CN107436237A - 一种直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置 - Google Patents

一种直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置 Download PDF

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Abstract

一种直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，包括顶基板、1#‑4#液压作动器、加载盘、桨毂、轴试验件、轴承假件、升降支柱、底基板，1#‑4#液压作动器上端与顶基板连接，下端与加载盘四支臂固定，四液压作动器分别与加载盘之间存在可调节的角度β，且以相同的力臂对称于轴试验件中心轴线布置，桨毂上端与加载盘中心下端固定，下端与轴试验件上端装配，轴试验件下端与轴承假件连接，升降支柱顶部支撑轴承假件，底部与底基板固定。本发明为各类轴系、轴承和桨毂的结构参数、材料参数、疲劳试验提供非扭矩动态载荷环境，以准确确定直升机主旋翼轴的结构参数、材料参数和疲劳寿命，实现原理简单、结构紧凑、安装方便、适用范围广、实用性强。

Description

一种直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置
技术领域
本发明涉及一种直升机主旋翼轴，更具体地，涉及一种直升机主旋翼桨毂中心非扭矩加载模拟装置。
背景技术
直升机主旋翼轴是直升机核心部件，解决了直升机升力和操纵力的传递问题，对直升机的机动性、操作性、振动水平、寿命、安全性及维护性等有着巨大的影响，直升机主旋翼轴、桨毂以及主旋翼轴轴承的结构参数、材料参数选择不当，会降低主旋翼轴使用寿命、影响主旋翼轴动力传递性能，直升机主旋翼轴疲劳寿命的不确定又会对直升机使用形成安全隐患，甚至酿成灾难性后果，因此，直升机主旋翼轴、桨毂以及主旋翼轴轴承设计时结构参数、材料参数的选取，疲劳寿命的确定就显得尤为重要。由于主旋翼轴所处的载荷环境复杂，很难通过理论分析来准确确定结构材料参数和疲劳寿命，试验成为确定轴零件结构材料参数和疲劳寿命的重要手段，而真实模拟主旋翼轴同时承受的动态轴向、径向和弯矩载荷，对试验结果的可靠性有着至关重要的影响。目前同类产品试验装置多采用单臂单独加载，不能模拟旋转部件周期变化载荷，极少数试验装置虽能施加周期载荷却结构复杂、安装使用繁琐、功能单一，难以适用不同型号主轴。
通过对现有技术的文献检索发现，近年来，关于直升机主旋翼桨毂中心非扭矩加载模拟装置的文献较少，与本发明申请有关的公开资料主要包括：1、主轴疲劳试验装置(专利号公开号CN104713708A2015年06月)；2、一种尾旋翼轴疲劳试验旋转载荷施加装置(专利号公开号CN103900811A2014年7月)。
专利1属于主旋翼轴疲劳装置，电机通过传动机构向旋转弯矩加载机构传递动力，旋转弯矩加载机构在试验时通过偏心旋转方式对轴试验件施加旋转弯矩；而专利2属于直升机尾翼轴疲劳试验旋转载荷施加装置，在装置结构及应用范围等方面与本专利都存在较大差异。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种直升机主旋翼桨毂中心非扭矩加载模拟装置，模拟直升机航行状态下桨毂中心同时承受的轴向力、径向力和弯矩动态载荷，为主旋翼轴、轴承和桨毂的结构参数、材料参数、疲劳寿命的确定提供试验手段。实现原理简单、安装方便、适用范围广、实用性强。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，包括顶基板、1#-4#液压作动器、加载盘、桨毂、轴试验件、轴承假件、升降支柱、底基板，其中，1#-4#液压作动器上端与顶基板连接，下端与加载盘四支臂固定，四液压作动器分别与加载盘之间存在可调节的角度β，且以相同的力臂对称于轴试验件中心轴线布置，桨毂上端与加载盘中心下端固定，下端与轴试验件上端装配，轴试验件下端与轴承假件连接，升降支柱顶部支撑轴承假件，底部与底基板固定。
四液压作动器相位协调加载，使其对轴试验件产生轴向力、绕轴轴线的径向力和纵向面内弯矩。
轴承假件上端通过轴承固定轴试验件，轴承假件和轴承均可拆卸，以适用于不同直径尺寸轴试验件的测试。
