摘 要：助力器是借助壓縮空氣、高壓油達(dá)到增力目的的關(guān)鍵部件，它廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、工程機(jī)械等許多重要領(lǐng)域。其性能將直接影響到設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性，因此在出廠前必須進(jìn)行嚴(yán)格的疲勞及性能測試，從而對助力器耐久試驗(yàn)臺的研究也越來越受到重視。文章依據(jù)系統(tǒng)總體的技術(shù)指標(biāo)要求，對助力器耐久試驗(yàn)臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。

關(guān)鍵詞：助力器；結(jié)構(gòu)設(shè)計；耐久試驗(yàn)臺

液壓助力器起源于20世紀(jì)50年代飛機(jī)助力操作系統(tǒng)，隨著飛機(jī)的速度和質(zhì)量不斷增大，從而使駕駛桿力顯著增大，依靠傳統(tǒng)簡單機(jī)械操縱系統(tǒng)減小操縱桿力的方法已不適用，它的出現(xiàn)解決了飛機(jī)舵面力矩過大帶來駕駛員操縱力不夠的問題[1-3]。使駕駛員不再直接由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)操縱舵面，而是操縱助力器再由助力器操縱舵面，駕駛員在操縱時只需要克服很小的系統(tǒng)阻力，這樣極大提高了飛機(jī)的可操縱性和安全性。在發(fā)達(dá)國家，對耐久實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行了大量研究，在實(shí)際生產(chǎn)過程中已應(yīng)用比較廣泛，并且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。而國內(nèi)的廠家生產(chǎn)出的助力器耐久實(shí)驗(yàn)臺的性能與發(fā)達(dá)國家相比，還有一定的差距，精度不高，普遍存在數(shù)據(jù)采集和處理不準(zhǔn)確的問題，從而在一定程度上影響了結(jié)果的可信性。

1 試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計總體方案簡介

助力器耐久試驗(yàn)臺是一套復(fù)雜的機(jī)電液控制的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。文章在參考了國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對助力器耐久試驗(yàn)臺檢測的內(nèi)容及試驗(yàn)臺的技術(shù)要求以及指標(biāo)要求，同時考慮到試驗(yàn)臺工作的可靠性、耐久性和操作簡便性，完成了耐久試驗(yàn)臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計方案。

試驗(yàn)臺總體結(jié)構(gòu)包含以下幾個部分：實(shí)驗(yàn)臺支撐架、加載系統(tǒng)、輸入系統(tǒng)、操縱裝置、高低溫箱、油盤、傳動裝置。試驗(yàn)臺總體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1操縱裝置；2高低溫箱；3輸入裝置；4油盤；5加載裝置

圖1 試驗(yàn)臺總體機(jī)械結(jié)構(gòu)

2 輸入系統(tǒng)的設(shè)計

輸入系統(tǒng)是試驗(yàn)臺的重要組成部分，主要由助力器、助力器安裝座構(gòu)成。助力的安裝采用鉸接安裝在固定耳環(huán)上，這種安裝方式安裝的液壓缸可以承受軸向力，并且在某個平面內(nèi)有一定的擺動自由度。由于助力器液壓缸的運(yùn)動為直線往復(fù)式運(yùn)動，液壓缸在往復(fù)運(yùn)動時，由于機(jī)構(gòu)的相互作用，使其軸線產(chǎn)生擺動，為達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求，安裝形式只能采用使其能擺動的鉸接方式，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶甲板機(jī)械等所用液壓缸多用這類安裝形式。安裝耳環(huán)再通過螺紋連接安裝在安裝座上，輸入缸的活塞通過鉸接的方式與傳力桿連接。這種設(shè)計可以更靈活地更換助力器產(chǎn)品，使得試驗(yàn)臺滿足多種類實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的測試，提高試驗(yàn)臺的靈活性。安裝底座采用鋼板焊接而成，工藝簡單便于制造。鋼板結(jié)構(gòu)的主要承力方式為彎曲，由于安裝座的尺寸較大，為了保證其強(qiáng)度和剛度，同時提高其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。安裝座采用了布置肋板的結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性較高，強(qiáng)度和剛度很好的滿足了要求。而不是一味地采用增大結(jié)構(gòu)截面面積來提高強(qiáng)度和剛度，一方面，平臺的重量會急劇的增加，另一方面截面面積增加的同時，必然造成平臺慣量的增加和結(jié)構(gòu)局部剛度的降低。同時采用肋板的結(jié)構(gòu)對材料的利用率也很高，降低的制造成本。因此對于安裝座的結(jié)構(gòu)，從工藝性和平臺的局部剛度來考慮，安裝座采用了布置肋板的結(jié)構(gòu)。

