CN108044298B - 液压加压的航空机轮轴承孔滚压具及滚压方法 - Google Patents

Abstract

一种液压加压的航空机轮轴承孔滚压具及滚压方法。液压加压的航空机轮轴承孔滚压具包括滚压轮、移动刀杆、刀座、活塞杆和密封盖。移动刀杆一端端面中心有用于安装滚压轮的轴颈，另一端安装在刀座的上端面。活塞杆与移动刀杆的杆身插接配合。密封盖固定在所述刀座的下端面上，在该密封盖上开有液压油孔。滚压轮背离刀杆一端的端面外缘处有环形凹槽；滚压轮的外圆周表面由弧面和斜面组成。本发明解决了现有滚压装置不能滚压轴承孔的问题，使刀杆以悬臂梁的形式伸入轴承孔，通过弹簧施加力，实现对该轴承孔的滚压强化。通过本发明滚压后的轴承孔表面粗糙度为Ra0.2μm，硬化层深度为0.5‑1.5mm。

Description

液压加压的航空机轮轴承孔滚压具及滚压方法

技术领域

本发明涉及航空机械表面滚压强化技术，特别地本发明公开一种航空机轮轴承孔滚压具及方法。

背景技术

航空机轮是飞机包括直升机等有轮航空器起飞着陆装置重要设备之一，承受较大的结构载荷。随着机轮使用寿命和机轮载荷要求的提高，对机轮设计和制造技术也提出了新的要求。机轮轴承孔是轮毂在轮轴上的支承点，轴承安装在轮毂轴承孔，机轮通过轴承围绕轮轴旋转，以便利飞机在地面运动。机轮轴承孔部位受力较大，特别是轴承孔根部(轴承孔底台与孔壁相接处)因结构限制圆角过渡半径r较小，轴承孔根部比较尖或很尖，应力集中严重，容易诱发和萌生疲劳裂纹，导致机轮毂部断裂破坏，甚至造成事故。滚压是一种有效、经济和环保的表面强化技术，显著改善和提高机械制品的疲劳强度和服役寿命，已在航空机轮固定轮缘R、卡环槽处运用。滚压作业也是无切削过程，它是用滚压轮代之以刀尖，滚压轮安装固定在刀杆或带施力机构的刀座端头，或安装固定在刀杆端头旁边，对需要强化的表面在滚压力作用下进行滚碾压平。现有航空机轮没有积极意识到需要对轴承孔实施表面滚压强化，经历台架试验和外场使用，轴承孔部位对长寿命、高负荷航空机轮健壮性影响凸显出来了，有必要对轴承孔滚压强化，而现有机轮滚压装置只能滚压外圆表面，滚压轮进不到轴承孔里。

发明内容

为克服现有技术中存在的机轮滚压装置只能滚压外圆表面的不足，本发明提出一种液压加压的航空机轮轴承孔滚压具及滚压方法。

本发明提出的液压加压的航空机轮轴承孔滚压具包括滚压轮、移动刀杆、刀座、活塞杆和密封盖；所述移动刀杆一端端面中心有用于安装滚压轮的轴颈；该移动刀杆另一端安装在刀座的上端面；活塞杆位于所述的刀座内，并使该活塞杆与移动刀杆的杆身插接配合；密封盖固定在所述刀座的下端面上，在该密封盖上开有液压油孔；所述滚压轮背离刀杆一端的端面外缘处有环形凹槽；所述滚压轮的外圆周表面由弧面和斜面组成。

所述环形凹槽的深度为0.5～1.2mm，并且该环形凹槽的槽底面与滚压轮的端面以斜面平滑过渡；该环形凹槽外边缘距离滚压轮外圆周表面的圆弧顶点的距离La为4～5mm。

所述滚压轮的外圆周表面的弧面与待滚压强化的表面接触，为实施滚压强化的工作面；该工作面中的圆弧半径与待滚压强化的机轮轴承孔根部过渡半径一致，或小于待滚压强化的机轮轴承孔根部过渡半径；当所述工作面中的圆弧半径小于待滚压强化的机轮轴承孔根部过渡半径时，机轮轴承孔根部过渡半径与工作面中的圆弧半径的差≤0.05mm。

所述刀座的上端有用于安装所述移动刀杆的插槽。所述刀座中部的内表面有径向的凸台，该凸台处的内径与所述活塞杆的外径间隙配合；该凸台的下端面形成了所述活塞杆轴向移动的定位面。该凸台下端面至所述密封盖内端面之间的距离-所述活塞杆最大直径段的轴向长度＝活塞的行程。

