方新文，康 磊

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

航空剎車盤軸式動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)主要用于在地面上1∶1模擬測(cè)試航空剎車盤的綜合性能，能模擬飛機(jī)正常著陸、超載著陸以及中止起飛試驗(yàn)和靜力矩試驗(yàn)，驗(yàn)證產(chǎn)品的性能和可靠性，為新品研制、鑒定和產(chǎn)品交付提供科學(xué)依據(jù)。

航空剎車盤軸式動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)可用于完成剎車盤正常能量動(dòng)力矩試驗(yàn)、超載能量動(dòng)力矩試驗(yàn)、RTO動(dòng)力矩試驗(yàn)、動(dòng)力矩譜試驗(yàn)、濕態(tài)中止起飛試驗(yàn)、連續(xù)剎車試驗(yàn)、剎車粘接程度試驗(yàn)、熱釋放能量試驗(yàn)、峰值力矩試驗(yàn)、靜力矩(熱態(tài)、冷態(tài))試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)力矩試驗(yàn)、壓力-力矩響應(yīng)試驗(yàn)等。

2 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。航空剎車盤軸式動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)主要由鼓輪組合系統(tǒng)(主鼓輪、輔鼓輪、主軸、軸承、軸承座)、底座、應(yīng)急剎車裝置、剎車尾架、靜力矩裝置等組成，試驗(yàn)臺(tái)總體如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)總體

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)臺(tái)主體結(jié)構(gòu)技術(shù)指標(biāo)如下：(1)慣量模擬范圍：100kgm2～10000kgm2；(2)最大轉(zhuǎn)速：3000r/min；(3)尾座系統(tǒng)最大力矩：100kNm；(4)最大靜力矩范圍：150kNm。

2.1 鼓輪組合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)鼓輪組合系統(tǒng)主要由主鼓輪及4片輔鼓輪、1#鼓輪軸、2#鼓輪軸、離合裝置、軸承及軸承座等組成，安裝于同一底座上，中心高1.2m，如圖2所示。

圖2 鼓輪組合系統(tǒng)布局

2.1.1 鼓輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電機(jī)軸通過(guò)膜片聯(lián)軸器與鼓輪軸連接。鼓輪結(jié)構(gòu)均為餅式結(jié)構(gòu)，主鼓輪與鼓輪軸通過(guò)H7/s6過(guò)盈配合，輔鼓輪內(nèi)設(shè)空心軸，與鼓輪軸通過(guò)離合裝置連接，由左向右鼓輪慣量依次為：主鼓輪550kgm2，1#輔鼓輪900kgm2，2#輔鼓輪1800kgm2，3#輔鼓輪2700kgm2，4#輔鼓輪3600kgm2。

鼓輪毛坯鍛造后進(jìn)行粗加工，粗加工完成后調(diào)質(zhì)處理，HB達(dá)到230～260后進(jìn)行精加工。精加工完成后采用減重法進(jìn)行靜、動(dòng)平衡調(diào)試，最終使鼓輪系動(dòng)平衡精度不低于G2.5級(jí)(ISO1940-1:2003)。

使用CATIA軟件對(duì)鼓輪進(jìn)行離心力強(qiáng)度校核，鼓輪應(yīng)力及變形云圖見(jiàn)圖3。在轉(zhuǎn)速3000r/min的條件下，鼓輪組合系統(tǒng)最大應(yīng)力340MPa，安全系數(shù)大于3，變形0.646mm，滿足使用要求。

圖3 應(yīng)力及變形分析云圖

2.1.2 鼓輪軸設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)鼓輪軸由鼓輪軸1、鼓輪軸2組成，通過(guò)齒式聯(lián)軸器連接。鼓輪軸1上安裝550kgm2鼓輪、900kgm2鼓輪、1800kgm2鼓輪，鼓輪軸2上安裝2700kgm2鼓輪、3600kgm2鼓輪，兩根軸結(jié)構(gòu)形式均為臺(tái)階軸，長(zhǎng)度尺寸等均相同。以鼓輪軸1為例，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4，材料為40CrNiMoA，軸全長(zhǎng)3000mm。主鼓輪軸經(jīng)過(guò)毛坯鍛造、粗加工、調(diào)質(zhì)處理、精加工，保證各軸徑同軸度。

圖4 主軸設(shè)計(jì)圖

2.1.3 離合裝置設(shè)計(jì)