3 加載系統(tǒng)的設(shè)計

加載系統(tǒng)主要部件是：加載液壓缸、液壓缸安裝座、十字節(jié)、圓錐滾子軸承。加載系統(tǒng)主要是用來施加載荷的，模擬助力器在工作中所遇到的各種阻力載荷，提供載荷的主要部件是加載液壓缸。同樣在加載的過程中，由于液壓缸在往復(fù)運(yùn)動時，機(jī)構(gòu)的相互作用，使其軸線產(chǎn)生擺動，為達(dá)到調(diào)整位置和方向的要求，安裝形式也只能采用鉸接安裝。而加載液壓缸使用是耳軸式安裝，在設(shè)計耳軸時需注意耳軸必須與液壓缸軸線垂直。

耳軸被安裝在一個十字節(jié)上，十字節(jié)的端蓋與安裝座前后立板之間有一定間隙，使其在垂直方向上有一定的轉(zhuǎn)動自由度。采用十字節(jié)可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)軸線發(fā)生傾斜時的微調(diào)，使加載液壓缸達(dá)到方位要求。由于液壓缸采用耳軸式安裝時，也允許負(fù)載在一個方向上有擺動，但在與其垂直的另一個方向上卻不允許有任何擺動或串動，否則，液壓缸就會因受到彎曲載荷而造成螺紋折斷現(xiàn)象。所以在垂直方向上用一帶螺紋的圓環(huán)端蓋進(jìn)行軸承的游隙調(diào)節(jié)，達(dá)到軸承及十字節(jié)定位的效果。

帶螺紋的圓環(huán)端蓋用螺紋與軸承頂端固定座連接，軸承頂端的固定座采用筋板結(jié)構(gòu)。由于耳軸式安裝是不宜采用球面軸承，這種軸承在其中心線產(chǎn)生傾斜能自身微調(diào)，這種軸承對本身來說是有利的。但對于液壓缸的耳軸來說卻是不利的，因?yàn)椴捎没瑒虞S承，則耳軸只承受剪切應(yīng)力；若采用球面軸承，則耳軸除了要承受同樣的剪切應(yīng)力外，還要附加一個因耳軸軸線傾斜而產(chǎn)生的彎矩，受力情況明顯惡化，因此對十字節(jié)處的軸承選用圓錐滾子軸承。同樣安裝底座同為焊接構(gòu)件，將其直接通過螺栓固定在試驗(yàn)臺支撐架的上底板上。

4 中間傳動連接裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于在做耐久性實(shí)驗(yàn)時，不可能直接將兩液壓缸直接進(jìn)行連接，因此必須要有中間的傳動連接裝置，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的傳遞。中間傳動連接裝置主要由萬向節(jié)、傳力桿、連接螺紋、拉桿、傳感器、中間保持架構(gòu)成。兩側(cè)的拉桿被固定在加載缸安裝座和液壓缸安裝座上，將其主要作為中間保持架的支撐導(dǎo)柱。保持架采用肋板結(jié)構(gòu)，將其上下部分通過螺栓連接安裝于拉桿上，中間設(shè)有導(dǎo)向孔，對傳力桿進(jìn)行導(dǎo)向作用，由于傳力桿與導(dǎo)向孔直接接觸會產(chǎn)生較大的摩擦，從而造成機(jī)械的快速磨損，因此必須在導(dǎo)向孔和傳力桿間安裝直線軸承。

對于傳動部分，加載缸通過活塞加長桿與拉力傳感器法蘭盤連接，拉力傳感器法蘭盤與萬向節(jié)相連，萬向節(jié)再與拉力傳感器連接，進(jìn)行力信號的采集，拉力傳感再與中間傳力桿連接，同時傳力桿通過兩個直線后傳力桿的另一端再與助力器鉸接，實(shí)現(xiàn)傳動連接。通過萬向節(jié)與拉力傳感器連接的作用是由于裝配原因或制造原因造成傳力桿與加載缸活塞桿軸線不同心的情況下，利用其自身結(jié)構(gòu)特征允許被連接的零件之間的夾角可以在一定的范圍變化，在結(jié)構(gòu)有一定偏心時也不會有卡死和嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，也能保證試驗(yàn)臺的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)束語

從試驗(yàn)臺的設(shè)計任務(wù)、技術(shù)要求出發(fā)，確定了助力器耐久性試驗(yàn)臺機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案。對幾個重要的模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，以及元件的選型計算。其中，包括輸入裝置、加載裝置、試驗(yàn)臺支撐架及中間傳動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對輸入液壓缸、加載液壓缸的參數(shù)選型計算。設(shè)計的實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)需滿足助力器耐久性能測試的要求，同時設(shè)計的試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)符合人機(jī)工程學(xué)，便于操作。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：周瑾瑜（1964-），男，浙江省臺州市人，工作單位：臺州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，職務(wù)：監(jiān)察室主任，研究方向：特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測。