CN110182357B - 一种用于飞机操纵系统的防尘套及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于飞机操纵系统的防尘套,该防尘套呈碗状,采用夹布橡胶制成。该防尘套由等径段和变径段组成;所述等径段为防尘段,变径段为压缩段。所述压缩段的角度为50°,轴向长度为18~21mm,压缩段的壁厚为1mm。本发明防尘套性能稳定,反复压缩回位寿命达30000次以上,满足使用要求,克服了现有技术中存在的技术寿命低,老化速率快,防尘可靠性差的不足。
Description
技术领域
本发明涉及飞机刹车系统领域,具体是一种用于飞机操纵系统附件产品的防尘套及其设计方法。
背景技术
脚蹬机构是飞机电子防滑刹车系统中的一种操纵机构,通过脚蹬机构及其附带的传感器产品实现飞机的刹车操作。刹车用传感器与脚蹬进行铰接连接。工作时,驾驶员踩下脚蹬,脚蹬受到驾驶员给出的作用力,该作用力带动与脚蹬铰接的传感器运动,输出一个与位移成比例的电压信号。在这个操作过程中,由于传感器两端(固定端、活动端)中与脚踏板交联的活动端需随脚踏板的位移进行活动,驾驶员在动作过程中不可避免的会将一些细微的灰尘或细小颗粒等异物带入驾驶舱。而一般传感器活动端采用间隙配合式结构,活动端配合间隙很小,一旦有异物进入,极易造成传感器卡滞,引起产品工作失效。
脚蹬用刹车指令传感器在防尘设计方面一般不做特殊处理,通常只是通过减小活动端配合间隙的方式来防止异物进入;同时为了产品工作灵活,会适当在工作杆上涂抹适量润滑脂。这种方式在使用过程中一般不会存在问题,但仍存在一定的隐患。第一,采用在活塞上安装套筒8的方式,通过工作面配合间隙防尘。采用的套筒增加了刹车指令传感器体积和重量,不利于产品小型化、轻量化设计。第二、间隙配合并不能有效防止异物进入,造成产品卡滞。第三、间隙配合工作时需要润滑,而润滑脂在长时间使用后容易老化且容易吸附灰尘等异物,增大卡滞的风险。
在申请号为201710086646.X的发明创造中中,西安航空制动科技有限公司提出了一种指令传感器及其设计参数的确定方法,在该指令传感器中采用了皮碗状橡胶套防尘。但是该发明中并未对所采用的皮碗状橡胶套进行优化设计,使该皮碗状橡胶套依然存在防尘效果差、使用寿命短的缺陷。
发明内容
为克服现有技术中间隙配合不能有效防尘、易卡滞的不足,本发明提出一种用于飞机操纵系统的防尘套及其设计方法。
本发明提出的用于飞机操纵系统的防尘套用夹布橡胶制成,该夹布橡胶板需的使用温度为-55℃~85℃;该夹布橡胶板横向定伸强力为当该夹布橡胶板的伸长率为200%时,其拉力不大于50N;扯断力为3.5Mpa;硬度为70±5HA。
所述防尘套呈碗状,由等径段和变径段组成;所述等径段为防尘段,变径段为压缩段。所述压缩段的角度为50°,轴向长度为18~21mm,压缩段的壁厚为1mm。所述防尘段的内径略小于飞机刹车指令传感器上活塞的外径。
所述压缩段中部的圆周表面对称的分布有两个直径为0.8~1.5mm的气孔。
本发明提出的设计所述用于飞机操纵系统的防尘套的具体过程是:
步骤1、确定防尘套的材料:
选用夹布橡胶板作为制作防尘套的原料。所选用的制作防尘套材料满足以下要求:使用温度为-55℃~85℃;横向定伸强力为当该材料的伸长率为200%时,其拉力不大于50N;扯断力为3.5Mpa;硬度为70±5HA。
步骤2、确定防尘套的工作模式和使用要求:
所述防尘套的工作模式是反复进行压缩-恢复的循环过程;产品工作行程为32mm,防尘套的轴向长度尺寸为18~21mm。所述防尘套压缩行程大于防尘套自身的轴向长度。
