1、哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）目錄1說明書正文 11.1任務分析、方案確定 11.2開傘器的用途 11.3工作原理 21.3.1 時控機構原理 21.3.2 高控機構原理 31.4開傘器時控機構設計 4已知條件 4三級升速齒輪設計 4擒縱調速器工作原理及扇形齒輪轉角的計算 7制動塊設計 81.5開傘器高控機構設計 9已知條件 9膜盒組件設計 101.5.3 桿機構設計 1.11.6機構調整方法 122改進意見 123心得體會 13參考文獻 14哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）1說明書正文1.1 任務分析、方案確定整個課程設計安排 12 個設計日，進度如下：1. 任務分析、理論計算、草

2、圖 2.5 日2. 總裝配圖、展開圖設計 7 日3. 部件圖、零件圖設計 1.5 日4. 編寫說明書 1 日5. 答辯 1 日故安排具體實施步驟如下：1. 結合機械學基礎所學知識對航空開傘器對基本原理進行了解 和分析；2. 進行初步理論計算，包括時控機構設計和高控機構設計，主要 是齒輪設計、膜盒設計和制動塊設計；3. 繪制裝配圖草圖，主要繪制各級齒輪、軸和膜盒，注意其相對 關系和投影關系；4. 根據繪制的草圖的相對位置和投影關系，繪制總裝配圖、展開 圖；5. 由總裝配圖、展開圖繪制部件圖和零件圖；6. 完成所有圖紙繪制之后，進行檢查和修改；7. 進行總結，撰寫說明書。1.2 開傘器的用途開傘器

3、是一種機械式短時間延時控制機構，也可實現高度控 制，被廣泛地應用于空投、救生等領域。將開傘器裝在空投的人 或物體上，跳離飛機后，開傘器可以控制在一定時間和達到一定 高度時自動將降落傘打開，以保證安全著落。除此以外，開傘器 也可以用來延時引爆，例如魚雷的引爆。哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）1.3 工作原理由以上功能分析可知，航空開傘器由高控結構、時控機構、654321O215圖 1-1 航空開傘器工作原理圖航空開傘器工作原理圖中各個部件分別為：1.鋼索 2.彈簧 3.滑輪 4.制動塊 5.扇形齒輪 6.柱銷7.杠桿 1 8.杠桿 2 9.膜盒組件 10.中心輪組件 11.過輪組 件 12.

4、 擒縱輪組件 13.擒縱叉 14.慣性輪 15.軟鎖針1.3.1 時控機構原理開傘器使用前，先將鋼索 1 拉出，使圓柱彈簧 2 壓縮。彈簧 頂部的滑輪 3與扇形齒輪 5 上的制動塊 4 相接處，制動塊 4 被滑 輪壓迫，繞 O1 點逆時針轉動，當滑輪移至制動塊下方時，制動塊哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）在扭轉彈簧恢復力的作用下彈回原位， 停止繼續壓縮圓柱彈簧 2， 在彈簧恢復力的作用下，滑輪壓緊制動塊下端面。由于此時止動 軟鎖針 15阻止了擒縱叉 13 和慣性輪 14的擺動，機構不能工作， 零件間將保持相對靜止。 將鋼索末端的環扣在需要開傘的對象 （如 降落傘）的鎖針上。至此，即完成了航

5、空開傘器的預設工作。需要開傘器工作時，將止動軟鎖針拔出，在彈簧的恢復力的 作用下，機構開始工作：滑輪推動制動塊，使扇形齒輪繞 O 點順 時針轉動，通過三級升速齒輪傳動將力矩傳至擒縱輪組件 12，擒 縱輪組件 12 與擒縱叉 13 組成的無固有周期擒縱調速器控制機構 的延時時間，并使機構勻速運動。由于扇形齒輪與它上面的制動 塊一起順時針轉動，當制動塊的最外端轉過滑輪 3 圓周右側邊界 點后，滑輪被釋放，鋼索將彈簧的恢復力傳出。以空投開傘應用 為例，此力就可以將傘包上的鎖針拔出，使降落傘開啟。開傘器 的工作到此結束。開傘器工作結束后，扇形齒輪軸上的扭簧恢復力矩將使它恢 復到工作之前的位置 （圖示的