所述活塞杆的外圆周表面为阶梯面。其中位于活塞杆上端的外径与移动刀杆上的活塞杆安装孔的孔径相同；该活塞杆下端的直径最大，与所述刀座的内径相同，并使二者之间间隙配合；该活塞杆杆身的直径与所述刀座中部凸台处的内径相同，并使二者之间间隙配合。

所述密封盖上表面的几何中心有与刀座内表面密封配合的堵塞；所述堵塞表面中心有进油孔，该进油孔与所述位于密封盖上的液压油孔在密封盖内垂直相交；所述液压油孔的入口与液压系统连通；液压油通过所述液压油孔的入口P进入堵塞内，进而进入刀座的活塞腔内，对所述活塞杆产生作用力。

本发明提出的利用所述液压加压的航空机轮轴承孔滚压具进行滚压的具体过程是：

步骤1、装夹滚压具。将滚压具刀座固定安装在车床方刀架上，并使机轮轴承孔端面离开刀座外侧面有25mm以上的安全距离。

步骤2、滚压。将滚压轮中心线水平对正机轮轴承孔中心线；开动车床通过操纵托板将滚压轮压向机轮轴承孔表面，滚压轮接触机轮轴承孔表面后，接通液压管路，使液压力在3-5s平稳上升到所需的滚压力；通过滚压轮向机轮轴承孔孔口处径向加压；匀速纵向进刀，当滚压轮走刀到机轮轴承孔底时，操纵托板纵向进给向该机轮轴承孔表面施加纵向加压力并保持25～35s该压力，对机轮轴承孔底台面加压。加压结束后，匀速横向退出滚压轮，解除液压力。完成第一次滚压。

检测轴承孔表面粗糙度和硬化层深度，若满足要求，结束对该机轮轴承孔的滚压；若不满足要求，则重复所述第一次滚压过程，直至机轮轴承孔表面粗糙度和硬化层深度满足要求，结束。所述的轴承孔表面粗糙度为Ra 0.2μm；硬化层深度为0.5-1.5mm。

滚压时车床主轴的转速为35～90转/min，滚压余量为：0.03～0.08mm，走刀速度为15～25mm/min。

所述的滚压力为210-300kg。

滚压前所述机轮轴承孔的直径留有0.03-0.08mm的滚压余量。

本发明对现有滚压装置改造得到的滚压具，可以对内孔表面滚压，解决了现有滚压装置不能滚压轴承孔的技术问题。

本发明使滚压轮位于刀杆一端，并使刀杆以悬臂梁的形式伸入轴承孔，通过弹簧施加力，实现对该轴承孔的滚压强化。滚压强化主要是在零件表面引入残余压应力，以提高材料抗疲劳强度，提高制品服役期限即使用寿命。通过本发明滚压后的轴承孔表面粗糙度为Ra0.2μm，硬化层深度为0.5-1.5mm。

滚压强化主要是在零件表面引入残余压应力，以提高材料抗疲劳强度，提高制品服役期限即使用寿命。

本发明对现有滚压装置改造得到的滚压具，可以对内孔表面滚压，解决了现有滚压装置不能滚压轴承孔的技术问题，按照滚压强化机理，和本发明的装置和方法，提高轴承孔部位疲劳强度，提高机轮承载能力和使用寿命，从理论分析是肯定的。

本发明结构合理，简便可行，可有效解决现有技术存在不足。本发明是通过下述途径来实现的：将滚压轮设置成处在离开刀杆或刀座固定点一段距离，以适当长度的悬臂梁形式伸入机轮轴承孔实现滚压强化的目的。使用本发明解决了现有滚压装置不能滚压轴承孔的技术问题，扩大了表面滚压强化技术在航空机轮上的应用范围，同时，采用本发明对机轮轴承孔表面特别是轴承孔根部滚压强化，引入有益的残余压应力，改善应力集中和受力状况，提高了该部位疲劳强度，延缓了疲劳裂纹萌生，提高了机轮承载能力和使用寿命。根据现有理论分析和样机试验，轴承孔根部滚压强化后疲劳强度提高至少25％以上，满足长寿命、高负荷航空机轮技术使用要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中滚压轮的局部放大图；

