馬莉

摘要：針對(duì)脹管脹芯調(diào)隙機(jī)構(gòu)負(fù)載-變形曲線尾端出現(xiàn)“掉尾”現(xiàn)象，通過有限元模擬對(duì)比了不同脹管結(jié)構(gòu)對(duì)“掉尾”現(xiàn)象的影響，總結(jié)出規(guī)避“掉尾”問題的方法。為解決類似問題提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：脹管脹芯;負(fù)載-變形曲線;“掉尾”;有限元模擬

1 ?概述

為了適應(yīng)現(xiàn)代飛機(jī)性能指標(biāo)的要求，盤式剎車機(jī)輪都采用了“自動(dòng)調(diào)隙回力機(jī)構(gòu)”，自動(dòng)回力調(diào)隙機(jī)構(gòu)能自動(dòng)調(diào)整活塞與壓緊盤之間的間隙，使之符合規(guī)定要求，從而保證剎車性能，提高剎車靈敏度。脹管是自動(dòng)調(diào)隙機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵零件，它是一個(gè)薄壁件，材料通常為不銹鋼。脹管的有效工作長(zhǎng)度等于剎車盤組件容許的總磨損量，當(dāng)剎車盤組件磨損到極限時(shí)，套管即到拉出極限。在有效工作長(zhǎng)度內(nèi)，脹管脹芯的摩擦力在一個(gè)平穩(wěn)階段。

2 ?主要研究工作

常用的脹管脹芯結(jié)構(gòu)摩擦力在脹管尾部6～8mm范圍內(nèi)，出現(xiàn)急劇下降，導(dǎo)致剎車裝置在較小剎車壓力作用下，一直處在剎車狀態(tài)無法回位。

首先，查找脹管尾部摩擦力急劇下降的原因;其次為解決此問題改進(jìn)脹管尾部結(jié)構(gòu)，通過有限元模擬改進(jìn)脹管結(jié)構(gòu)的負(fù)載-變形曲線對(duì)比情況;最后總結(jié)規(guī)避脹管尾部摩擦力急劇下降的方法。

2.1 脹管尾部摩擦力急劇下降原因

脹管在拉力試驗(yàn)過程中，脹管隨著脹芯的位移，脹管內(nèi)徑逐漸擴(kuò)大至脹芯能夠通過，并產(chǎn)生塑性變形。在產(chǎn)生塑性變形的過程中，將會(huì)形成漸變區(qū)與變形區(qū)。脹芯在脹管中部時(shí)，由于有后續(xù)材料產(chǎn)生對(duì)變形區(qū)張力的阻力，因此拉力值能維持基本不變;當(dāng)脹芯臨近脹管末端時(shí)，由于脹管末端沒有后續(xù)材料抵抗變形區(qū)的擴(kuò)張力，漸變區(qū)的阻力將逐漸縮短直至消失。故在脹芯未到脹管末端時(shí)，脹管末端口徑已擴(kuò)大，拉力值在距脹管末端（6～8）mm處快速下降，因此此種現(xiàn)象是脹管本身結(jié)構(gòu)所造成。

2.2 脹管脹芯尾部改進(jìn)結(jié)構(gòu)

將脹管尾部結(jié)構(gòu)增加內(nèi)倒椎結(jié)構(gòu)或外倒椎結(jié)構(gòu)，見圖1，試圖增加尾部摩擦力減緩摩擦力下降趨勢(shì)。

2.3 有限元模擬

2.3.1 驗(yàn)證有限元模擬計(jì)算方法

通過Workbench17.0進(jìn)行脹管脹芯有限元建模，輸入脹管、脹芯材料參數(shù)：脹管：彈性模量199GPa，密度7.85g/cm3，泊松比0.3，屈服強(qiáng)度490MPa，抗拉強(qiáng)度516MPa;脹芯：彈性模量214GPa，密度7.8g/cm3，泊松比0.3。施加邊界條件：脹芯斷面節(jié)點(diǎn)施加軸向位移載荷、脹管喇叭口斷面施加UX=UY=UZ=0;接觸條件：采用多線性應(yīng)變硬化來近似模擬材料的實(shí)際應(yīng)變硬化行為。經(jīng)有限元計(jì)算，得出負(fù)載-變形曲線（見圖2），從圖2所示，最大負(fù)載為3111N。利用萬能試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行脹管脹芯拉力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果：最大力為3280N;與模擬值相差5%左右，模擬方式適合，結(jié)果可信。

2.3.2 改進(jìn)結(jié)構(gòu)有限元模擬結(jié)果對(duì)比

運(yùn)用2.3.1中的模擬方式及材料參數(shù)，脹管改進(jìn)結(jié)構(gòu)1為內(nèi)倒椎距尾部4mm開始增厚，尾端增厚0.1mm（以下簡(jiǎn)稱：內(nèi)倒椎4-0.1）;脹管改進(jìn)結(jié)構(gòu)2為內(nèi)倒椎距尾部4mm開始增厚，尾端增厚0.3mm（以下簡(jiǎn)稱：內(nèi)倒椎4-0.3）;脹管改進(jìn)結(jié)構(gòu)3為外倒椎距尾部4mm開始增厚，尾端增厚0.3mm（以下簡(jiǎn)稱：外倒椎4-0.3）;脹管改進(jìn)結(jié)構(gòu)4為外倒椎距尾部8mm開始增厚，尾端增厚0.8mm（以下簡(jiǎn)稱：外倒椎8-0.8）將脹管改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，得出負(fù)載-變形曲線對(duì)比圖（見圖3），從圖中得出，脹管外倒椎可以一定程度的減緩摩擦力下降趨勢(shì)，但效果一般?？傮w來講，4種脹管改進(jìn)結(jié)構(gòu)對(duì)減緩脹管尾部摩擦力急劇下降情況沒有明顯效果，歸其原因是脹管本身結(jié)構(gòu)的影響所致。

3 ?結(jié)論

針對(duì)脹管尾部結(jié)構(gòu)摩擦力急劇下降的情況，加厚脹管尾部的方法并不能有效的減緩摩擦力急劇下降的趨勢(shì)。由于脹管本身結(jié)構(gòu)的原因，脹管尾部摩擦力急劇下降不能避免，為了脹管使用行程中不受“掉尾”問題影響，須保證脹管長(zhǎng)度足夠，脹管所能提供符合剎車要求的摩擦力的脹管長(zhǎng)度不得小于剎車盤磨損極限值。

參考文獻(xiàn)：

[1]焦裕松.機(jī)輪剎車系統(tǒng)及附件，2003，10，8.

[2]何永樂.脹管式自動(dòng)調(diào)隙機(jī)構(gòu)[J].航空工程與維修，1999（1）：46.

[3]于宏杰.管板孔開槽的液壓脹接接頭三維彈塑性有限元分析[J].北京化工大學(xué)，2001，5：83.