一种飞行员操纵装置中传动链系间隙的计算方法与流程

本发明属于机械技术领域，特别涉及一种飞行员操纵装置中传动链系间隙的计算方法，用于对飞行员操纵装置中传动链系的间隙量进行计算。

背景技术：

随着国内航空产品发展，对飞行员操纵装置的各项技术要求逐渐完善，尤其是对飞行员操纵装置的控制精度要求越来越高。影响飞行员操纵装置控制精度的主要因素之一就是其空行程指标，对飞行员操纵装置的空行程计算方法就显得尤为重要。

在设计飞行员操纵装置时，考虑到装配过程的可达性及装配难易度，通常将大部分零件之间的配合关系设计为间隙配合，这就不可避免地导致了运动副中存在间隙。在机构运行期间，两间隙配合的零件之间可能存在失去接触的现象，待机构运动方向发生改变时，会发生再接触，这种运动情况传递到手柄上就会反映为空行程。间隙使实际机构与理想机构的运动发生偏离，降低了机构运动精度，从而会导致飞行员操纵装置的空行程过大。

随着国内飞行员操纵装置向精密机械方向的发展，对精确预测传动空行程的要求越来越迫切，对飞行员操纵装置的间隙研究已经成为国内迫切要解决的关键问题之一。

技术实现要素：

发明目的

为了研究影响飞行员操纵装置空行程的因素，本发明运用尺寸链的概念，建立了空行程计算的数学模型，并提出了一种飞行员操纵装置中传动链系间隙的计算方法。

发明技术解决方案

一种飞行员操纵装置中传动链系间隙的计算方法，包括如下步骤：步骤1：确定飞行员操纵装置的传动链系中存在间隙的位置；步骤2：通过分析各个存在间隙的位置的零部件的配合关系确定各个存在间隙的位置的间隙；步骤3：将各个存在间隙的位置的间隙分别折算到飞行员操纵装置的手柄的t点，再进行累加得到飞行员操纵装置的传动链系中载荷机构的伸缩量δ′；步骤4：计算飞行员操纵装置的传动链系中载荷机构的尺寸范围l′＝l±δ′，其中l为载荷机构理论中立长度，l’为载荷机构两端点之间的实际距离。步骤5：分别用cad软件测量载荷机构实际距离为最小值lmin时手柄转动弧长a和载荷机构实际距离为最大值lmax时手柄转动弧长b；步骤6：将手柄转动弧长a和手柄转动弧长b相加即得到手柄空行程的值。

优选的，步骤1中从手柄的t点开始存在间隙的位置共4处，分别为环节ⅰ：旋转中心，环节ⅰ处间隙为δ1；环节ⅱ：摇臂与载荷机构的连接处，环节ⅱ处间隙为δ2；环节ⅲ：载荷机构的内部间隙，环节ⅲ处间隙为δ3；环节ⅳ：载荷机构与底座的连接处，环节ⅳ处间隙为δ4。

优选的，环节ⅰ处的零部件的配合关系为衬套与螺栓、螺栓与轴承内圈之间都属于间隙配合，但是零件之间的间隙都被消除，并没有传递到环节ⅱ、环节ⅲ、环节ⅳ，所以在计算时，环节ⅰ处的间隙量δ1＝0。

优选的，环节ⅱ处各零部件的配合关系为载荷机构的轴承外圈通过滚压紧固装配在载荷机构的耳环螺栓上，轴承内圈与螺栓配合，螺栓与摇臂上的衬套配合，假定此处传动环节的尾端即轴承内圈，轴承内圈在整个传动空间内处于固定状态，不发生任何移动，则衬套和螺栓配合间隙导致衬套的移动量其中δi＝d孔径-d轴径，其中，n为轴孔配合的个数，d孔径为衬套内孔的孔径，d轴径为螺栓光杆的直径，δi为环节ⅱ上的间隙量

优选的，环节ⅲ为载荷机构拉伸方向与压缩方向的间隙，此处不考虑载荷机构的内部结构，仅考虑关节轴承上的内外圈之间间隙；假定此处传动环节的尾端即轴承内圈，轴承内圈在整个传动空间内处于固定状态，不发生任何移动，则衬套和螺栓配合间隙导致衬套的移动量为δ；载荷机构上下两端的连接形式相同，环节ⅲ的间隙量δ3＝2δ。

优选的，环节ⅳ处各零部件的配合关系为载荷机构的轴承外圈通过滚压紧固装配在载荷机构的耳环螺栓上，轴承内圈与螺栓配合，螺栓与底座上的衬套配合，假定此处传动环节的尾端即衬套，轴承内圈在整个传动空间内处于固定状态，不发生任何移动，则衬套和螺栓配合间隙导致衬套的移动量m为轴孔配合的个数，δi为环节ⅳ上的间隙量。

本发明的优点

本发明的优点在于：

本发明建立了含衬套、螺栓、轴承内外的四连杆简化模型，考虑了关节轴承的研磨工艺对空行程的影响，提出了一种计算空行程的方法。该计算空行程的方法能够更好地进行飞行员操纵装置的优化设计，根据计算结果，可适当降低其余传动零件的加工精度要求，仅对末级进行高精度加工控制，可在一定程度上降低制造成本。

