航空刹车盘轴式动力试验台主体结构设计

方新文，康 磊

(中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065)

1 引 言

航空刹车盘轴式动力试验台主要用于在地面上1∶1模拟测试航空刹车盘的综合性能，能模拟飞机正常着陆、超载着陆以及中止起飞试验和静力矩试验，验证产品的性能和可靠性，为新品研制、鉴定和产品交付提供科学依据。

航空刹车盘轴式动力试验台可用于完成刹车盘正常能量动力矩试验、超载能量动力矩试验、RTO动力矩试验、动力矩谱试验、湿态中止起飞试验、连续刹车试验、刹车粘接程度试验、热释放能量试验、峰值力矩试验、静力矩(热态、冷态)试验、结构力矩试验、压力-力矩响应试验等。

2 主体结构设计

主体结构设计是试验台设计的关键技术。航空刹车盘轴式动力试验台的主体结构主要由鼓轮组合系统(主鼓轮、辅鼓轮、主轴、轴承、轴承座)、底座、应急刹车装置、刹车尾架、静力矩装置等组成，试验台总体如图1所示。

图1 试验台总体

根据设计要求，试验台主体结构技术指标如下：(1)惯量模拟范围：100kgm2～10000kgm2；(2)最大转速：3000r/min；(3)尾座系统最大力矩：100kNm；(4)最大静力矩范围：150kNm。

2.1 鼓轮组合系统设计

试验台鼓轮组合系统主要由主鼓轮及4片辅鼓轮、1#鼓轮轴、2#鼓轮轴、离合装置、轴承及轴承座等组成，安装于同一底座上，中心高1.2m，如图2所示。

图2 鼓轮组合系统布局

2.1.1 鼓轮系统设计

电机轴通过膜片联轴器与鼓轮轴连接。鼓轮结构均为饼式结构，主鼓轮与鼓轮轴通过H7/s6过盈配合，辅鼓轮内设空心轴，与鼓轮轴通过离合装置连接，由左向右鼓轮惯量依次为：主鼓轮550kgm2，1#辅鼓轮900kgm2，2#辅鼓轮1800kgm2，3#辅鼓轮2700kgm2，4#辅鼓轮3600kgm2。

鼓轮毛坯锻造后进行粗加工，粗加工完成后调质处理，HB达到230～260后进行精加工。精加工完成后采用减重法进行静、动平衡调试，最终使鼓轮系动平衡精度不低于G2.5级(ISO1940-1:2003)。

使用CATIA软件对鼓轮进行离心力强度校核，鼓轮应力及变形云图见图3。在转速3000r/min的条件下，鼓轮组合系统最大应力340MPa，安全系数大于3，变形0.646mm，满足使用要求。

图3 应力及变形分析云图

2.1.2 鼓轮轴设计

试验台鼓轮轴由鼓轮轴1、鼓轮轴2组成，通过齿式联轴器连接。鼓轮轴1上安装550kgm2鼓轮、900kgm2鼓轮、1800kgm2鼓轮，鼓轮轴2上安装2700kgm2鼓轮、3600kgm2鼓轮，两根轴结构形式均为台阶轴，长度尺寸等均相同。以鼓轮轴1为例，其结构见图4，材料为40CrNiMoA，轴全长3000mm。主鼓轮轴经过毛坯锻造、粗加工、调质处理、精加工，保证各轴径同轴度。

图4 主轴设计图

2.1.3 离合装置设计

离合装置用于对鼓轮与鼓轮轴的离合，由支架、气缸、拨叉、拨叉环等组成，见图5。拨叉环与轴内啮合机构相连，拨叉环沿轴向移动实现鼓轮与鼓轮轴的离合。支架用螺钉安装到轴承座上，气缸、拨叉与支架铰接，气缸驱动拨叉带动拨叉环沿轴向运动实现离合，轴向运动距离60mm。

图5 离合装置

2.1.4 轴承及轴承座设计

轴承在鼓轮组合系统中属关键部件，选用瑞典进口SKF轴承。选用深沟球轴承，型号分别为6336M与61956MA，极限转速分别为3600r/min与3200r/min，满足转速使用要求。轴承座材料采用铸钢ZG270-500，铸造后机加而成，结构采用上下分离式(如图6所示)，便于整个系统安装和轴承座的密封等(轴承座密封为迷宫式密封)。

图6 轴承座结构示意图

2.2 应急刹车装置设计

应急刹车装置用于试验室意外断电等不可控情况时紧急制动鼓轮系统，由制动盘、刹车装置、支架等组成(如图7所示)。制动盘安装在齿式联轴器的法兰上，随鼓轮轴一同旋转。刹车装置安装到支架上，支架用螺钉固定在底座上。刹车装置使用气压驱动，制动压力为0.6MPa，制动盘直径1000mm，制动力矩2kNm。

图7 应急刹车装置

2.3 刹车尾架设计

试验台刹车尾架见图8，由摇臂、摇臂轴、轴承、轴承座、导轨、丝杠、底架、附属支架等组成。摇臂一端安装在摇臂轴上，另一端通过单耳与载荷传感器连接。摇臂轴通过轴承安装在轴承座内，轴承座可在导轨座上移动，底架固定在基础上。摇臂、摇臂轴、丝杠的材料为45#钢，锻造调质后机加而成。轴承座、底座由Q235材料焊接而成，退火处理。轴承选用2个单列圆锥滚子轴承33020，ø100/ø150-39，额定载荷(静)390kN，极限转速2200r/min。尾架移动范围0mm～1000mm。

图8 试验台刹车尾架

工作时，将刹车装置气缸座与摇臂轴连接，使用电机驱动丝杠，让轴承座带动刹车装置和测量装置沿导轨靠向适配器，使刹车盘与适配器连接。制动时，静盘带动摇臂轴旋转驱动摇臂拉向载荷传感器，记录载荷数据，即可计算刹车力矩。

2.4 静力矩测量装置设计

静力矩测量装置由大链轮、小链轮、链条、电机及减速机、支架等组成(见图9)。电机及减速机驱动小链轮，小链轮通过链条带动大链轮旋转，大链轮通过离合装置与鼓轮轴连接，施加扭矩直到链轮转动为止。记录传感器的载荷值，然后计算静力矩。

3 结 论

航空刹车盘轴式动力试验台的主体结构为试验台的关键组成部分，设计时有源可依、有据可查，具备操作智能化、维护简易化、匹配最优化、设备安全化等设计理念。

图9 静力矩系统