所述防尘套压缩行程是以飞机刹车指令传感器活塞螺套的端面为基准面,当该防尘套压缩段向螺母一端压缩距离为0mm~18mm时,该压缩距离为防尘套的正行程;当该防尘套压缩段向螺母一端压缩为18mm~32mm时,该压缩距离为防尘套的负行程。
步骤3、确定防尘套的初始结构尺寸的筛选范围:
所述的结构尺寸包括防尘套压缩段的角度和以及防尘套壳体的壁厚。
确定防尘套压缩段角度的筛选范围:
设定防尘套压缩段任意角度作为初始角度进行仿真分析;通过调整压缩段的角度确定该压缩段角度的筛选范围为30°~70°。
确定防尘套壳体壁厚的筛选范围:
设定壳体壁厚的任意值作为初始值进行仿真分析;调整壳体的壁厚,确定为壳体壁厚的筛选范围为0.5~2.0mm。
步骤4、确定防尘套的初始结构尺寸:
加工一组防尘套试件,通过耐久性试验验证防尘套的初始结构尺寸。确定的压缩段的角度为50°、防尘套壳体壁厚为1mm。
所述耐久性试验是在温度为25℃下进行18000次循环,在低温-55℃下进行6000次循环,在高温85℃下进行6000次循环试验。循环试验的频率为7次/min。
步骤5、制作防尘套;
步骤6、耐久性试验验证:
对得到的防尘套进行耐久性试验验证。若该防尘套出现损伤,则重复所述步骤3和步骤4,继续进行防尘套结构尺寸的优化设计,直至得到的防尘套通过耐久性试验验证;完成对该防尘套的设计。
所述耐久性试验是在温度为25℃下进行18000次循环,在低温-55℃下进行6000次循环,在高温85℃下进行6000次循环试验。循环试验的频率为7次/min。
针对现有技术寿命低、老化速度快,采用橡胶制品作为防尘零件可靠性差,尤其是当防尘零件长期处于动态过程中时,其低寿命的缺陷尤为明显的不足,本发明提出了碗状结构的防尘套,该防尘套壳体的壁厚和压缩段角度通过仿真分析及试验验证,得到防尘套壳体壁厚为1mm、压缩段角度为50°的最优尺寸,在此尺寸下防尘套性能稳定,反复压缩回位寿命达30000次以上。满足使用要求。
附图说明
图1是现有技术中通过套筒防尘的示意图。
图2是本发明的主视图。
图3是图2的侧视图。
图4是保护套的主视图。
图5是本发明与飞机刹车系统的配合示意图。
1.螺母;2.防尘套;3.活塞;4.螺套;5.沉头螺钉;6.固定垫圈;7.保护套;8.套筒;9.气孔。
具体实施方式
本实例是一种用于某型飞机刹车系统的防尘套。
所述防尘套的外形呈碗状,采用夹布橡胶板制成。该夹布橡胶板需的使用温度为-55℃~85℃;该夹布橡胶板横向定伸强力为当该夹布橡胶板的伸长率为200%时,其拉力不大于50N;扯断力为3.5Mpa;硬度为70±5HA。
按功能将该防尘套分为等径的防尘段和变径的压缩段。
该防尘套的外圆表面为所述压缩段,该压缩段的角度为50°,轴向长度为18~21mm,压缩段的壁厚为1mm。在该压缩段的中部对称开有2个直径为0.8~1.5的气孔9。在所述压缩段大直径端端面外圆上有径向凸出的连接法兰,用于该防尘套固定在保护套7的端面上。本实施例中,防尘套的轴向长度为18mm。
在该防尘套底部中心有通孔,在该通孔孔口圆周上轴向凸出的环形的防尘段;所述防尘段的内径略小于飞机刹车指令传感器上活塞3的外径,当该防尘段套装在所述活塞上后,利用橡胶的收缩性使该防尘段紧箍在活塞杆上,从而实现产品防尘。
使用时,将防尘套收缩段端口的连接法兰与飞机刹车指令传感器活塞的螺套4之间涂抹JQ-1胶液粘接,并用固定垫圈6固定后通过沉头螺钉5固定。在螺母1与所述防尘套的防尘段之间套装保护套7,并使该保护套的小内径端套装在所述活塞3上,使该保护套的大内径端套装在所述螺母1上,以避免防尘套与钢制零件直接接触造成该防尘套的损伤。将防尘套的防尘段套装在活塞3杆上,并使该防尘套的端面与所述保护套的端面贴合。工作时防尘套反复进行压缩——恢复——压缩——恢复的耐久性工作循环过程,在该过程中通过自身的收缩紧箍在传感器活塞上,起到防尘作用。所述防尘套一个压缩——恢复的过程为一个耐久性工作循环。
