动态模拟试验台鼓轮系统校核分析研究.pdf

动态模拟试验台鼓轮系统校核分析研究王 靖崔 雄(中国飞机强度研究所陕西 西安)摘 要:航空轮胎动态模拟试验台是进行航空轮胎动态模拟试验的专用设备 本文对试验台核心设备鼓轮系统的校核分析进行了研究 根据试验台工作原理对鼓轮系统载荷工况进行分析解算出鼓轮系统实际受载工况通过有限元校核各工况下主要零部件力学性能 通过现场验证证明鼓轮系统力学性能良好为同类试验台鼓轮系统校核分析提供了参考关键词:鼓轮系统载荷工况校核分析中图分类号:.文献标志码:./.():.:收稿日期 作者简介 王 靖()男本科高工主要研究方向:测控技术 引 言航空轮胎动态模拟试验台是进行航空轮胎动态模拟试验的专用设备通过模拟单支柱单机轮在实际使用过程中的各种工况检验航空轮胎在实际使用情况下的工作性能由此进行产品研发、生产和鉴定 试验台一般由鼓轮系统、加载设备、液压设备、控制设备、测量设备等组成 其中鼓轮系统作为试验台的核心设备之一其主要作用是模拟跑道提供加载支撑同时带转加载的机轮和轮胎模拟飞机出击循环的速度是整个试验台设计过程中的关键目前已研制完成的国内某航空轮胎动态模拟试验台其鼓轮系统主要由轮轴系统、联轴器、电机等组成 其中轮轴组件作为整个鼓轮系统的核心结构部件由鼓轮、鼓轮轴、轴承座、轴承、鼓轮底座组成 鼓轮在电机的驱动下带动机轮旋转实现飞机速度模拟同时承受试验过程中轮胎的当量载荷鼓轮系统结构如图 所示其主要技术指标:最大加速度/最大速度/鼓轮直径 最高转速/当量载荷范围为 机轮直径 的尺寸为机轮偏航调姿范围为调节精度 机轮倾斜调姿范围为调节精度 在实际工程设计中为了最大程度地减小电机输出功率降低试验台的设计成本在鼓轮设计过程中会最大程度地降低其重量和惯量因此对鼓轮系统结构设计要求很高根据上述鼓轮系统结构及使用工况其除了承受轮胎施加的径向载荷外还要承受机轮在倾斜、偏航及其组合姿态下的复杂载荷工况 同时机轮在动态旋转过程中加载要考虑图 鼓轮系统结构其动态力学性能 因此如何进行鼓轮系统校核对其力学性能进行充分分析是整个鼓轮系统设计的关键 载荷工况分析在进行鼓轮系统校核前首先需要进行载荷工况分析依据试验台工作原理建立试验台力学分析模型主要分为径向加载、倾斜加载、偏航加载、偏航倾斜加载、刹车等 种工况图 所示工况为径向加载工况 向为鼓轮滚动方向即飞机航向 向为鼓轮侧向即飞机展向 向为鼓轮径向加载方向即飞机垂向 定义 为鼓轮承受的滚动阻力载荷为鼓轮承受的侧向载荷为鼓轮承受的径向载荷 定义为机轮航向载荷为机轮侧向载荷为机轮径向载荷 此时鼓轮主要承受的载荷为径向载荷及试验过程中的滚动阻力载荷则有:()().工程与试验 .图 径向加载力学分析图图 所示工况为偏航加载工况此时鼓轮主要承受的载荷为径向载荷及试验过程中的滚动阻力载荷此外还承受侧向载荷则有:()()()()式中 为偏航角度 为轮胎与地面结合系数图 偏航加载力学分析图图 所示工况为倾斜加载工况此时鼓轮主要承受的载荷为径向载荷及试验过程中的滚动阻力载荷此外还承受侧向载荷则有:()()式中 为倾斜角度图 倾斜加载力学分析图图 所示工况为偏航倾斜加载工况此时鼓轮主要承受的载荷为径向载荷及试验过程中的滚动阻力载荷此外还承受侧向载荷则有:()()图 偏航倾斜加载力学分析图图 所示工况为刹车加载工况进行轮胎动态模拟试验时不涉及但在后期扩展试验时需兼顾到刹车试验功能此时鼓轮主要承受的载荷为径向载荷及刹车过程中的滚动阻力载荷则有:()式中 为刹车时轮胎与鼓轮表面静摩擦系数图 刹车工况力学分析图根据上述各种载荷工况分析在已知机轮径向载荷的情况下即可计算出鼓轮所受载荷 以本试验台为例可计算出鼓轮在各载荷工况下受载情况如表 所示表 鼓轮系统受载工况工况偏航()倾斜()刹车()()()(径向加载)(倾斜加载)(偏航加载)(偏航倾斜加载)(刹车)高 从上述工况中选取受载最严重的 种载荷工况即工况 工况 进行鼓轮系统静强度校核可保证其使用性能 强度校核对鼓轮系统整体进行校核计算各工况下鼓轮、鼓轮轴、轴承座、底座、轴承座与底座的连接螺栓的应力和变形结果 种工况下的具体加载情况如表 所示工程与试验 .