飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验方法
【专利摘要】一种飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验方法，所使用的试验机包括拖动系统和加载系统组成，通过拖动系统使试验轴承按规定的转速旋转，加载系统为试验轴承提供试验载荷，用于模拟飞机着陆瞬间机轮轴承的使用工况，能够有效、可靠的激发出故障。为研究更高转速、更重负荷的航空机轮轴承提供可信的试验依据，缩短了研制周期。
【专利说明】飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种飞机机轮轴承负荷冲击试验机，具体是一种模拟飞机机轮轴承在 飞机着陆瞬间承受负荷冲击工况的试验方法。
【背景技术】
[0002] 随着飞机的发展，飞机起飞与着陆时速度及重量逐渐增加，起飞与着陆过程中的 安全问题日益突出，对机轮轴承的性能与可靠性要求也越来越高，它关系到飞机的安全返 航、持续作战能力和适应机场的能力。
[0003] 机轮轴承不仅用来支撑机轮，引导机轮的旋转方向，减小转动过程中的摩擦，并承 受对机轮和轮轴之间的各种载荷。而且，轴承对飞机的工作性能、寿命、各项经济指标及可 靠性都有很大影响，甚至在某些情况下也会造成飞行安全事故。
[0004] 作为易损件的机轮轴承，因为机轮轴承未能正常工作的事故占一定的比例，因此 如何有效的提高飞机着陆时的安全性，提高飞机对各种载荷状况、跑道状况、气候条件的适 应能力，成为飞机机轮轴承的主要研究目标。
[0005] 大部分轴承的运动方式是外圈固定、内圈旋转。飞机机轮轴承有它独特之处，区别 于其他轴承最大的特点是外圈旋转、内圈固定的运动方式，W及它在使用过程中的工况。
[0006] 由于飞机采用的圆锥轴承的几何特点及设计特点，它可W承受径向和轴向的综合 载荷。外滚道与轴承中也线夹角越大，能承受的轴向推力和径向推力的比值越大，滚棒和滚 道的接触线越长，那么承受载荷的能力越强。飞机处于不同的工作状态，轴承的受力情况不 同。
[0007] 1、飞机处于静止状态，轴承主要承受静止载荷。飞机的重力产生的停机载荷P通 过轴承的滚棒传递给外滚道，即轮毅。P可沿轴向分解为轴向力N和垂直于外滚道的力F。
[0008] 2、飞机在地面滑行时，主要也承受垂直载荷。由于地面的不绝对平整，飞机的上下 震动的幅度大于飞机的重力。
[0009] 3、着陆时，机轮接地的瞬间首先主要受到巨大的静止垂直冲击载荷，继而机轮W 很高的加速度加速达到与飞机同样的速度在地面滑跑。如果飞机产生了重着陆，轴承在未 运转的状态下承受该种冲击载荷的危害是很大的。如果带侧滑接地，如侧风较大的时候，机 轮还要收到较大的侧向载荷，机轮受到侧向摩擦力时，由于惯性作用，飞机有向一侧倾斜的 趋势。因此作用在外侧轴承上的垂直载荷和侧向载荷要比内侧大。
[0010] 轴承常见的几种失效方式中，对飞机机轮轴承威胁最大的为机轮轴承在承受较大 的冲击载荷后，由于过载包括局部过载而使接触面发生塑性屈服，称为塑性变形失效。
[0011] 随着目前世界各国对大型运输机的需求越来越大，研制高转速重负荷的机轮轴承 也越来越迫切，人们也越来越认识到机轮轴承试验的重要性。轴承试验是轴承设计和制造 过程中一个不可或缺的重要验证过程，在轴承试验机上按照轴承的实际安装工况、实际运 行状态，即轴承的转速、轴向载荷、径向载荷W及环境温度、润滑状态等按照实际工况给定 进行运转，达到预定寿命或到轴承失效。
[0012] 根据机轮轴承在飞机着陆瞬间的受力工况，在飞机着陆时，飞机机轮触地到机轮 旋转至与飞机速度同等的线速度，该一速度上升沿历时小于200ms。如果轴承试验机需模拟 飞机着陆时机轮轴承的工况，该要求轴承试验机在200msW内将机轮轴承速度驱动至飞机 着陆转速，同时载荷加载至额定载荷，并能模拟飞机着陆时对机轮轴承的冲击加速度。巨大 载荷的加载冲击，使得由机轮轴承的摩擦阻力带来的阻力矩非常大，如此苛刻的条件，目前 的科学技术不大可能利用电机或电主轴直接将机轮轴承在200msW内驱动至如此高的转 速。