本发明还提出了一种所述防尘套的设计方法,采用仿真分析及试验验证,获得防尘套。所述设计方法的具体过程是:
步骤1、确定制作防尘套的材料:
所述防尘套的材料需满足以下要求:脆性温度要求≤-55℃、拉伸强度要求≥5Mpa、拉断伸长率要求≥100%;适于-55℃~85℃下使用;耐湿热10天、耐霉菌28天和耐盐雾192小时的环境要求。
根据上述要求,对氟塑料、鉻植结合鞣黄牛密封革、工业弹性织布、橡胶材料进行分析。氟塑料、鉻植结合鞣黄牛密封革在产品动态时易损伤、破裂,且无法保证-55℃低温使用环境。工业弹性织布能够满足动态下脆性温度和拉伸强度要求,但不能满足耐“湿热10天、霉菌28天、盐雾192小时”的要求。橡胶材料能够满足零件的使用特性及耐“湿热10天、霉菌28天、盐雾192小时”环境要求,因此零件设计时选择橡胶材料。
根据使用要求,选用西北橡胶塑料研究设计院有限公司生产的夹布橡胶板作为制作防尘套的原料。所选用的制作防尘套材料满足以下要求:使用温度为-55℃~85℃;横向定伸强力为当该材料的伸长率为200%时,其拉力不大于50N;扯断力为3.5Mpa;硬度为70±5HA。
步骤2、分析防尘套的工作模式和使用要求:
所述防尘套的工作模式包括:反复进行压缩-恢复的循环过程;产品工作行程为32mm,因受制于空间尺寸,防尘套自身的轴向长度为18~21mm。要求防尘套压缩行程需大于防尘套自身的轴向长度。本实施例中,该防尘套自身的轴向长度18mm。
所述防尘套压缩行程是以飞机刹车指令传感器活塞螺套的端面为基准面,当该防尘套压缩段向螺母1一端压缩距离为0mm~18mm时,该压缩距离为防尘套的正行程;当该防尘套压缩段向螺母1一端压缩为18mm~32mm时,该压缩距离为防尘套的负行程,即该防尘套可以实现14mm的负行程。
防尘套需避免在随产品活塞压缩时产生气腔,导致防尘套无所正常压缩,出现“憋气”现象,故压缩段中部圆周上对称的设置两个直径为0.8~1.5的气孔9。
步骤3、确定防尘套的初始结构尺寸的筛选范围:
所述的结构尺寸包括压缩段角度和防尘套壳体的壁厚。使用航空专业软件CATIAV5R18中的Analysis Manager功能进行结构仿真摸底。创建防尘套三维模型,对模型进行实体网格划分,对模型进行结构受力分析。仿真参数设置:进行网格划分,其中globel size值设置为0.5mm;absolute sag值设置为0.5mm;proportional sag值设置为0.2。工作次数30000次。
确定防尘套压缩段角度的筛选范围:
设定防尘套压缩段的初始角度,并不断调整该压缩段的角度,进行仿真分析,直至得到防尘套压缩段的筛选角度。仿真分析结果表明:角度小于30°时,防尘套受力压缩时,角度越小受到自身的阻力值越大,会加速防尘套老化,不足以保证使用寿命。且安装使用时防尘套内壁会接触其它零件,造成干涉,影响使用寿命。角度大于70°时,防尘套受力压缩,当力释放后,恢复初始形状的能力不足,活动端面变形明显,影响产品外观及防尘效果。因此,初步确定防尘套压缩段筛选角度为30°~70°。
确定防尘套壳体壁厚的筛选范围:
设定防尘套压缩段任意角度作为初始角度进行仿真分析确定壳体的壁厚范围。仿真分析结果表明:壁厚小于0.5mm时,防尘套变形量增大,不可恢复,从端面开始会产生裂纹。壁厚大于2mm时,防尘套多次受力工作后,恢复初始形状的能力降低,影响产品外观及防尘效果。因此,初步确认防尘套壳体壁厚的筛选范围为0.5mm~2mm。
步骤4、确定防尘套的初始结构尺寸:
