D=J三14FI . . = 主+ d2 . (16) V np 初步设计时,取出卡卡Do7.2 随动机活塞筒壁厚的计算在航空发动机燃油与控制系统中,它的壁厚属于薄壁或中厚壁范围。7.2.1 中厚壁当3.2=-主 . . . .5) -:;-4(uJ =豆,现=3n 在航空发动机燃油与控制系统中都用螺钉(或螺柱)连接,为了保证连接螺钉
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- HB 201 1991 航空发动机 燃油 控制系统 动机 设计 指南