图3是本发明与工件的配合示意图。图中：

1.滚压轮；2.密封盖；3.轴承；5.活塞杆；4.轴颈；6.移动刀杆；7.刀座；14.机轮轴承孔表面。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种航空机轮轴承孔滚压具，包括滚压轮1、移动刀杆6、刀座7、活塞杆5和密封盖2。所述移动刀杆的杆身为矩形截面。移动刀杆一端端面中心有轴颈4，用于安装滚压轮1；该移动刀杆另一端有刀座安装孔，通过该刀座安装孔将该移动刀杆固定在刀座7上。活塞杆5位于所述的刀座内，并使该活塞杆的上端与移动刀杆6的杆身以轴孔配合的方式连接。密封盖2通过螺钉固定在所述刀座的下端面上。

所述滚压轮1背离刀杆一端的端面外缘处有环形凹槽，该环形凹槽的深度为0.5～1.2mm；通过该环形工艺凹槽减小滚压轮端面与轴承孔底面的接触面积。

所述滚压轮1背离刀杆端的端面有环形凹槽，该环形凹槽的深度为0.5～1.2mm；凹槽外口缘与滚压轮外圆周表面的圆弧顶点的距离La为4～5mm；凹槽内边缘与滚压轮1端面衔接，并使所述衔接位置与滚压轮外圆周表面中的斜面与滚压轮外圆周表面中的斜面与滚压轮端面衔接位置相对应。所述的环形凹槽用于减小滚压中该滚压轮端面与轴承孔底表面的接触面积，保证对轴承孔底根部有效滚压强化，又不致减小滚轮刚度。

本实施例中，所述环形凹槽的为深度1.0mm，该凹槽的槽底面与滚压轮的端面以斜面平滑过渡。所述凹槽外口缘距离滚压轮外圆周表面的圆弧顶点的距离La为4mm；

所述的刀座7为外方内圆的矩形块体。在该刀座的上端有用于安装所述移动刀杆的插槽。所述刀座中部的内表面有径向的凸台，该凸台处的内径与所述活塞杆的外径间隙配合；该凸台的下端面形成了所述活塞杆轴向移动的定位面。在该刀座7下端面上均布有螺钉安装孔。所述凸台下端面至所述密封盖内端面之间的距离-所述活塞杆最大直径段的轴向长度＝活塞的行程。

所述活塞杆5的外圆周表面为阶梯面。其中位于活塞杆上端的外径与移动刀杆6上的活塞杆安装孔的孔径相同；该活塞杆下端的直径最大，与所述刀座7的内径相同，并使二者之间间隙配合；该活塞杆杆身的直径与所述刀座中部凸台处的内径相同，并使二者之间间隙配合。

所述密封盖2为方形。在该密封盖上表面的几何中心有轴向凸出的与刀座7内表面密封配合的堵塞；在该堵塞的外圆周表面有密封圈槽。所述堵塞表面中心有进油孔，该进油孔与所述位于密封盖上的液压油孔在密封盖内垂直相交；所述液压油孔的入口与液压系统连通；液压油通过所述液压油孔的入口P进入堵塞内，进而进入刀座7的活塞腔内，对所述活塞杆5产生作用力。

实施例2

一种使用实施例1提出的航空机轮轴承孔滚压具对航空机轮轴承孔滚压强化方法，包括：

步骤1、装夹滚压具。将滚压具刀座安装在车床方刀架上，用螺钉、压板夹持紧固，使滚压轮伸进机轮轴承孔后不会出现机轮轴承孔端面碰撞方刀架夹持的刀座，机轮轴承孔端面离开刀座外侧面有25mm以上的安全距离。

滚压前轴承孔的直径不能加工到位，留有0.03-0.08mm的滚压余量。

步骤2、滚压。将滚压轮中心线水平对正机轮轴承孔中心线；开动机床让安装在车床主轴上的机轮转动。通过操纵托板将滚压轮压向机轮轴承孔表面，滚压轮接触机轮轴承孔14表面后，接通液压管路，使液压力在3-5s平稳上升到所需的滚压力；通过滚压轮向机轮轴承孔孔口处径向加压；匀速纵向进刀，当滚压轮走刀到机轮轴承孔底时，操纵托板纵向进给施加纵向加压力并保持25～35s该压力，对机轮轴承孔底台面加压。加压结束后，匀速横向退出滚压轮，解除液压力。完成第一次滚压。

滚压中采用机油或机油与煤油混合液对滚压轮和滚压面润滑冷却。

滚压时车床主轴的转速为35～90转/min，滚压余量为：0.03～0.08mm，走刀速度为15～25mm/min。

所述的滚压力为210-300kg。

滚压后，要求该轴承孔表面粗糙度为Ra 0.2μm；硬化层深度为0.5-1.5mm；机轮轴承孔尺寸符合图样要求。滚压后表面粗糙度，硬化层深度以及机轮轴承孔尺寸。若达不到滚压要求，重复所述第一次滚压过程，直至达到要求。