升降支柱可调整高度以适应不同长度的轴试验件。
顶基板与底基板之间通过四根基板撑腿支撑并由肘板加强，形成装置的基本框架。
液压作动器上端通过旋转接头与顶基板连接，顶基板四角对角线位置开有中间矩形两端半圆的滑孔，与液压作动器上端相连的旋转接头能够沿该滑孔移动，并通过螺栓螺母与顶基板固定，从而方便液压作动器角度的调节。
顶基板中心位置开有大圆孔，在满足试验装置强度、稳定性的前提下，最大程度减小试验装置重量。
加载盘中间部分呈正方形，四支臂从正方形四角处延伸出，可最大化加载力臂长度，各支臂之间呈90°且长度相等，加载盘安装后呈水平态。
四支臂端部位置开有小孔，通过旋转接头和螺栓螺母与液压作动器下端固定，在其中间位置开有四小孔，供桨毂上端螺栓固定。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供了一种直升机主旋翼桨毂中心非扭矩加载模拟装置，四液压作动器分别与加载盘之间存在可调的角度β，且以相同的力臂对称于轴试验件中心轴线布置，桨毂上端与加载盘中心下端通过螺栓固定，下端与轴试验件上端装配，轴试验件下端与轴承假件连接，升降支柱顶部支撑轴承假件，其底部与装置底基板固定，当四液压作动器相位协调加载时，可对轴试验件产生动态轴向力、绕轴轴线的径向力和纵向面内弯矩，真实模拟轴系所处的动态载荷环境，能够为各类轴系、轴承和桨毂的结构参数、材料参数、疲劳试验提供非扭矩动态载荷环境，以便准确确定直升机主旋翼轴的结构参数、材料参数和疲劳寿命，具有实现原理简单、结构紧凑、安装方便、适用范围广、实用性强等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置立体图；
图2是直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置主视图；
图3是直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置侧视图；
图4是直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置其他视图；
图5是直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置剖面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的直升机主旋翼桨毂中心非扭矩加载模拟装置由顶基板1、1#-4#液压作动器、旋转接头6、肘板7、基板撑腿8、加载盘9、桨毂10、轴试验件11、轴承假件12、升降支柱13、底基板14构成，如图1～图5所示。正方形顶基板1与底基板14之间通过四根基板撑腿8支撑并由肘板7加强，形成试验装置基本框架，1#-4#液压作动器上端通过旋转接头6与顶基板1连接，顶基板1四角对角线位置开有矩形半圆滑孔，旋转接头6可沿该滑孔移动，调整好位置后可通过螺栓螺母固定，从而方便液压器角度的调节。而液压作动器下端通过旋转接头6与加载盘9的四支臂固定。各支臂之间呈90°且长度相等，四液压作动器分别与加载盘9之间存在固定的角度β，且以相同的力臂对称于轴试验件中心轴线布置。加载盘9安装后呈水平态，桨毂10上端与加载盘9中心下端通过螺栓固定，下端与轴试验件11上端装配。轴试验件11下端通过轴承与轴承假件12连接，升降支柱调整好高度后，其顶部支撑轴承假件12。底部与装置底基板14固定，具有调节高度和支撑轴承假件12的作用，针对不同长度的轴试验件11，可通过调节升降支柱13高度以满足轴试验件11的安装。
测试时，调节四个作动器1#液压作动器2、2#液压作动器3、3#液压作动器4、4#液压作动器5成90°相位协调加载，使其产生绕轴轴线旋转的径向力和弯矩载荷。实现在轴试验件固定的情况下，同时给试验件轴加载轴向力(FZ)和绕轴轴线旋转的径向力(FX)、弯矩(MY)，以真实模拟轴系所处的动态载荷环境。
四个作动器1#液压作动器、2#液压作动器、3#液压作动器、4#液压作动器施加的载荷分别为：
Fi＝Fasin(ωt+i*90°)，i＝1，2；
Fi＝Fbsin(ωt+i*90°)，i＝3，4。
F1、F2、F3、F4分别为1#液压作动器、2#液压作动器、3#液压作动器、4#液压作动器出力大小；β为液压作动器与加载盘夹角；L为加载盘支臂长度。Fa为1#和2#液压作动器出力幅值；Fb为3#和4#液压作动器出力幅值；ω为液压作动器工作频率。