[0013] 国内外现有轴承试验机种类繁多，均未涉及冲击载荷的试验。目前国内探索飞机 着陆冲击工况的试验方法为起落架的落震试验，W整套起落架为代价，使用吊车息挂至一 定高度进行自由落体的落震试验，得到相关冲击加速度等试验数据。此方法成本高，试验实 施难度大，只能勉强模拟冲击时的加速度且试验过程中机轮并未能转动，与飞机实际着陆 工况相差甚大，试验数据不可靠。
[0014] 随着现代飞机性能要求的不断提高，对飞机机轮的性能提出了更高的要求，机轮 应具有重量轻、承载能力大、寿命高，并能承受大的冲击载荷，因此，对机轮的选用轴承也提 出更高的要求。机轮轴承通过重载、冲击载荷和寿命试验结果，W供机轮选用已是必然趋 势。
[0015] 综上所述，国内专口针对飞机机轮轴承的模拟试验方法可W说仍是片薄弱区域， 尤其是在模拟飞机高速重负荷的冲击试验领域上，仍是片空白。此时对机轮轴承在飞机着 陆瞬间的工况数据的探索迫在眉睫，推出针对航空机轮轴承工况相符的模拟试验方法势在 必行。
【发明内容】
[0016] 为克服现有技术中存在的成本高、试验实施难度大和试验数据不可靠的不足，本 发明提出了一种飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验方法。
[0017] 本发明通过轴承试验机的加载装置进行所述的飞机机轮轴承静态载荷模拟试验； 所述的轴承试验机的加载装置包括液压缸、固定板、载荷传感器、立柱、活动板、橡胶轮、力口 载头、加载轴、制动器和制动盘；加载装置通过立柱固定在地基板的上表面；固定板固定在 立柱顶端端面上；液压缸安装在所述固定板上表面的几何中也，并使该液压缸的伸缩杆穿 过固定板后位于该固定板的下表面与活动板上表面之间；所述活动板水平安装在所述立柱 的中部，并W立柱为导轨上下移动；所述活动板上表面几何中也安装有载荷传感器；所述 活动板下表面有导轨槽，加载头的加载基板安装在该导轨槽内；在液压缸的伸缩杆的端面 与活动板之间固定安装载荷传感器；加载轴的两端分别固定在加载头的两个加载臂上；试 验轴承安装在加载轴的中部；橡胶轮套装在所述试验轴承的外圈上；制动盘套装在加载轴 上，并且该制动盘上的法兰与橡胶轮的一个端面固定连接；所述制动盘的制动碟片位于制 动器的制动夹片中；所述制动器的上端固定在加载头内加载基板的下表面；
[0018] 所述飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验的步骤是：
[0019] 步骤1 ;测量并记录试验前轴承游隙，安装试验轴承。试验轴承一组两套对称安装 在橡胶轮内，试验轴承的外圈固定在钢圈内，内圈固定安装在加载轴上。加载轴两端通过轴 套安装在加载头的加载臂上。在完成安装后的各轴承内圈表面粘贴热电偶，并将该热电偶 与数据采集器通过导线连接。
[0020] 步骤2 ;载荷传感器调零。启动加载系统，提升加载装置中活动板的高度，使安装 在该活动板下方的橡胶轮处于息空状态。因活动板及加载头的自重，垂直加载时所述自重 的重力将作为垂直载荷的一部分施加于试验轴承上，因此在橡胶轮处于息空状态下，调整 载荷传感器至零位。
[0021] 步骤3 ;调整试验机至冲击加载的状态。加载活动板沿立柱12WImm/s的速度向 下移动；通过加载活动板调整安装在加载头上的橡胶轮的位置，使该橡胶轮的圆周表面与 静止的鼓轮的圆周表面有0?20mm的间隙，通过该间隙量调整试验轴承冲击加速度值和冲 击载荷峰值。
[0022] 步骤4 ;负荷冲击载荷试验。
[0023] 第一步；确定加载试验的参数。所述的加载试验参数包括：油缸输出的工作压力、 试验轴承的试验载荷。其中：
[0024] 油缸输出的工作压力通过公式（1)确定：
【权利要求】
1. 一种飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验方法，通过轴承试验机的加载装置进行所 述的飞机机轮轴承静态载荷模拟试验；所述的轴承试验机的加载装置包括液压缸、固定板、 载荷传感器、立柱、活动板、橡胶轮、加载头、加载轴、制动器和制动盘；加载装置通过立柱固 定在地基板的上表面；固定板固定在立柱顶端端面上；液压缸安装在所述固定板上表面的 几何中心，并使该液压缸的伸缩杆穿过固定板后位于该固定板的下表面与活动板上表面之 间；所述活动板水平安装在所述立柱的中部，并以立柱为导轨上下移动；所述活动板上表 