Claims (6)

1.一种液压加压的航空机轮轴承孔滚压具，其特征在于，包括滚压轮、移动刀杆、刀座、活塞杆和密封盖；所述移动刀杆一端端面中心有用于安装滚压轮的轴颈；该移动刀杆另一端安装在刀座的上端面；活塞杆位于所述的刀座内，并使该活塞杆与移动刀杆的杆身插接配合；密封盖固定在所述刀座的下端面上，在该密封盖上开有液压油孔；所述滚压轮背离刀杆一端的端面外缘处有环形凹槽；所述滚压轮的外圆周表面由弧面和斜面组成；

所述环形凹槽的深度为0.5～1.2mm，并且该环形凹槽的槽底面与滚压轮的端面以斜面平滑过渡；该环形凹槽外边缘距离滚压轮外圆周表面的圆弧顶点的距离La为4～5mm；

所述滚压轮的外圆周表面的弧面与待滚压强化的表面接触，为实施滚压强化的工作面；该工作面中的圆弧半径与待滚压强化的机轮轴承孔根部过渡半径一致，或小于待滚压强化的机轮轴承孔根部过渡半径；当所述工作面中的圆弧半径小于待滚压强化的机轮轴承孔根部过渡半径时，机轮轴承孔根部过渡半径与工作面中的圆弧半径的差≤0.05mm。

2.如权利要求1所述液压加压的航空机轮轴承孔滚压具，其特征在于，所述刀座的上端有用于安装所述移动刀杆的插槽；所述刀座中部的内表面有径向的凸台，该凸台处的内径与所述活塞杆的外径间隙配合；该凸台的下端面形成了所述活塞杆轴向移动的定位面；该凸台下端面至所述密封盖内端面之间的距离-所述活塞杆最大直径段的轴向长度＝活塞的行程。

3.如权利要求1所述液压加压的航空机轮轴承孔滚压具，其特征在于，所述活塞杆的外圆周表面为阶梯面；其中位于活塞杆上端的外径与移动刀杆上的活塞杆安装孔的孔径相同；该活塞杆下端的直径最大，与所述刀座的内径相同，并使二者之间间隙配合；该活塞杆杆身的直径与所述刀座中部凸台处的内径相同，并使二者之间间隙配合。

4.如权利要求1所述液压加压的航空机轮轴承孔滚压具，其特征在于，所述密封盖上表面的几何中心有与刀座内表面密封配合的堵塞；所述堵塞表面中心有进油孔，该进油孔与所述位于密封盖上的液压油孔在密封盖内垂直相交；所述液压油孔的入口与液压系统连通；液压油通过所述液压油孔的入口P进入堵塞内，进而进入刀座的活塞腔内，对所述活塞杆产生作用力。

5.一种利用权利要求1所述液压加压的航空机轮轴承孔滚压具进行滚压的方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1、装夹滚压具；将滚压具刀座固定安装在车床方刀架上，并使机轮轴承孔端面离开刀座外侧面有25mm以上的安全距离；

步骤2、滚压；将滚压轮中心线水平对正机轮轴承孔中心线；开动车床通过操纵托板将滚压轮压向机轮轴承孔表面，滚压轮接触机轮轴承孔表面后，接通液压管路，使液压力在3-5s平稳上升到所需的滚压力；通过滚压轮向机轮轴承孔孔口处径向加压；匀速纵向进刀，当滚压轮走刀到机轮轴承孔底时，操纵托板纵向进给施加纵向加压力并保持25～35s该压力，对机轮轴承孔底台面加压；加压结束后，匀速横向退出滚压轮，解除液压力；完成第一次滚压；

检测轴承孔表面粗糙度和硬化层深度，若满足要求，结束对该机轮轴承孔的滚压；

若不满足要求，则重复所述第一次滚压过程，直至机轮轴承孔表面粗糙度和硬化层深度满足要求，结束；

滚压时车床主轴的转速为35～90转/min，滚压余量为：0.03～0.08mm，走刀速度为15～25mm/min；

所述的滚压力为210-300kg；

滚压前所述机轮轴承孔的直径留有0.03-0.08mm的滚压余量。

6.如权利要求5所述利用液压加压的航空机轮轴承孔滚压具进行滚压的方法，其特征在于，所述的轴承孔表面粗糙度为Ra 0.2μm；硬化层深度为0.5-1.5mm。

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