航空轮胎精确带转定位装置设计.pdf

航空轮胎精确带转定位装置设计王 靖崔 雄(中国飞机强度研究所陕西 西安)摘 要:针对目前航空轮胎动态模拟试验过程中带转装置功能不足设计了一种精确带转定位装置实现试验前后轮胎同一断面位置温度自动精确测量 对装置的原理设计及定位精度进行了分析同时详细了介绍了装置的工程设计实现 最后通过应用实例证明该装置的设计不仅实现轮胎带转定位而且定位精度高达到了预定的设计要求关键词:航空轮胎试验装置精确定位设计中图分类号:.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 言轮胎动态模拟试验是轮胎研制中必不可少的重要试验项目之一试验目的是验证航空轮胎在实际使用条件下的工作性能为新产品的研制、鉴定和产品交付提供依据 航空轮胎动态模拟试验台是完成该试验的专用设备如图 所示图 航空轮胎动态模拟试验台总体结构示意图试验时为了用轮胎温度测量装置检测轮胎同一断面位置在试验前、试验后温度变化量更好地进行产品性能研究要求试验后自动精确带转轮胎至试验前测温断面位置因此需要设计一套轮胎精确带转定位装置 对于上述装置功能的设计要求目前的设计方法是在机轮轴轮辋上安装传动轴通过马达或电机驱动传动轮旋转的方法实现轮胎带转但由于轮胎需要经常拆卸该设计的整个带转机构需要反复拆装便利性不足并且传动机构本身没有定位功能只能带转不能实现精确定位 原理设计依据试验功能需求及目前设计方法的不足设计了一种针对航空轮胎动态模拟试验专用的轮胎精确带转定位装置通过伺服带转和绝对式定位方法实现了不同规格轮胎预定断面位置的精确带转解决了现有技术中轮胎带转不能精确定位、使用不便的问题该装置的主要技术指标如下:机轮直径尺寸范围为 连续带转扭矩为 定位精度为 轮胎带转装置示意图见图 该装置安装在试验台加载工位前端、轮胎后下方位置包括偏转运动机构、伺服带转机构、编码定位机构 其中偏转运动机构包括导轮臂气缸、气缸支座、导轮臂安装于试验台上并用于带动带转机构偏转伺服带转机构包括伺服电机和导轮组件安装于偏转运动机构上轮胎一侧用于与轮胎接触以驱动带转 编码定位机构通过机轮连接工装与机轮的轴线位置同轴并与机轮同步旋转用于对试验前的机轮测温断面位置进行记录、伺服电机、导轮、导轮臂、铰接座、导轮臂气缸、气缸支座、机轮连接工装组件、光电编码器、编码器支座、连接座、气缸连接座、滑移座、安装块、滑块、机轮图 轮胎带转装置示意图.工程与试验 .工作原理整个装置以伺服驱动的方式带动轮胎旋转根据预定的断面位置实现轮胎精确定位从而实现轮胎精确带转定位功能 导轮臂气缸、导轮臂通过铰接耳座安装在试验台上可绕铰接轴旋转 导轮、伺服电机分别通过支撑座安装在导轮臂上二者同轴连接 编码定位机构与轮胎同轴旋转试验前先进行温度测量编码定位机构自动记录轮胎初始测量断面位置 试验结束后首先由导轮臂气缸驱动导轮臂带动导轮压向轮胎当气压元件测量到导轮臂气缸无杆腔压力上升到规定的压力值后导轮臂气缸停止运动并锁定此时导轮紧紧压在轮胎上 随后伺服电机旋转带动导轮共同旋转 由于导轮紧紧压在轮胎上导轮在旋转过程中可带动机轮共同旋转实现轮胎带转 当轮胎旋转至编码定位机构记录的初始位置后伺服电机停止旋转即可将轮胎精确定位至试验前测温的位置该设计由导轮臂气缸驱动导轮臂带动导轮压向轮胎实现带转 气缸行程的不同即可实现对不同规格轮胎的自动带转 不同规格轮胎带转定位原理如图 所示图 不同规格轮胎带转定位原理图 关键设计对于整个带转定位装置由于要进行不同规格轮胎的自动带转定位因此需要进行导轮臂气缸运动原理分析计算其运动行程及载荷 建立带转装置运动原理分析过程图如图、图 所示图 导轮臂气缸行程运动原理图图 导轮臂气缸载荷计算原理图为气缸初始安装长度为最大机轮时气缸总长度为最小机轮时气缸总长度 根据上述运动过程可得气缸有效行程为:()为带转装置总重量 为气缸输出载荷为最小机轮时带转装置总重量相对于导轮臂旋转铰点力臂长度为气缸载荷输出点相对于导轮臂旋转铰点力臂长度 