方新文，康 磊

(中國飛機強度研究所，陜西 西安710065)

1 引 言

輪胎外廓線掃描裝置現(xiàn)階段處于靜態(tài)獨立測量，無法與航空輪胎動態(tài)性能試驗相結(jié)合?，F(xiàn)試驗要求能夠準確快速地測量試驗前后輪胎外廓線，避免因輪胎拆卸帶來的溫度變化測量誤差，這就對測量的及時性提出了要求。本文設(shè)計了一種基于航空輪胎動態(tài)模擬試驗機的輪胎外廓線掃描裝置，可利用其準確測量試驗前后輪胎外廓線的變化。該設(shè)備減少了測試時間，避免了因溫度變化而帶來的測量誤差。

2 測量裝置結(jié)構(gòu)及檢測過程

輪胎外廓線測量裝置安裝于動態(tài)模擬試驗機加載工位底座輪胎正下方位置，主要由X-Y工作臺、激光位移傳感器組件、防護蓋板組件組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)組成圖

當進行航空輪胎外廓線檢測時，將激光位移傳感器組件安裝在X-Y工作臺上，進行輪胎外廓線自動檢測，如圖2所示。

圖2 外廓線檢測原理圖

外廓線掃描采用切線法掃描輪胎各點的坐標，然后擬合曲線，具體過程如下：

(1)如圖3所示，控制激光位移傳感器移動到圖中A點位置，探頭方向轉(zhuǎn)向輪胎表面即X軸正向，由上往下沿掃描軌跡掃描至超過D點結(jié)束。

(2)探頭至底部后轉(zhuǎn)向朝上，沿軌跡向X正方向掃描至超過F點結(jié)束。

(3)探頭轉(zhuǎn)向X軸負向，由下往上掃描至G點，整個掃描結(jié)束。

(4)數(shù)據(jù)后期處理時，取第一步的ABC段，第二步的CDE段，第三步的EFG段，擬合成輪胎的外廓線，并根據(jù)坐標點計算輪胎斷面寬度以及外直徑等參數(shù)。

圖3 外廓線檢測過程示意圖

3 關(guān)鍵部件設(shè)計

航空輪胎外廓線掃描裝置主要由X-Y工作平臺、激光位移傳感器組件、防護蓋板組件等3大部分組成。

3.1 X-Y工作平臺設(shè)計

X-Y工作平臺用于實現(xiàn)激光位移傳感器在橫向、縱向平面內(nèi)的移動、繞自身軸線的轉(zhuǎn)動，主要由橫向移動層、縱向移動層、旋轉(zhuǎn)組件等組成。為了便于拆卸激光位移傳感器組件，預留有法蘭接口，接口設(shè)計有定位凸臺，實現(xiàn)高精度重復定位，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 X-Y平臺結(jié)構(gòu)圖

橫向移動層實現(xiàn)機構(gòu)在X向運動，主要由伺服電機、滾珠絲杠、直線導軌、連桿、支撐座、光柵尺等組成，如圖5所示。移動時由伺服電機帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)連桿在橫向的移動。為了實現(xiàn)精確位置測量，采用光柵尺進行位移測量。為防止連桿在運動過程中出現(xiàn)偏移，支撐座上安裝直線導軌，使連桿沿直線導軌移動，實現(xiàn)精確限位。

圖5 X向移動層結(jié)構(gòu)圖

縱向移動層實現(xiàn)機構(gòu)在Y向運動，主要由伺服電機、滾珠絲杠、直線導軌、底座、光柵尺等組成，如圖6所示。移動時由伺服電機帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)縱向移動層在縱向的移動。為了實現(xiàn)精確位置測量，采用光柵尺進行位移測量。為了防止縱向移動層在運動過程中出現(xiàn)偏移，通過在底座側(cè)面安裝直線導軌，使縱向移動層沿直線導軌移動，實現(xiàn)限位。

圖6 Y向移動層結(jié)構(gòu)圖

旋轉(zhuǎn)組件可實現(xiàn)激光位移傳感器組繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動范圍為0～360°，主要由伺服電機、接口法蘭等組成，如圖7所示。在進行外廓線檢測時，將激光位移傳感器組件安裝在接口法蘭處，在伺服電機的驅(qū)動下進行旋轉(zhuǎn)。伺服電機帶有制動功能，可實現(xiàn)任意角度的精確定位。

圖7 旋轉(zhuǎn)組件結(jié)構(gòu)圖

3.2 激光位移傳感器組件

激光位移傳感器組件主要用于進行輪胎斷面外廓線檢測，由激光傳感器、傳感器夾具組成，如圖8所示。進行檢測時，將整個組件安裝在工作臺上，通過橫向、縱向平動及繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對輪胎斷面外廓線的自動檢測。

圖8 激光位移傳感器組件結(jié)構(gòu)圖

3.3 防護蓋板組件

防護蓋板組件的主要作用是防止輪胎爆破時造成的飛濺物、灰塵、雜質(zhì)等對裝置造成損傷，在非測量過程中保護輪胎外廓線檢測裝置，其主要由防護蓋板、驅(qū)動氣缸、導向凹槽等組成，如圖9所示。在非測量過程中，防護蓋板在驅(qū)動氣缸的作用下沿導向凹槽移動，將整個裝置防護在加載工位底座內(nèi)。當進行外廓線檢測時，防護蓋板打開，進行輪胎外廓線測量。

圖9 防護蓋板組件結(jié)構(gòu)圖

4 技術(shù)驗證

利用上述輪胎外廓線測量設(shè)備，可及時準確地測量輪胎在試驗前后的外廓線數(shù)據(jù)。圖10所示為某航空輪胎動態(tài)模擬試驗機在進行某型號試驗時測量的外廓線曲線，通過該曲線可準確地得出輪胎外廓線尺寸以及在試驗前后的變化。

5 結(jié) 論

通過測試驗證，航空輪胎動態(tài)模擬試驗機輪胎外廓線測量設(shè)備可及時、準確地測量輪胎在試驗前后的直徑以及斷面寬度等參數(shù)，不會帶來因測量不及時或輪胎溫度發(fā)生變化而導致的測量數(shù)據(jù)不準確。

圖10 某型輪胎外廓線曲線