面几何中心安装有载荷传感器；所述活动板下表面有导轨槽，加载头的加载基板安装在该 导轨槽内；在液压缸的伸缩杆的端面与活动板之间固定安装载荷传感器；加载轴的两端分 别固定在加载头的两个加载臂上；试验轴承安装在加载轴的中部；橡胶轮套装在所述试验 轴承的外圈上；制动盘套装在加载轴上，并且该制动盘上的法兰与橡胶轮的一个端面固定 连接；所述制动盘的制动碟片位于制动器的制动夹片中；所述制动器的上端固定在加载头 内加载基板的下表面； 其特征在于，所述飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验的步骤是： 步骤1:测量并记录试验前轴承游隙，安装试验轴承：试验轴承一组两套对称安装在橡 胶轮内，试验轴承的外圈固定在钢圈内，内圈固定安装在加载轴上；加载轴两端通过轴套安 装在加载头的加载臂上；在完成安装后的各轴承内圈表面粘贴热电偶，并将该热电偶与数 据采集器通过导线连接； 步骤2 :载荷传感器调零：启动加载系统，提升加载装置中活动板的高度，使安装在该 活动板下方的橡胶轮处于悬空状态；因活动板及加载头的自重，垂直加载时所述自重的重 力将作为垂直载荷的一部分施加于试验轴承上，因此在橡胶轮处于悬空状态下，调整载荷 传感器至零位； 步骤3 :调整试验机至冲击加载的状态：加载活动板沿立柱12以lmm/s的速度向下移 动；通过加载活动板调整安装在加载头上的橡胶轮的位置，使该橡胶轮的圆周表面与静止 的鼓轮的圆周表面有〇?20_的间隙，通过该间隙量调整试验轴承冲击加速度值和冲击载 荷峰值； 步骤4 :负荷冲击载荷试验： 第一步：确定加载试验的参数；所述的加载试验参数包括：油缸输出的工作压力和试 验轴承的试验载荷； 根据橡胶轮的线速度与鼓轮的线速度相同的原理，得到公式 胶轮直径X 31 X轴承的最高工作转速=鼓轮直径X 31 X鼓轮转速度 通过所述公式确定鼓轮的转速 橡胶轮的转速与轴承的转速相同；三相交流变频调速异步电机的转速与鼓轮的转速相 同； 第二步：当所述各试验参数确定后，对试验轴承进行冲击载荷和转速谱加载试验； 试验中： 启动三相交流变频调速异步电机，通过离合器、联轴器带动鼓轮旋转；通过数据采集器 采集热电偶的数据；通过载荷传感器监测所施加在试验轴承上的载荷； 通过控制三相交流变频调速异步电机带动鼓轮的转速在O?6s内线性加速至 1468rpm，并保持； 在鼓轮转速达到1468rpm平稳1秒后，通过瞬间加大加载油缸进口处的油压，使油缸输 出的工作压力在O?0. 3s内增加至8. 18MPa，油缸的活塞杆通过载荷传感器带动加载活动 板进行冲击加载，当加载活动板带动安装在加载头上的橡胶轮向鼓轮施加冲击载荷，继而 将该冲击载荷传递给位于鼓轮内的轴承；轴承受到的冲击载荷为径向冲击载荷； 在进行负荷冲击加载的同时，零转速橡胶轮压向高速旋转的鼓轮，形成摩擦力带动橡 胶轮被动加速旋转，橡胶轮将带动试验轴承被动旋转，在200mS内从零转速加速至与鼓轮 相等的线速度，即7100rpm ; 在试验轴承载荷和转速平稳后保持2. 5秒，进行快速卸载，载荷在0. 3秒内卸载至OKN ; 控制电机减速至停止转动；通过控制制动器夹紧制动盘20,6秒内使试验轴承停止转动； 步骤5 :检测试验结果：试验轴承卸载并止转后，向上移动加载头使得橡胶轮离开鼓 轮；拆卸试验轴承并采用常规方法检测该轴承的有无裂纹、变形、点蚀，有无疲劳剥落或剥 落深度、面积大小，测量和记录实验后游隙；采用常规方法对数据采集器采集到的热电偶的 数据进行分析；至此完成对轴承的负荷冲击载荷试验。
2.如权利要求1所述一种飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验方法，其特征在于，确定 加载试验的参数时， 油缸输出的工作压力通过公式（1)确定：
式中：D是液压缸内径，单位为m ;F是液压缸推力，单位为N ;P是工作压力，单位为 MPa ； 试验轴承的试验载荷与该试验轴承的额定载荷相同。
【文档编号】G01M13/04GK104359675SQ201410597656
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】邓伟林, 习鹤 申请人:西安航空制动科技有限公司