表 种工况载荷工况最大转速(/)最大加速度(/)轴方向载荷()轴方向载荷()轴方向载荷()偏航、不倾斜 偏航、倾斜 刹车工况 偏航、不倾斜加载如图 所示()对整个模型施加大小为 /、方向为 轴负方向的重力加速场()鼓轮转速设定为试验台最大速度/加载角速度为 /等效的离心力()该工况下鼓轮最大加速度为/施加角加速度为/的等效载荷()在鼓轮外缘切割一个宽度、高度 的弧面模拟机轮加载面该弧面为机轮轮胎在鼓轮上的作用面 将弧面倾斜 后分别施加 轴正方向 的切向载荷 轴正方向 的轴向载荷 轴正方向 的正向载荷图 校核模型图 为鼓轮的应力云图最大应力在 片鼓轮连接处最大应力为 图 为鼓轮的变形云图最大变形在鼓轮上端最大变形为 图 鼓轮应力云图 偏航、倾斜()对整个模型施加大小为 /、方向为 轴负方向的重力加速场图 鼓轮变形云图()鼓轮转速设定为试验台最大速度/加载角速度为 /等效的离心力()该工况下鼓轮最大加速度为/施加角加速度为/的等效载荷()在鼓轮外缘切割一个宽度、高度 的弧面模拟机轮加载面该弧面为机轮轮胎在鼓轮上的作用面 将弧面倾斜 后分别施加 轴正方向 的切向载荷 轴正方向 的轴向载荷 轴正方向 的正向载荷图 为鼓轮的应力云图最大应力在鼓轮幅板处最大应力为 图 为鼓轮的变形云图最大变形在鼓轮下方外缘最大变形为 图 鼓轮应力云图 刹车工况()对整个模型施加大小为 /、方向为 轴负方向的重力加速场()鼓轮转速设定为试验台刹车试验工况时最高转速/加载角速度为 /等效的离心力()该工况下鼓轮最大加速度为/施加角加速度为/的等效载荷.王 靖等:动态模拟试验台鼓轮系统校核分析研究图 鼓轮变形云图()在鼓轮外缘切割一个宽度 高度 的弧面模拟机轮加载面分别施加 轴正方向 的切向载荷 轴正方向 的正向载荷图 为鼓轮的应力云图最大应力在鼓轮幅板处最大应力为 图 为鼓轮的变形云图最大变形在鼓轮上端外缘最大变形为 图 鼓轮应力云图图 鼓轮变形云图 校核结论根据上述计算结果进行强度校核 各个部件的材料力学性能 如 下:()鼓 轮 材 料 为 抗 拉 强 度()鼓轮轴材料为 抗拉强度()轴承座材料为 抗拉强度()底座材料为 抗拉强度 ()螺栓选取 级螺栓抗拉强度 根据各部件的最大应力 和材料抗拉强度 计算安全裕度:表 为 种工况下各部件最大应力和安全裕度表 种工况下各部件最大应力和安全裕度部件偏航、不倾斜最大应力/安全裕度偏航、倾斜 最大应力/安全裕度刹车最大应力/安全裕度鼓轮 鼓轮轴 轴承座 底座 螺栓 种工况下各部件的最大应力为 最小安全裕度为 来自偏航、倾斜 工况的鼓轮应力满足使用要求 试验验证某动态模拟试验台鼓轮系统(见图)研制完成后通过现场试验测试鼓轮系统力学性能良好 同时完成了多个型号轮胎动态模拟试验(某型轮胎试验结果曲线如图 所示)应用效果良好图 鼓轮系统现场图图 某型轮胎试验结果曲线图 结束语通过对某动态模拟试验台鼓轮系统进行载荷工况分析(下转第 页)工程与试验 .表 承载能力验证数据序号软件命令值()软件反馈值()误差()另外从试验功能的角度采用岩石材料做了三向压缩试验和三向拉伸试验(如图 所示)试验结果表明夹具以及配套工装都达到了预期的功能要求图 加载力时间关系()压缩夹具安装()拉伸夹具安装()压缩试验结果()拉伸试验结果图 压缩和拉伸试验图 结束语为了研究软岩在真实复杂应力状态(三向压缩应力状态、单向快速卸荷条件、三向拉伸应力状态或压缩拉伸复合应力状态)下的变形破坏行为和力学机理本文研制了拉伸压缩瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机 该试验机具有电动加载、消除应力空白角、保证试样受力均匀、单向电磁式瞬时卸载、试验过程中试样中心不变等功能特点同时可实现多种应力路径下的单轴、双轴、真三轴、岩爆、声发射、低频扰动等试验参考文献胡昱刘光廷.软岩的多轴力学特性及其对拱坝的影响.岩石力学与工程学报():.孙晓明何满潮六成禹等.真三轴软岩非线性力学试验系统研制.岩石力学与工程学报():.中国石油大学(北京).软岩真三轴实验装置:.谷春华青克尔金小刚等.基于永磁式电控吸盘技术的真三轴试验机用瞬时卸载装置的研制.工程与试验():.李维树黄书岭丁秀丽等.中尺寸岩样真三轴试验系统研制与应用.岩石力学与工程学报():.(上接第 页)校核各工况下主要零部件力学性能得出校核结论 通过实际验证鼓轮系统设计满足实际试验需求为同类试验台鼓轮系统校核分析提供了参考参考文献白钧生李宋崔雄等.航空机轮自动调姿刹车试验台的设计.机床与液压():.崔雄陈亮白钧生等.航空惯性试验台倾斜调姿装置设计.组合机床与自动化加工技术():.军用航空轮胎试验方法:.航空机轮和刹车装置通用规范:.康磊刘颖茜.基于航空惯性试验台损耗力矩补偿与飞轮惯量校准技术研究.工程与试验():.方新文崔雄.机轮刹车试验台偏航调资装置设计.工程与试验():.方新文崔雄.航空惯性试验台鼓轮系统设计.工程与试验():.何永乐刘彦斌李曙林等.航空机轮径侧向联合载荷试验及滚转试验侧向加载分析.航空精密制造技术():.工程与试验欢迎投稿投稿邮箱:.或 .联 系 人:王暖春 联系电话:欢迎订阅欢迎刊登广告联 系 人:孙松野联系电话:.青克尔等:拉伸压缩瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机的研制