加工一组防尘套试件共计11件,通过耐久性试验验证防尘套的初始结构尺寸。将试件安装在测试试验台上分别进行试验验证。试验要求为:常温25℃下进行18000次循环、低温-55℃下进行6000次循环、高温85℃下进行6000次循环试验。试验时用电机驱动,进行防尘套耐久性试验,要求每分钟进行7次循环。试验结果见下表1。
表1不同尺寸下耐久性试验结果
根据以上试验结果,确定压缩段角度为50°、防尘套壳体壁厚为1mm。
步骤5、制作防尘套:
根据设计确定的结构和参数,采用常规的模压方法制作所述防尘套。得到压缩段角度为50°、压缩段壁厚为1mm的防尘套。
步骤6、试验验证:
对得到的防尘套进行耐久性试验验证。若该防尘套出现损伤,则重复所述步骤3和步骤4,继续进行防尘套结构尺寸的优化设计,直至得到的防尘套通过试验验证,完成对该防尘套的设计。
所述试验验证按照常温25℃下进行18000个工作循环、低温-55℃下进行6000个工作循环、高温85℃下进行6000个工作循环的顺序进行。
Claims (3)
1.一种用于飞机操纵系统的防尘套的设计方法,其特征在于,具体过程是:
步骤1、确定防尘套的材料:
选用夹布橡胶板作为制作防尘套的原料;所选用的制作防尘套材料满足以下要求:夹布橡胶板的使用温度为-55℃~85℃;横向定伸强力为当该材料的伸长率为200%时,其拉力不大于50N;扯断力为3.5Mpa;硬度为70±5HA。
步骤2、确定防尘套的工作模式和使用要求:
所述防尘套的工作模式是反复进行压缩-恢复的循环过程;产品工作行程为32mm,防尘套的轴向长度尺寸为18~21mm;所述防尘套压缩行程大于防尘套自身的轴向长度;
步骤3、确定防尘套的初始结构尺寸的筛选范围:
所述的结构尺寸包括防尘套压缩段的角度和以及防尘套壳体的壁厚;
确定防尘套压缩段角度的筛选范围:
设定防尘套压缩段任意角度作为初始角度进行仿真分析;通过调整压缩段的角度确定该压缩段角度的筛选范围为30°~70°;
确定防尘套壳体壁厚的筛选范围:
设定壳体壁厚的任意值作为初始值进行仿真分析;调整壳体的壁厚,确定壳体壁厚的筛选范围为0.5~2.0mm;
步骤4、确定防尘套的初始结构尺寸:
加工一组防尘套试件,通过耐久性试验验证防尘套的初始结构尺寸;确定的压缩段的角度为50°、防尘套壳体壁厚为1mm;
步骤5、制作防尘套;
步骤6、耐久性试验验证:
对得到的防尘套进行耐久性试验验证;若该防尘套出现损伤,则重复所述步骤3和步骤4,继续进行防尘套结构尺寸的优化设计,直至得到的防尘套通过耐久性试验验证;完成对该防尘套的设计;
其中,所述防尘套呈碗状,由等径段和变径段组成;所述等径段为防尘段,变径段为压缩段;所述压缩段的角度为50°,轴向长度为18~21mm,压缩段的壁厚为1mm;所述防尘段的内径略小于飞机刹车指令传感器上活塞的外径。
2.如权利要求1所述用于飞机操纵系统的防尘套的设计方法,其特征在于,所述耐久性试验是在温度为25℃下进行18000次循环,在低温-55℃下进行6000次循环,在高温85℃下进行6000次循环试验;循环试验的频率为7次/min。
3.如权利要求1所述用于飞机操纵系统的防尘套的设计方法,其特征在于,所述压缩段中部的圆周表面对称的分布有两个直径为0.8~1.5的气孔。
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Legal Events
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---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |