CN112213101B - 一种直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，包括试验件安装系统、液压加载系统和摆角控制系统，其中，试验件安装系统用于实现摆动轴承试验件的模拟安装，液压加载系统用于对摆动轴承试验件进行加载，摆角控制系统用于驱动试验件进行摆动运动；摆动轴承试验件包括三角臂，三角臂通过第一垫圈、直衬套和凸肩衬套实现安装；液压加载系统中设置有多自由度的叉形件，叉形件通过摇臂传递驱动力；摆角控制系统中设置有驱动盘，叉形件连接在驱动盘上，使在液压加载系统在随摆角控制系统摆动的过程中保持对试验件的加载。本发明克服了现有的试验台所存在的不能真实模拟实际工况以及不能全面考核摆动轴承各磨损面磨损情况的问题。

Description

一种直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台

技术领域

本发明涉及试验台设计领域，具体涉及一种直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台。

背景技术

自动倾斜器大多采用环式球铰结构形式，主要由旋转环不旋转环组件、扭力臂组件、防扭臂组件和变距拉杆组件等组成，主要功能是传递来自操纵舵机的操纵指令，实现旋翼系统的总距和周期变距操纵。

扭力臂和防扭臂组件是直升机自动倾斜器中的两个关键部件，扭力臂组件两端分别连接旋转环和旋翼主轴以确保动环与主轴同步旋转，防扭臂组件两端分别连接不旋转环和主减速器壳体以防止不动环随动环转动。两个部件的结构相同均由方形臂、三角臂和相应安装在主减速器壳体或旋翼主轴上的支座连接。直升机在不同的周期操纵情况下，自动倾斜器旋转环不旋转环组件绕球铰倾转的方位和角度是不同的，由于扭力臂和防扭臂组件的一端与旋转环不旋转环组件相连接，因此扭力臂和防扭臂组件中的方形臂与三角臂、方形臂与支座之间的角度也会随之发生变化，尤其扭力臂与旋转环随旋翼主轴高速运转，即使在同一周期变距下，扭力臂组件各运动关节之间同样会存在高速的周期性摆动。在各关节摆动运动的同时，扭力臂和防扭臂组件在工作中还要承受来自变距拉杆沿旋转环或阻力器沿不旋转环的周向不平衡力。不平衡力为交变疲劳载荷，随直升机的飞行状态和飞行环境不断变化。

扭力臂/防扭臂组件的运动关节有三处。一处是与旋转环或不旋转环的连接处，一般采用带轴承座的关节轴承，另外两处为方形臂与支座、方形臂与三角臂之间，这两处一般选用相同的摆动轴承，目前比较常用的有金属滚子轴承、自润滑轴承和碳化钨轴承。相对于金属滚子轴承国内外直升机自润滑轴承和碳化钨轴承应用更加方泛，主要是因为这两种形式结构简单且轴承无须润滑，维护成本低。扭力臂防扭臂自润滑和碳化钨摆动轴承结构形式相同，方形臂与三角臂及连接螺栓的配合处有两套摆动轴承，摆动轴承由垫圈、直衬套和凸肩衬套组成，通过螺母的拧紧力矩将连接螺栓、垫圈、直衬套和三角臂固接到一起，工作时这些固接在一起的结构随三角臂一起相对于粘接于方形臂的凸肩衬套发生相对转动，发生磨损的部位为垫圈与凸肩衬套的配合面和直衬套与凸肩衬套的配合面。自润滑摆动轴承和碳化钨摆动轴承虽然结构形式相同但磨损机理不同，自润滑轴承磨损部位为粘贴到凸肩衬套内孔及凸肩端面上的PTFE材料编织而成自润滑衬垫，而碳化钨轴承是由碳化钨钴粉沫压制而成，具有高硬度、高强度、耐磨损的优点，碳化钨轴承本身就具有很强的耐磨损能力。

扭力臂防扭臂摆动轴承在直升机上实际工作过程中运动复杂，环境恶劣。直升机飞行谱中的飞行状态一般有一百多种，每一种飞行状态轴承的摆动的幅度及承受的载荷各不相同。扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台是用于考核扭力臂防扭臂摆动轴承的专用试验台，它的主要设计难点就是如何真实模拟摆动轴承在直升机上的实际工况。设计出能够模拟实际工况的试验台对于直升机自动倾斜器扭力臂防扭臂摆动轴承的研制具有重要意义。