6、位置） 。由于過輪組件 11 上裝有棘 輪式單向離合器，而擒縱輪不能反轉，所以扇形齒輪在工作結束 后反轉時，不損傷擒縱調速器。 在準備工作階段，制動塊可以繞 O1 點逆時針轉動以讓開下移的滑輪，然后在扭簧的作用下立即恢復 到圖示的位置，并且不能再繞 O1 點做順時針轉動。1.3.2 高控機構原理高度控制部分主要由真空膜盒組件和桿機構組成。隨著高度 的下降、氣壓逐漸增大，膜盒變形增大，因此可以利用膜盒變形 控制高度。當扇形齒輪 5 轉過一定角度后，其上的銷 6與主動桿 7 接觸，扇形齒輪繼續轉動時，銷 6 推動杠桿 7 帶動桿 8 轉動， 當桿 8 與膜盒中心桿下降到上平板一下。桿 8 可以繼續

7、轉動，時 控機構繼續工作，直至彈簧被釋放把傘包打開。哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）1.4 開傘器時控機構設計時控機構由三級升速齒輪和擒縱調速器組成。1.4.1 已知條件（ 1）延時時間： 5s（ 2）擒縱調速器周期： 0.032s（ 3）擒縱輪齒數： 20（ 4）傳動比： 1381.4.2 三級升速齒輪設計（1）傳動比設計 由于圓柱齒輪的單級傳動比不宜過大，一般小于 10，所以傳 動級數選為三級。按照誤差最小原則以及體積最小原則分配各級 傳動比。從精度看，應按照“先大后小”的原則，各級傳動比可 定為 6，5.75，以及 4。（2）模數及齒數的設計 在開傘器中， 齒輪傳遞的力矩較小， 可按

8、結構工藝條件確定，不必按強度計算。根據開傘器的外廓尺寸可大致確定齒輪的中心 距 a。由于空間大小所限制，齒輪尺寸不宜過大，因此應適當選 取各級模數，可以在 0.51.0 之間適當選取。綜上，三級齒輪的模數及齒數選擇如下：第一級： m 0.8， z1 90 ， z2 15 ；第二級： m 0.5， z3 69， z4 12；第三級： m 0.5 ， z5 48 ， z6 12 。（3）變位系數的選取 由于部分齒輪齒數小于 17，為了保證加工時不發生根切現 象，需采用高度變位齒輪，即 大 小 0 。并且由于小齒輪齒數 少，容易發生根切，因此小齒輪應當取正變位而大齒輪應當取負 變位。哈爾濱工業大學課

9、程設計說明書(論文)根據變位系數 的計算公式：17-z4 17-12根據上面的計算，實際采用的變位系數 如下： 第一級： 1 0.15， 2 0.15 ；第二級：3 0.30 ，第三級：5 0.30 ，4 0.30 ；6 0.30 。4) 各級齒輪的詳細參數如下 ：第一級：傳動比 i21 6 ，模數 m 0.8 ；齒頂高系數 ha* 1，頂隙系數 c* 0.35； 變位系數：大齒輪 1 0.15，小齒輪 2 0.15 ； 齒數：大齒輪 z1 90 ，小齒輪 z2 15 ； 中心距： a 42mm 。分度圓直徑 d ：大齒輪 d1 72mm ，小齒輪 d2 12mm ； 齒根圓直徑 d f ：大

10、齒輪 d f1d12m(ha*c*1)69.6，小齒輪 df 2d22m(ha*c*2)10.08；齒頂圓直徑 da ：大齒輪 da1 d1 2m(ha* 1) 73.36，小齒輪 da2 d2 2m(ha* 2) 13.84；第二級：傳動比 i43 5.75，模數 m 0.5 ；齒頂高系數 ha* 1，頂隙系數 c* 0.35；哈爾濱工業大學課程設計說明書(論文)變位系數：大齒輪 3 0.30，小齒輪 4 0.30 ； 齒數：大齒輪 z3 69 ，小齒輪 z4 12 ； 中心距： a 20.25mm 。分度圓直徑 d ：大齒輪 d3 34.5mm ，小齒輪 d4 6mm； 齒根圓直徑 d f

11、 ：大齒輪 d f 3d32m(hac3)32.85 ，小齒輪 df 4d42m(ha*c*4)4.95；齒頂圓直徑 da ：大齒輪 da3 d3 2m(ha* 3) 35.2 ，小齒輪 da4 d4 2m(ha* 4) 7.3 ； 第三級：傳動比 i65 4，模數 m 0.5 ； 齒頂高系數 ha* 1，頂隙系數 c* 0.35； 變位系數：大齒輪 5 0.30，小齒輪 6 0.30 ； 齒數：大齒輪 z5 48，小齒輪 z6 12 ； 中心距： a 15mm 。分度圓直徑 d ：大齒輪 d5 24mm，小齒輪 d6 6mm； 齒根圓直徑 d f ：大齒輪 df 5d52m(ha*c*5)2