为旋转角度 根据上述运动过程则有:()()依据上述计算过程即可计算出导轮臂气缸最大行程及输出载荷可据此进行选型设计 定位精度计算依据定位装置设计原理轮胎定位精度控制主要通过编码定位机构实现 为了实现 轮胎精确定位伺服电机控制精度通过 位绝对值编码器实现 绝对值编码器安装在轮胎测速装置处转动时输出脉冲通过计数设备来计算轮胎位置实现轮胎的精确定位 轮胎定位精度计算如下:位编码器最小分辨角度为:以直径最大轮胎计算可得轮胎定位精度:通过上述计算可知轮胎定位精度可达 工程设计 结构设计带转定位装置结构设计如图 所示主要由偏转运动机构(如图 所示)、伺服带转机构、编码定位机构组成 偏转运动机构和伺服带转机构安装在试验台加载工位上主要由伺服电机、导轮、导轮臂等组成 采用整体式焊接框架保证辊筒支架两端安装面一次加工成型 电机与辊筒联接采用梅花形弹性联轴器可避免因加工精度而造成的装配不同轴现象 为了增加辊筒的机械强度及刚性辊筒芯轴采用整体式结构选用直线轴承支撑结构精巧、加工方便图 带转定位装置结构图编码定位机构(见图)与轮胎同轴安装由轮胎法兰、光电编码器、引出轴、联轴器、编码器支架等组成 轮胎法兰与机轮轮毂连接同步旋转将轮胎位置引出与联轴器连接联轴器后端依次安装引出轴、光电编码器 为了适应不同宽度的轮胎整个测量装置可沿支撑座横向移动 控制设计利用导轮伺服电机驱动轮胎转动设定角度机轮侧设置绝对值编码器用于高精度角度闭环控制实现轮胎的精确定位 带转定位装置控制图见图 控制信号通道见表.王 靖等:航空轮胎精确带转定位装置设计图 偏转运动机构结构图图 编码定位机构结构图图 带转定位装置控制图表 带转定位装置控制信号通道表序号名称类别数量备注导轮臂收回状态信号至 导轮臂伸出 控制输出导轮旋转 控制伺服驱动器输出导轮旋转角度反馈伺服驱动器上传至 旋转角度伺服驱动器上传至 气路设计带转定位装置气路原理图如图 所示从气源经过过滤器被压缩的气体通过管路分别为导轮臂气缸提供压缩空气 每一路都设置一个开关阀和减压阀方便每一路气体独立使用不干扰其他回路 每一路气路设计有相应的控制元件为保证运动过程中的平稳性即避免运动到位后的位移波动采取平衡阀设计避免偏航过程中因偏心载荷引起较大的定位误差 同时在气缸无杆腔设置气压元件 当气压元件测量到导轮臂气缸无杆腔压力上升到规定的压力值后导轮臂气缸停止运动并锁定此时导轮紧紧压在轮胎上 应用实例根据上述设计原理在国内某航空轮胎动态模拟试验台设计安装该带转定位装置图 所示为试验台完成试验前后同一断面位置精确带转定位的温度测量现场图通过实际测量最终带转定位精度为 表明该设计具有很高的定位精度 同时该装置运动平稳、连续完整地实现了预定的功能 结束语轮胎精确带转定位装置不仅能够完成试验台精确带转定位功能而且具有很高的运动精度 同时该装置实现了图 带转定位装置气路原理图图 试验台带转定位测温现场图试验前后轮胎同一断面位置测温全过程自动化控制具有很高的工作效率成功解决了以往只能进行带转不能定位的问题参考文献崔雄陈亮白钧生等.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():.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():.中国人民解放军总装备部.航空机轮和刹车装置通用规范:.陈竞强黄伟明周世民等.大型惯性试验台加载方法的探讨.航空精密制造技术():.李宋王甘牛徐忠等.航空惯性试验台轮胎胎体温度自动测量装置研制.机床与液压():.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():.方新文崔雄.航空惯性试验台鼓轮系统设计.工程与试验():.支超有陆清李胜军.垂直加载机轮刹车试验测试系统设计与实现.计算机测量与控制():.丁晓力徐忠蔡小锋等.径侧向载荷试验装置的电液伺服控制.航空精密制造技术():.工程与试验 .