胀管胀芯调隙机构“掉尾”问题的深入研究

马莉

摘要：针对胀管胀芯调隙机构负载-变形曲线尾端出现“掉尾”现象，通过有限元模拟对比了不同胀管结构对“掉尾”现象的影响，总结出规避“掉尾”问题的方法。为解决类似问题提供参考依据。

关键詞：胀管胀芯;负载-变形曲线;“掉尾”;有限元模拟

1  概述

为了适应现代飞机性能指标的要求，盘式刹车机轮都采用了“自动调隙回力机构”，自动回力调隙机构能自动调整活塞与压紧盘之间的间隙，使之符合规定要求，从而保证刹车性能，提高刹车灵敏度。胀管是自动调隙机构的关键零件，它是一个薄壁件，材料通常为不锈钢。胀管的有效工作长度等于刹车盘组件容许的总磨损量，当刹车盘组件磨损到极限时，套管即到拉出极限。在有效工作长度内，胀管胀芯的摩擦力在一个平稳阶段。

2  主要研究工作

常用的胀管胀芯结构摩擦力在胀管尾部6～8mm范围内，出现急剧下降，导致刹车装置在较小刹车压力作用下，一直处在刹车状态无法回位。

首先，查找胀管尾部摩擦力急剧下降的原因;其次为解决此问题改进胀管尾部结构，通过有限元模拟改进胀管结构的负载-变形曲线对比情况;最后总结规避胀管尾部摩擦力急剧下降的方法。

2.1 胀管尾部摩擦力急剧下降原因

胀管在拉力试验过程中，胀管随着胀芯的位移，胀管内径逐渐扩大至胀芯能够通过，并产生塑性变形。在产生塑性变形的过程中，将会形成渐变区与变形区。胀芯在胀管中部时，由于有后续材料产生对变形区张力的阻力，因此拉力值能维持基本不变;当胀芯临近胀管末端时，由于胀管末端没有后续材料抵抗变形区的扩张力，渐变区的阻力将逐渐缩短直至消失。故在胀芯未到胀管末端时，胀管末端口径已扩大，拉力值在距胀管末端（6～8）mm处快速下降，因此此种现象是胀管本身结构所造成。

2.2 胀管胀芯尾部改进结构

将胀管尾部结构增加内倒椎结构或外倒椎结构，见图1，试图增加尾部摩擦力减缓摩擦力下降趋势。

2.3 有限元模拟

2.3.1 验证有限元模拟计算方法

通过Workbench17.0进行胀管胀芯有限元建模，输入胀管、胀芯材料参数：胀管：弹性模量199GPa，密度7.85g/cm3，泊松比0.3，屈服强度490MPa，抗拉强度516MPa;胀芯：弹性模量214GPa，密度7.8g/cm3，泊松比0.3。施加边界条件：胀芯断面节点施加轴向位移载荷、胀管喇叭口断面施加UX=UY=UZ=0;接触条件：采用多线性应变硬化来近似模拟材料的实际应变硬化行为。经有限元计算，得出负载-变形曲线（见图2），从图2所示，最大负载为3111N。利用万能试验台进行胀管胀芯拉力试验，试验结果：最大力为3280N;与模拟值相差5%左右，模拟方式适合，结果可信。

2.3.2 改进结构有限元模拟结果对比

运用2.3.1中的模拟方式及材料参数，胀管改进结构1为内倒椎距尾部4mm开始增厚，尾端增厚0.1mm（以下简称：内倒椎4-0.1）;胀管改进结构2为内倒椎距尾部4mm开始增厚，尾端增厚0.3mm（以下简称：内倒椎4-0.3）;胀管改进结构3为外倒椎距尾部4mm开始增厚，尾端增厚0.3mm（以下简称：外倒椎4-0.3）;胀管改进结构4为外倒椎距尾部8mm开始增厚，尾端增厚0.8mm（以下简称：外倒椎8-0.8）将胀管改进结构进行模拟，得出负载-变形曲线对比图（见图3），从图中得出，胀管外倒椎可以一定程度的减缓摩擦力下降趋势，但效果一般。总体来讲，4种胀管改进结构对减缓胀管尾部摩擦力急剧下降情况没有明显效果，归其原因是胀管本身结构的影响所致。

3  结论

针对胀管尾部结构摩擦力急剧下降的情况，加厚胀管尾部的方法并不能有效的减缓摩擦力急剧下降的趋势。由于胀管本身结构的原因，胀管尾部摩擦力急剧下降不能避免，为了胀管使用行程中不受“掉尾”问题影响，须保证胀管长度足够，胀管所能提供符合刹车要求的摩擦力的胀管长度不得小于刹车盘磨损极限值。

参考文献：

[1]焦裕松.机轮刹车系统及附件，2003，10，8.

[2]何永乐.胀管式自动调隙机构[J].航空工程与维修，1999（1）：46.

[3]于宏杰.管板孔开槽的液压胀接接头三维弹塑性有限元分析[J].北京化工大学，2001，5：83.