12、2.35，小齒輪 df 6d62m(ha*c*6)4.95；齒頂圓直徑 da ：大齒輪 da5 d5 2m(h*a 5) 24.7 ，小齒輪 da6 d6 2m(ha* 6) 7.3；哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）1.4.3 擒縱調速器工作原理及扇形齒輪轉角的計算 擒縱調速器的作用是使彈簧的能量均勻釋放，輪系保持近似 等速轉動，從而達到延時功能。擒縱調速器由擒縱叉和擒縱輪兩部分組成。圖 1-2 擒縱調速器工作原理在彈簧 2 的恢復力的作用下，擒縱輪上將產生作用力矩 M ， 使其逆時針轉動。當擒縱輪齒與擒縱輪叉進瓦接觸時，在接觸點 上擒縱叉的力為 P1 ，沿進瓦的法線方向，偏離擒縱輪齒的回

13、轉中 心。 P1力產生使擒縱叉逆時針轉動的力矩 M1 ，擒縱叉逆時針轉過 角 1后，擒縱輪齒與進瓦脫開。 在 M1作用下擒縱輪轉過一定角度 后，另一個擒縱輪齒與擒縱叉出瓦接觸。此時，齒輪作用于出瓦 的力為 P2 ，力產生使擒縱叉順時針轉動的力矩 M2 。當擒縱叉順 時針轉過角 2 后，輪齒與出瓦脫開，在力矩 M 2的作用下，擒縱輪又轉過一定的角度。直到下一個齒與進瓦接觸，就這樣擒縱叉 擺動一次，擒縱輪轉過一個齒，所需的時間為一個周期。周期的 近似計算公式如下：哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）式中： T 周期J 擒縱叉上所有零件的的轉動慣量M 1 擒縱輪齒與進瓦接觸時，對叉軸作用的力矩 M

14、2 擒縱輪齒與出瓦接觸時，對叉軸作用的力矩1進瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉過的角度2 出瓦與擒縱輪接觸到脫離，擒縱叉軸轉過的角度 控制的時間為：t i Z T360 對于本航空開傘器，式中： 總傳動比 i i1 i2 i3 138 ； 擒縱輪齒數 z 20 ； 擒縱調速器周期 T 0.032s； 延時的時間 t 5s 。 由已知條件控制時間秒可得扇形齒輪的工作角度 20 30 。擒縱調速器沒有固定的周期，要調節擒縱調速器的周期，可 以通過改變慣性輪的質量來實現。1.4.4 制動塊設計時控機構工作對應的彈簧行程為 4.3mm，即裝在彈簧上的滑 輪推動固定在扇形齒輪上的制動塊繞扇形齒輪軸旋轉，

15、當彈簧的 行程為 4.3mm 時，滑輪與制動塊相切，扇形齒輪剛好轉過了 20 30 。由此條件，可根據幾何關系得出制動塊長度的大小。示 意圖見圖 1-3。哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）圖 1-3 制動塊設計示意圖1.5 開傘器高控機構設計高度控制機構主要由真空膜盒組件和桿機構組成。膜盒的形 變和其所處的空間的壓強有關，而大氣壓強與海拔高度成正比， 由于變形與高度有這樣的關系，所以可以利用膜盒變形來控制高 度。在未達到開傘高度時，膜盒組件的中心桿會將桿機構卡住， 是時控機構停止工作。 當達到開傘工作后， 膜盒被大氣壓強壓縮， 中心桿下降，時控機構又開始工作，延時結束后，將傘打開。通 過調節

16、螺旋可以調節控制高度與膜盒中心桿的位置間的對應關 系。在開傘器的側面有窗口，可以看到控制高度的示值。將鑰匙 插入開傘器后面的孔中，轉動鑰匙就可以調節高度。不過，膜盒 刻度盤上的示值是海拔高度， 空投時須注意考慮空投地的海拔高。1.5.1 已知條件1）高度控制范圍： 5006000m;2）零位對應 500m（716mmHg），即 9.54 104Pa 。3）轉 250對應 6000m（353.9mmHg），即 4.72 104Pa 。4）螺旋參數： p 0.75mm ， S 1.5mm， Z 2。哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）1.5.2 膜盒組件設計由于需要考慮到膜盒的安全系數，因此在選擇

17、膜盒直徑時不 宜過小。 根據航 空開傘 器的外 形尺寸 ，初步 選取膜 盒直徑 D 40mm 。選擇材料為鈹青銅的 E 型膜片。其中鈹青銅的楊氏 彈性模量為 E 1.35 105MPa 。從 6000m的高度下降到 500m時 E型膜片膜盒的中心位移（即 兩個膜片的總位移）為：2502s S 1.5 1.04mm2 3602spD可求得 E 型膜片的相對靈敏度為：74 5.39 10 7(9.54 4.72) 104 40對應機械學基礎圖 15-29（E型膜盒的相對靈敏度曲線）可以查得 D 420 。h于是 h 0.10mm。對應機械學基礎圖 15-30（E 型膜片非 線性度曲線及其破壞區），

18、可以查得破壞壓力約為 1.58 105Pa ， 于是膜片的安全系數為：51.58 105S 4 1.6 1.49.54 104滿足安全要求。所以，選擇膜盒的工作直徑為 D 40mm ；膜盒的最大直徑為 Dmax 1.1D 44mm膜盒組件的結構如圖 1-4 所示10哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）1.5.3 桿機構設計圖 1-5 連桿的設計具體設計方法如下：當扇形齒輪轉過 3 秒后轉過 1 角度，扇形齒輪長銷與杠桿 1 相接觸。扇形齒輪再轉過 0.7秒，走過 2角度，此時杠桿 1 帶動 杠桿 2轉過一定的角度，與膜盒的軸相接觸。 5 秒延遲時間到時， 扇形齒輪轉過 20 30 ，杠桿 1繼

19、續帶動杠桿 2運動。圖 2-4中的 即為桿 2 的角度。11哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）由于將角度與時間的關系視為線性關系，因此可以求得20.5 20.51 3 12.3 ， 2 0.7 2.87 。551.6 機構調整方法 開傘高度調整：通過旋轉下夾板上的齒輪，調整膜盒中心軸 伸出長度的大小，從而調整開傘高度。保證同軸度：用扇形齒輪軸與下夾板之間的垂直關系保證垂 直度，同時通過其他軸孔與扇形齒輪軸之間的位置關系來確定并 保證同軸度。桿機構時間調節： 采用兩螺母調節長梢， 通過改變空隙大小， 調整齒輪旋轉的角度分配，來改變各個部分的時間。拆裝機芯時應調整指針指向 5s 處。同時，為了保

20、證各個軸的 軸向間距，應當適當地增加墊片。2改進意見（ 1）畫圖過程中應注意保持紙面清潔， 做到：畫第一遍時采用高 硬度的鉛筆，質量好的橡皮，避免用手擦拭圖線等。（ 2）注意圖紙保管，以免污損。 在課設過程中，由于圖紙保管不 善導致圖紙落地，故出現了一些紙面污損的情況。看到自己的成 果被損壞，我感到很痛心。今后畫圖時應該更加注意。（ 3）加強優化空間的思維能力。 航空開傘器是航空級產品， 不但 對可靠性有要求，還對占用空間和重量有限制。在課設中，包括 我在內的許多同學一開始都遇到了無法在規定空間內安放所有部 件的問題。在經過老師指導后，我們分析了干涉情況，并進行了 平移，最終解決了這一問題。這

21、從側面反映了我們缺乏空間最優 化的思維，需要進一步加強。由于時間和水平有限，圖中仍然存在一些錯誤和不足。現有 的設計方案中，都是在開傘器的體積限制下，通過不斷作圖嘗試12哈爾濱工業大學課程設計說明書（論文）而產生的滿足設計條件的設計方案，并非是最優方案。可以在此 基礎之上進行優化設計，在保證各個齒輪模數和齒數不變的前提 下，做到各個軸與齒輪之間不相交，并且盡量保證開傘器的體積 最小，以此來達到開傘器的最優化設計。此外各個零件的加工工 藝的選擇可能過于復雜，不利于加工，并且可能成本過高，可以 在對加工工藝和原材料成本有一定了解后重新選擇材料和幾何精3心得體會本次課程設計是我經歷的第一次正式、完整的課程設計。課 程設計的題目是航空開傘器，參考著圖冊和實物，自己從頭開始 比較完整的設計了一個航空開傘器。感覺每個機械機構都是一門 藝術，各個看似非常的普通的零件， 按照一定的關系組合在一起， 構成了一個完成一定的功能的精妙的機械。剛開始的時候，無論 是觀察實物還是看大圖冊上的原理圖，我都有一點迷惑，感覺開 傘器的設計過于復雜，尤其是圖冊上的線條更是讓人眼花繚亂。 可是兩三天之后，我發現其實開傘器的設計并沒有我想象的那么 復雜，實物上的部件也只有幾個大的部分而已，不過要想沒有錯 誤地完成開傘器的設計還是有一定挑戰性的。如果說要讓我自己 完全自己沒有參照從頭設計，