现有的耐久性试验台设计有以下二处不足：

第一、未能模拟出扭力臂/防扭臂摆动轴承的实际运动及受载工况；

第二、不能同时考核出扭力臂/防扭臂摆动轴承各磨损面的磨损情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，用以克服现有的试验台所存在的不能真实模拟实际工况以及不能全面考核摆动轴承各磨损面磨损情况的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，包括试验件安装系统、液压加载系统和摆角控制系统，其中，试验件安装系统用于实现摆动轴承试验件的模拟安装，液压加载系统用于对摆动轴承试验件进行加载，摆角控制系统用于驱动摆动轴承试验件进行摆动运动；

所述摆动轴承试验件包括三角臂，三角臂通过第一垫圈、直衬套和凸肩衬套安装在方形臂模拟支座上；

所述液压加载系统中设置有多自由度的叉形件，叉形件通过摇臂传递驱动力；所述摆角控制系统中设置有驱动盘，叉形件连接在驱动盘上，使在液压加载系统在随摆角控制系统摆动的过程中保持对摆动轴承试验件的加载。

进一步地，所述验件安装系统中：

方形臂模拟支座上设置有一对固定耳，所述三角臂设置于所述一对固定耳之间，固定耳上对称开设有固定孔；在每一个固定孔中装配一个所述凸肩衬套，凸肩衬套的凸肩部位位于固定孔外部；每个凸肩衬套的内部装配一个直衬套，通过连接螺栓穿过两个直衬套和所述三角臂上的安装孔，并通过螺母紧固；其中，在连接螺栓的拧紧端与凸肩衬套之间、螺母与凸肩衬套之间均设置有第二垫圈、第一垫圈。

进一步地，所述液压加载系统包括安装支座、第一液压作动缸、叉形转接件、轴承安装支座、摇臂，其中：

第一液压作动缸的后端通过自润滑关节轴承安装在安装支座上，第一液压作动缸的活塞杆端部设置有连接件，连接件通过自润滑关节轴承与所述叉形转接件的叉耳相连接；叉形转接件的一侧设置有圆柱杆，圆柱杆穿过轴承安装支座上的自润滑轴承的装配孔并与所述摇臂连接；自润滑轴承可以实现叉形转接件的轴向滑动和周向转动。

进一步地，所述摇臂的一端通过连接螺栓固定在叉形转接件的圆柱杆端部，摇臂的另一端孔内安装有角接触轴承；

所述叉形件上设置有固定杆，固定杆一端穿过角接触轴承并用固定螺母与角接触轴承的内圈固接，叉形件的叉耳通过两个连接螺栓与摆角控制系统中第二液压作动缸活塞杆端端部上的驱动盘相连接，所述驱动盘与三角臂的上部连接。

进一步地，所述第一液压作动缸的活塞杆端部安装有力传感器，以实时采集第一液压作动缸活塞杆的输出力。

进一步地，所述摆角控制系统包括连接支座、第二液压作动缸，其中：

第二液压作动缸后端通过自润滑关节轴承安装在连接支座上，第二液压作动缸的活塞杆端部设置所述驱动盘，驱动盘通过自润滑关节轴承与试验件安装系统中的三角臂的上端相连接；驱动盘上开设有安装孔，用于和所述液压加载系统叉形件的叉耳连接。

进一步地，所述连接支座安装在调整垫块上，连接支座与调整垫块的总高度的设定确保第二液压作动缸后垂直于三角臂。

进一步地，在第二液压作动缸活塞杆端部装有位移传感器，通过位移传感器实时采集第二液压作动缸活塞杆的位移输出情况，该位移用于转化为三角臂的摆动角度；摆角控制系统通过控制第二液压作动缸的活塞杆位移可以实现对摆动轴承试验件摆动角度的实时控制。

进一步地，所述摇臂、三角臂设计为转动半径相同平行件，且两者转动轴线重合。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明的试验台很好的模拟了直升机扭力臂防扭臂摆动轴承的实际使用工况，解决了传统试验方法存在的不能真实模拟实际工况的和不能完面考核摆动轴承各磨损面磨损情况的缺点，通过该耐久性试验台能够对扭力臂防扭臂摆动轴承的可靠性及寿命进行更为精准的考核评价，从而节省了试验成本与时间，提高了试验考核的精准性。

附图说明

图1为本发明提出的直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台的结构示意图；

图2的(a)和(b)为本发明的试验台的试验件安装系统结构图；

图3为本发明的试验台的液压加载系统结构图；

图4为本发明的试验台的摆角控制系统结构图。

图中标号说明：1试验件安装系统，2液压加载系统，3摆角控制系统，4驱动盘，5叉形件，6三角臂，7连接螺栓，8方形臂模拟支座，9安装螺栓，10凸肩衬套，11第二垫圈，12直衬套，13第一垫圈，14安装支座，15第一液压作动缸，16力传感器，17叉形转接件，18自润滑轴承，19轴承安装支座，20连接螺栓，21角接触轴承，22固定螺母，23摇臂，24连接螺栓，25调整垫块26连接支座，27第二液压作动缸，28位移传感器。

具体实施方式

国内老型号直升机之前并未对扭力臂防扭臂摆动轴承进行耐久性试验考核，主要是通过结构借鉴和理论计算，来保证摆动轴承的可靠性和寿命。

随着扭力臂防扭臂碳化钨和自润滑等新结构的摆动轴承不断用于直升机扭力臂和防扭臂，对扭力臂防扭臂所用摆动轴承的认识有了更深了解，开始了这方面的研究。国内初始阶段设计试验台存在并不能完全模拟扭力臂防扭臂摆动轴承的真实工况的问题，试验台仅能考核垫圈与凸肩衬套之间的磨损，或仅能考核直衬套与凸肩衬套之间的磨损。另外摆动轴承的受力状态也未能模拟实际工况，摆动轴承各部件之间的受载状态主要为压载荷，方形臂两侧叉耳内的两套摆动轴承压力方向相反，相反的一对压力形成一个平衡旋转环对扭力臂(或不旋翼环对防扭臂)的力矩，因此摆动轴承之间的压力并不均匀分布的，而初始阶段的两种试验台则是平均分配正压力。

基于上述问题，本发明提出了一种直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，参见图1至图4，包括：试验件安装系统1、液压加载系统2和摆角控制系统3，其中，试验件安装系统1用于实现摆动轴承试验件的模拟安装，液压加载系统2用于对摆动轴承试验件进行加载，摆角控制系统3用于驱动摆动轴承试验件进行摆动运动；所述摆动轴承试验件包括三角臂6，三角臂6通过第一垫圈13、直衬套12和凸肩衬套10安装在方形臂模拟支座8上；所述液压加载系统2中设置有多自由度的叉形件5，叉形件5通过摇臂23传递驱动力；所述摆角控制系统3中设置有驱动盘4，叉形件5连接在驱动盘4上，使在液压加载系统2在随摆角控制系统3摆动的过程中保持对摆动轴承试验件的加载。

下面结合附图对本发明的具体实现方式作详细说明。

试验件安装系统1主要功能是实现摆动轴承试验件的模拟安装，如图2的(a)和(b)所示，摆动轴承试验件包括第一垫圈13、直衬套12和凸肩衬套10，而本方案的试验台则是用于考核垫圈13与直衬套12、第一垫圈13与凸肩衬套10、凸肩衬套10与直衬套12配合面之间的磨损情况。试验件安装系统的结构件则包括连接螺栓7、第二垫圈11、三角臂6和方形臂模拟支座8。

摆动轴承试验件及试验件安装系统各构件具体安装方式详见图2：

所述方形臂模拟支座8上设置有一对固定耳，所述三角臂6设置于所述一对固定耳之间，固定耳上对称开设有固定孔；在每一个固定孔中装配一个所述凸肩衬套10，凸肩衬套10的凸肩部位位于固定孔外部；每个凸肩衬套10的内部装配一个直衬套12，所述连接螺栓穿过两个直衬套12和所述三角臂6上的安装孔，并通过螺母紧固；其中，在连接螺栓7的拧紧端与凸肩衬套10之间、螺母与凸肩衬套之间均设置有第二垫圈11、第一垫圈13。

试验件安装系统1中，方形臂模拟支座8与三角臂6安装接口处模拟装机扭力臂防扭臂的安装接口，方形臂模拟支座8底部则通过四个安装螺栓9固接到试验台架上。

液压加载系统2主要功能是实现对摆动轴承试验件的加载，如图3所示，液压加载系统2包括安装支座14、第一液压作动缸15、叉形转接件17、轴承安装支座19、摇臂23和叉形件5，其中：

第一液压作动缸15的后端通过自润滑关节轴承安装在安装支座14上，第一液压作动缸15的活塞杆端部设置有连接件，连接件通过自润滑关节轴承与所述叉形转接件17的叉耳相连接；在所述活塞杆端部安装有力传感器16，通过此传感器16可以实时采集第一液压作动缸15活塞杆的输出力。叉形转接件17的一侧设置有圆柱杆，圆柱杆穿过轴承安装支座19上的自润滑轴承18的装配孔；其中，自润滑轴承18可以实现叉形转接件的轴向滑动和周向转动。摇臂23的一端通过连接螺栓24固定在叉形转接件17的圆柱杆端部，摇臂23的另一端孔内安装有角接触轴承21；所述叉形件5上设置有固定杆，固定杆一端穿过角接触轴承21并用固定螺母22与角接触轴承21的内圈固接，叉形件5的叉耳通过两个连接螺栓20与摆角控制系统中第二液压作动缸27活塞杆端端部上的驱动盘4相连接，所述驱动盘4与三角臂6的上部连接。

液压加载系统2通过控制第一液压作动缸15的油液压力可以实现对第一液压作动缸15输出力的控制。液压加载系统工作时，第一液压作动缸15的输出力(拉力或压力)传递路线为叉形转接件17、摇臂23、角接触轴承21、叉形件5，最终通过摆角控制系统和试验件安装系统传递到试验件上。

摆角控制系统3主要功能是实现摆动轴承试验件的摆动运动，如图4所示，包括调整垫块25、连接支座26、第二液压作动缸27，其具体安装方式为：

第二液压作动缸27后端通过自润滑关节轴承安装在连接支座26上，第二液压作动缸27的活塞杆端部设置驱动盘4，驱动盘4通过自润滑关节轴承29(尺寸模拟三角臂装机用的关节轴承)与试验件安装系统中的三角臂6的上端相连接；驱动盘4上开设有安装孔，用于和所述液压加载系统2叉形件5的叉耳连接；连接支座26安装在调整垫块25上，连接支座26与调整垫块25的总高度的设定确保第二液压作动缸27后垂直于三角臂6。另外，在第二液压作动缸27活塞杆端部装有位移传感器28，通过此位移传感器28可以实时采集第二液压作动缸27活塞杆的位移输出情况，该位移可转化为三角臂6的摆动角度。摆角控制系统3通过控制第二液压作动缸27的活塞杆位移可以实现对摆动轴承试验件摆动角度的实时控制。

该试验台通过两个连接螺栓20将第二液压作动缸27的活塞杆端的驱动盘4与叉形件5固接在一起，如图1所示，从而实现了液压加载系统和摆角控制系统的交联，但液压加载系统2中叉形件5和叉形转接件17不得不随摆角控制系统3的第二液压作动缸27活塞杆端摆动，液压加载系统3中的角接触轴承21、自润滑轴承18都是为了实现叉形件5和叉形转接件17周向摆动而设置，并且结构上将摇臂23、三角臂6设计为转动半径相同平行件，且两者转动轴线重合，以避免出现运动死点，这样的设计能够保证液压加载系统2在随摆角控制系统3摆动时，不影响对试验件的加载。

试验台工作时可以通过计算机的控制软件将直升机实际工作中每个飞行状态摆动轴承的摆角幅度和三角臂6处所受旋转环或不旋转环的载荷作为输出，通过对两个液压缸的控制施加到试验件上，来实现对摆动轴承更为精准的耐久性试验考核。

综上所述，本发明提供了一种全新的扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台的设计方案，该试验台可以实现对扭力臂防扭臂摆动轴承的在机上的安装接口、受载工况和摆动运动的精准模拟，能够同时考核出扭力臂防扭臂摆动轴承各磨损面的磨损情况。并且该试验台通过对方形臂模拟支座和三角臂等工装的适应性改进就可实现各种尺寸各种型式的扭力臂防扭臂摆动轴承的耐久性试验考核，具有普遍适用性。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，其特征在于，包括试验件安装系统(1)、液压加载系统(2)和摆角控制系统(3)，其中，试验件安装系统(1)用于实现摆动轴承试验件的模拟安装，液压加载系统(2)用于对摆动轴承试验件进行加载，摆角控制系统(3)用于驱动摆动轴承试验件进行摆动运动；

所述摆动轴承试验件包括三角臂(6)，三角臂(6)通过第一垫圈(13)、直衬套(12)和凸肩衬套(10)安装在方形臂模拟支座(8)上；所述液压加载系统(2)中设置有多自由度的叉形件(5)，叉形件(5)通过摇臂(23)传递驱动力；所述摆角控制系统(3)中设置有驱动盘(4)，叉形件(5)连接在驱动盘(4)上，使在液压加载系统(2)在随摆角控制系统(3)摆动的过程中保持对摆动轴承试验件的加载；

所述试验件安装系统包括连接螺栓(7)、第二垫圈(11)、三角臂(6)和方形臂模拟支座(8)，验件安装系统(1)中：

方形臂模拟支座(8)上设置有一对固定耳，所述三角臂(6)设置于所述一对固定耳之间，固定耳上对称开设有固定孔；在每一个固定孔中装配一个所述凸肩衬套(10)，凸肩衬套(10)的凸肩部位位于固定孔外部；每个凸肩衬套(10)的内部装配一个直衬套(12)，通过连接螺栓(7)穿过两个直衬套(12)和所述三角臂(6)上的安装孔，并通过螺母紧固；其中，在连接螺栓(7)的拧紧端与凸肩衬套(10)之间、螺母与凸肩衬套之间均设置有第二垫圈(11)、第一垫圈(13)；

所述液压加载系统(2)包括安装支座(14)、第一液压作动缸(15)、叉形转接件(17)、轴承安装支座(19)、摇臂(23)，其中：

第一液压作动缸(15)的后端通过自润滑关节轴承安装在安装支座(14)上，第一液压作动缸(15)的活塞杆端部设置有连接件，连接件通过自润滑关节轴承与所述叉形转接件(17)的叉耳相连接；叉形转接件(17)的一侧设置有圆柱杆，圆柱杆穿过轴承安装支座(19)上的自润滑轴承(18)的装配孔并与所述摇臂(23)连接；自润滑轴承(18)可以实现叉形转接件的轴向滑动和周向转动；

所述摆角控制系统(3)包括连接支座(26)、第二液压作动缸(27)，其中：

第二液压作动缸(27)后端通过自润滑关节轴承安装在连接支座(26)上，第二液压作动缸(27)的活塞杆端部设置所述驱动盘(4)，驱动盘(4)通过自润滑关节轴承(29)与试验件安装系统中的三角臂(6)的上端相连接；驱动盘(4)上开设有安装孔，用于和所述液压加载系统(2)叉形件(5)的叉耳连接。

2.根据权利要求1所述的直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，其特征在于，所述摇臂(23)的一端通过连接螺栓(24)固定在叉形转接件(17)的圆柱杆端部，摇臂(23)的另一端孔内安装有角接触轴承(21)；

所述叉形件(5)上设置有固定杆，固定杆一端穿过角接触轴承(21)并用固定螺母(22)与角接触轴承(21)的内圈固接，叉形件(5)的叉耳通过两个连接螺栓(20)与摆角控制系统中第二液压作动缸(27)活塞杆端端部上的驱动盘(4)相连接，所述驱动盘(4)与三角臂(6)的上部连接。

3.根据权利要求1所述的直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，其特征在于，所述第一液压作动缸(15)的活塞杆端部安装有力传感器(16)，以实时采集第一液压作动缸(15)活塞杆的输出力。

4.根据权利要求1所述的直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，其特征在于，所述连接支座(26)安装在调整垫块(25)上，连接支座(26)与调整垫块(25)的总高度的设定确保第二液压作动缸(27)后垂直于三角臂(6)。

5.根据权利要求1所述的直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，其特征在于，在第二液压作动缸(27)活塞杆端部装有位移传感器(28)，通过位移传感器(28)实时采集第二液压作动缸(27)活塞杆的位移输出情况，该位移用于转化为三角臂(6)的摆动角度；摆角控制系统(3)通过控制第二液压作动缸(27)的活塞杆位移可以实现对摆动轴承试验件摆动角度的实时控制。

6.根据权利要求1所述的直升机扭力臂防扭臂摆动轴承耐久性试验台，其特征在于，所述摇臂(23)、三角臂(6)设计为转动半径相同平行件，且两者转动轴线重合。

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