離合裝置用于對(duì)鼓輪與鼓輪軸的離合，由支架、氣缸、撥叉、撥叉環(huán)等組成，見(jiàn)圖5。撥叉環(huán)與軸內(nèi)嚙合機(jī)構(gòu)相連，撥叉環(huán)沿軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)鼓輪與鼓輪軸的離合。支架用螺釘安裝到軸承座上，氣缸、撥叉與支架鉸接，氣缸驅(qū)動(dòng)撥叉帶動(dòng)撥叉環(huán)沿軸向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)離合，軸向運(yùn)動(dòng)距離60mm。

圖5 離合裝置

2.1.4 軸承及軸承座設(shè)計(jì)

軸承在鼓輪組合系統(tǒng)中屬關(guān)鍵部件，選用瑞典進(jìn)口SKF軸承。選用深溝球軸承，型號(hào)分別為6336M與61956MA，極限轉(zhuǎn)速分別為3600r/min與3200r/min，滿足轉(zhuǎn)速使用要求。軸承座材料采用鑄鋼ZG270-500，鑄造后機(jī)加而成，結(jié)構(gòu)采用上下分離式(如圖6所示)，便于整個(gè)系統(tǒng)安裝和軸承座的密封等(軸承座密封為迷宮式密封)。

圖6 軸承座結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 應(yīng)急剎車裝置設(shè)計(jì)

應(yīng)急剎車裝置用于試驗(yàn)室意外斷電等不可控情況時(shí)緊急制動(dòng)鼓輪系統(tǒng)，由制動(dòng)盤、剎車裝置、支架等組成(如圖7所示)。制動(dòng)盤安裝在齒式聯(lián)軸器的法蘭上，隨鼓輪軸一同旋轉(zhuǎn)。剎車裝置安裝到支架上，支架用螺釘固定在底座上。剎車裝置使用氣壓驅(qū)動(dòng)，制動(dòng)壓力為0.6MPa，制動(dòng)盤直徑1000mm，制動(dòng)力矩2kNm。

圖7 應(yīng)急剎車裝置

2.3 剎車尾架設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)剎車尾架見(jiàn)圖8，由搖臂、搖臂軸、軸承、軸承座、導(dǎo)軌、絲杠、底架、附屬支架等組成。搖臂一端安裝在搖臂軸上，另一端通過(guò)單耳與載荷傳感器連接。搖臂軸通過(guò)軸承安裝在軸承座內(nèi)，軸承座可在導(dǎo)軌座上移動(dòng)，底架固定在基礎(chǔ)上。搖臂、搖臂軸、絲杠的材料為45#鋼，鍛造調(diào)質(zhì)后機(jī)加而成。軸承座、底座由Q235材料焊接而成，退火處理。軸承選用2個(gè)單列圓錐滾子軸承33020，?100/?150-39，額定載荷(靜)390kN，極限轉(zhuǎn)速2200r/min。尾架移動(dòng)范圍0mm～1000mm。

圖8 試驗(yàn)臺(tái)剎車尾架

工作時(shí)，將剎車裝置氣缸座與搖臂軸連接，使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，讓軸承座帶動(dòng)剎車裝置和測(cè)量裝置沿導(dǎo)軌靠向適配器，使剎車盤與適配器連接。制動(dòng)時(shí)，靜盤帶動(dòng)搖臂軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂拉向載荷傳感器，記錄載荷數(shù)據(jù)，即可計(jì)算剎車力矩。

2.4 靜力矩測(cè)量裝置設(shè)計(jì)

靜力矩測(cè)量裝置由大鏈輪、小鏈輪、鏈條、電機(jī)及減速機(jī)、支架等組成(見(jiàn)圖9)。電機(jī)及減速機(jī)驅(qū)動(dòng)小鏈輪，小鏈輪通過(guò)鏈條帶動(dòng)大鏈輪旋轉(zhuǎn)，大鏈輪通過(guò)離合裝置與鼓輪軸連接，施加扭矩直到鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)為止。記錄傳感器的載荷值，然后計(jì)算靜力矩。

3 結(jié) 論

航空剎車盤軸式動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)為試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)有源可依、有據(jù)可查，具備操作智能化、維護(hù)簡(jiǎn)易化、匹配最優(yōu)化、設(shè)備安全化等設(shè)計(jì)理念。

圖9 靜力矩系統(tǒng)