附图说明

图1为飞行员操纵装置的传动传动链系。

图2为安装衬套后的摇臂的立体图。

图3为轴承内圈、螺栓、衬套之间的配合关系示意图。

图4为轴承内圈、螺栓、衬套之间的配合关系示意图。

图5为关节轴承内圈、外圈之间的配合关系示意图。

图6为轴承内圈、螺栓、衬套之间的配合关系示意图。

图7为载荷机构的尺寸范围示意图。

图8为当载荷机构的实际距离为最小值lmin时空行程示意图。

图9当载荷机构的实际距离为最大值lmax时为空行程示意图。

图10为集成中央杆的立体图。

图11集成中央杆的横向传动链系的立体图。

图12集成中央杆简化后的平面四连杆机构示意图。

图中：1-环节ⅰ，2-环节ⅱ，3-环节ⅲ,4-环节ⅳ,5-t点，7-衬套，8-螺栓，9-轴承内圈，10-轴承外圈，11-弧长a，12-弧长b，13-手柄，14-摇臂，15-载荷机构。

具体实施方式

飞行员操纵装置的传动链系如图1，从t点5开始，传动链系中存在间隙的地方主要有4处，分别是环节ⅰ1-旋转中心，环节ⅱ2-摇臂14与载荷机构15的连接处，环节ⅲ-载荷机构15内部间隙，环节ⅳ-载荷机构15与底座的连接处。

这四处传动环节中，零部件的配合关系如下。

一、轴承外圈10与轴承室之间的配合。设计飞行员操纵装置时，轴承的安装方案通常是将轴承压入轴承室后滚压紧固，轴承外圈10与轴承室处于压紧状态，可以认为轴承外圈10与轴承室之间不存在间隙。

二、轴承内圈9与螺栓光杆之间的配合。为了便于安装，在选用螺栓光杆时，通常选用公差代号为f7的螺栓光杆与轴承间隙配合。

三、螺栓光杆与衬套7之间的配合。设计飞行员操纵装置时，考虑到减重设计，一般摇臂14都采用铝合金材料。由于与摇臂14配合的螺栓8一般会选用结构钢或不锈钢材料，螺栓8强度远大于摇臂14，通常会在摇臂14安装螺栓8的孔上安装标准衬套7，如图2。这样既可以提高摇臂14上与螺栓8连接的孔的抗挤压强度，又将衬套7孔的公差进行了标准化。通常螺栓光杆与衬套7之间的配合为m7/f7。

四、轴承游隙。设计飞行员操纵装置时，通常选用飞机专业常用的5组轴承，即低转速、小游隙轴承，一般5组轴承游隙为0.02mm。

在计算各个环节的间隙时，原则是将各个环节的间隙分别折算到手柄13的t点5，最后再进行累加。

轴承外圈10通过滚压紧固装配在摇臂14上，可认为轴承外圈10与摇臂14之间的配合不存在间隙。轴承内圈9与螺栓8配合，螺栓8与衬套7配合，这两处存在的配合关系如图3。

由于t点5位置的零件的重力几乎都从轴承内圈9通过螺栓8传递到衬套7上，所以环节ⅰ1处虽然衬套7与螺栓8、螺栓8与轴承内圈9之间都属于间隙配合，但是零件之间的间隙都被消除，并没有传递到其他环节，所以在计算时，环节ⅰ1的间隙量δ1＝0。

载荷机构15的轴承外圈10通过滚压紧固装配在载荷机构15的耳环螺栓上，可认为轴承外圈10与耳环螺栓之间的配合不存在间隙。轴承内圈9与螺栓8配合，螺栓8与摇臂14上的衬套7配合，如图4。假定此处传动环节的尾端即轴承内圈9，轴承内圈9在整个传动空间内处于固定状态，不发生任何移动，则衬套7和螺栓8配合间隙导致衬套7的移动量其中δ＝d孔径-d轴径，n为轴孔配合的个数，d孔径为衬套内孔的孔径，d轴径为螺栓光杆的直径，δi为环节ⅱ2上的间隙量

载荷机构15拉伸方向与压缩方向的间隙，此处不考虑载荷机构15的内部结构，仅考虑关节轴承上的内外圈之间间隙。关节轴承内外圈之间的配合关系如图5。

假定此处传动环节的尾端即轴承内圈9，轴承内圈9在整个传动空间内处于固定状态，不发生任何移动，则衬套7和螺栓8配合间隙导致衬套7的移动量为δ。载荷机构15上下两端的连接形式相同，环节ⅲ3的间隙量δ2＝2δ。

载荷机构15的轴承外圈10通过滚压紧固装配在载荷机构15的耳环螺栓上，可认为轴承外圈10与耳环螺栓之间的配合不存在间隙。轴承内圈9与螺栓8配合，螺栓8与底座上的衬套7配合，这两处存在的配合关系与环节ⅱ2类似，如图6。假定此处传动环节的尾端即衬套7，轴承内圈9在整个传动空间内处于固定状态，不发生任何移动，则衬套7和螺栓8配合间隙导致衬套7的移动量m为轴孔配合的个数，δi为环节ⅳ4上的间隙量。

将上述计算的间隙量进行累加，可以得到传动链系中环节ⅱ2到环节ⅳ4之间载荷机构的伸缩量

载荷机构的尺寸范围l′＝l±δ′，其中，荷机构理论中立长度，l’为载荷机构两端点之间的实际距离。

基于以上接触关系的数学模型，求出载荷机构的最大实际距离lmax和最小实际距离lmin，即可通过cad软件测量到的当载荷机构的实际距离为最小值lmin时手柄13的转动弧长a11与当载荷机构的实际距离为最大值lmax时手柄13的转动弧长b12，最后将弧长a11与弧长b12的值相加，即为空行程。

现以某型舰载机的配套产品集成中央杆为例，对集成中央杆的横向传动链系的间隙进行计算，如图9。将集成中央杆的其余零部件去掉，仅保留与横向传动联系相关的零部件，如图10。

为了研究问题的方便，将集成中央杆的横向传动联系简化为平面四连杆机构，如图11。在计算各个环节的间隙时，将各个环节的间隙分别折算到手柄t点，最后再进行累加，累加结果见表1。

表1