四个作动器同时施加载荷时合成力为：
轴试验件轴向力FZ＝2*(Fb-Fa)*sinβ；
绕轴轴线旋转的径向力FX＝(Fb+Fa)*cosβ；
绕轴轴线旋转的弯矩MY＝L*(Fb+Fa)*sinβ。
更换轴试验件时，只需要先卸下桨毂上端与加载盘固定的螺栓螺母，降低升降支柱高度，即可卸下桨毂、轴试验件和轴承假件，然后更换其它尺寸轴试验件，轴试验件上下两端与桨毂、轴承假件固定完毕后，升高升降支柱高度，通过螺栓螺母固定桨毂上端与加载盘下端，从而完成轴试验件更换。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，包括顶基板、1#-4#液压作动器、加载盘、桨毂、轴试验件、轴承假件、升降支柱、底基板，其中，1#-4#液压作动器上端与顶基板连接，下端与加载盘四支臂固定，四液压作动器分别与加载盘之间存在可调节的角度β，且以相同的力臂对称于轴试验件中心轴线布置，桨毂上端与加载盘中心下端固定，下端与轴试验件上端装配，轴试验件下端与轴承假件连接，升降支柱顶部支撑轴承假件，底部与底基板固定。
2.根据权利要求1所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，四液压作动器相位协调加载，使其对轴试验件产生轴向力、绕轴轴线的径向力和纵向面内弯矩。
3.根据权利要求2所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，具体为：在轴试验件固定的情况下，同时给试验件轴加载轴向力和绕轴轴线旋转的径向力、弯矩，以真实模拟轴系所处的动态载荷环境；
四个液压作动器1#液压作动器、2#液压作动器、3#液压作动器、4#液压作动器施加的载荷分别为：
Fi＝Fasin(ωt+i*90°)，i＝1，2；
Fi＝Fbsin(ωt+i*90°)，i＝3，4。
F1、F2、F3、F4分别为1#液压作动器、2#液压作动器、3#液压作动器、4#液压作动器出力大小；β为液压作动器与加载盘夹角；L为加载盘支臂长度；Fa为1#和2#液压作动器出力幅值；Fb为3#和4#液压作动器出力幅值；ω为液压作动器工作频率；
四个作动器同时施加载荷时合成力为：
轴试验件轴向力FZ＝2*(Fb-Fa)*sinβ；
绕轴轴线旋转的径向力FX＝(Fb+Fa)*cosβ；
绕轴轴线旋转的弯矩MY＝L*(Fb+Fa)*sinβ。
4.根据权利要求1所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，轴承假件上端通过轴承固定轴试验件，轴承假件和轴承均可拆卸，以适用于不同直径尺寸轴试验件的测试。
5.根据权利要求1所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，升降支柱可调整高度以适应不同长度的轴试验件。
6.根据权利要求1所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，顶基板与底基板之间通过四根基板撑腿支撑并由肘板加强，形成装置的基本框架。
7.根据权利要求1所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，液压作动器上端通过旋转接头与顶基板连接，顶基板四角对角线位置开有中间矩形两端半圆的滑孔，与液压作动器上端相连的旋转接头能够沿该滑孔移动，并通过螺栓螺母与顶基板固定，从而方便液压作动器角度的调节。
8.根据权利要求1所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，顶基板中心位置开有大圆孔，在满足试验装置强度、稳定性的前提下，最大程度减小试验装置重量。
9.根据权利要求1所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，加载盘中间部分呈正方形，四支臂从正方形四角处延伸出，可最大化加载力臂长度，各支臂之间呈90°且长度相等，加载盘安装后呈水平态。
10.根据权利要求1所述的直升机桨毂中心非扭矩加载模拟装置，其特征在于，四支臂端部位置开有小孔，通过旋转接头和螺栓螺母与液压作动器下端固定，在其中间位置开有四小孔，供桨毂上端螺栓固定。
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