CN115165265A - 一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台 - Google Patents

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李维宇
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Abstract

本发明公开了一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，包括Z向升降机构、X向平移机构、Y向平移机构和旋转机构，所述Z向升降机构包括四个固定于地基面的方管立柱，方管立柱的导轨二上套设有滑块二，滑块二之间固定有液压缸顶板，所述地基面上安装有蜗轮蜗杆减速电机二。本发明能够实现轮胎正向，侧向，垂向和扭转加载，满足航空轮胎动力学试验加载与测试需求，四个自由度的运动都是采用蜗轮蜗杆来控制和调节，具有自锁性，同时保证输出为低速大扭矩，保证飞机轮胎试验台的大负载运行；采用双排双链轮链条机构和导轨滑块机构，使得传动方式加工简便，下支撑架采用倒三角的方管框架形式，既保证了强度，同时可以节省材料和减震功能。

Description

一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台
技术领域
本发明涉及飞机轮胎领域，具体为一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台。
背景技术
国内航空轮胎力学研究开展较晚，吉林大学郭孔辉在轮胎张线理论的基础上建立了联合轮胎模型，可以分析轮胎的侧偏、侧倾的力学特性，这是一种半物理半经验的力学模型，在汽车轮胎的分析中得到很好的应用，由于汽车与飞机起落架的研究方向的区别，该模型没有做侧向刚度方面的研究，所以没有应用于起落架动力学分析中。此外郭孔辉团队还建立了轮胎侧偏刚度试验台，但该试验台载荷较小，且只能测试滚转轮胎准静态的侧偏特性，不能满足飞机轮胎动态性能测试需求。轮胎在不同滚动速度、不同摆动频率下的扭转刚度会表现出较大的差异，但当轮胎达到一定高速度后，扭转刚度随速度变化较小；不滚动轮胎的扭转刚度与滚动轮胎的扭转刚度相差很大，因此，在测试轮胎扭转刚度试验中，如何使轮胎处于不同的运动状态是目前飞机轮胎动态性能测试要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，机械化程度高，能够实现轮胎正向，侧向，垂向和扭转加载，满足航空轮胎动力学试验加载与测试需求，解决了试验台载荷较小，且只能测试滚转轮胎准静态的侧偏特性，不能满足飞机轮胎动态性能测试需求的问题，保证试验的准确性。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，包括：
Z向升降机构，所述Z向升降机构包括四个固定于地基面的方管立柱，方管立柱的导轨二上套设有滑块二，滑块二之间固定有液压缸顶板，所述地基面上安装有蜗轮蜗杆减速电机二，蜗轮蜗杆减速电机二的双轴端通过两个Z向传动轴一连接蜗轮蜗杆减速机，蜗轮蜗杆减速机输出端的Z向传动轴二通过联轴器连接顶升缸一，顶升缸一的顶端与所述液压缸顶板连接；
X向平移机构，所述X向平移机构包括上支撑架和安装于所述液压缸顶板上的下支撑架，上支撑架的顶部设有模拟地面，下支撑架顶部的滑块一与所述上支撑架底部的导轨一套接，下支撑架两端的X向传动轴上均设从动链轮，从动链轮之间设有双排传动链条一，双排传动链条上的链条固定块与所述上支撑架的底面固定，其中一个X向传动轴上的主动链轮通过双排传动链条二与下支撑架上蜗轮蜗杆减速电机一的主动链轮连接；
Y向平移机构，所述Y向平移机构包括固定于方管立柱顶部的上顶板，上顶板的底部设有导轨三和蜗轮蜗杆减速电机三，导轨三上套设有滑块三，滑块三上固定有轮胎负载支撑板，蜗轮蜗杆减速电机三的输出轴通过联轴器连接上顶板底部顶升缸二的输入轴，顶升缸二的输出轴连接有Y向推板，Y向推板与所述轮胎负载支撑板固定；
旋转机构，所述旋转机构包括安装于所述轮胎负载支撑板底部的蜗轮蜗杆减速电机四和驱动回转支撑，蜗轮蜗杆减速电机四的输出轴与驱动回转支撑的输入端连接，驱动回转支撑的转盘上固定有轮胎支架，轮胎支架的底端可转动安装有待测轮胎。
进一步限定，每个方管立柱上导轨二的数量均为两个且分别位于方管立柱的相邻两个面上，每个滑块上均固定有L型板，所述液压缸顶板架设于L型板上且通过螺栓连接。
进一步限定，所述驱动回转支撑的转盘侧面固定有转盘轴承固定件，所述轮胎支架固定于所述转盘轴承固定件上，所述待测轮胎安装于轮胎支架的转轴上且通过圆螺母和固定凸台限位，待测轮胎的顶点位于转盘的轴线上。
进一步限定，所述下支撑架的两端均设置有轴承支座，所述X向传动轴与轴承支座上的轴承座连接。
进一步限定，所述导轨一和导轨三的尾端均设有限位块。
进一步限定，所述下支撑架包括上框架和下框架，上框架和下框架之间焊接首尾相连的加固方管，相邻两个加固方管与上框架或下框架之间构成三角形结构。
进一步限定，所述下支撑架上表面设有滑块垫板，所述滑块一固定于滑块垫板的上表面。
本发明具备以下有益效果：本发明能够实现轮胎正向，侧向，垂向和扭转加载，满足航空轮胎动力学试验加载与测试需求，四个自由度的运动都是采用蜗轮蜗杆来控制和调节，具有自锁性，同时保证输出为低速大扭矩，保证飞机轮胎试验台的大负载运行；采用双排双链轮链条机构和导轨滑块机构，使得传动方式加工简便，下支撑架采用倒三角的方管框架形式，既保证了强度，同时可以节省材料和减震功能。
附图说明
图1为本发明轴测图；
图2为本发明X向平移机构的俯视图；
图3为本发明侧向视图；
图4为Z向升降机构的俯视图；
图5为旋转机构仰视图。
图中：1、上顶板；2、方管立柱；3、导轨二；4、滑块二；5、L型板；6、地基面；7、蜗轮蜗杆减速机；8、Z向传动轴一；9、联轴器；10、蜗轮蜗杆减速电机二；11、顶升缸一；12、下支撑架；13、轴承支座；14、轴承座；15、限位块；16、滑块一；17、导轨一；18、上支撑架；19、模拟地面；20、主动链轮；21、轴套一；22、X向传动轴；23、轴套二；24、轴套三；25、双排传动链条一；26、链条固定块；27、蜗轮蜗杆减速电机一；28、双排传动链条二；29、轴端端盖；30、工字形支撑杠；31、从动链轮；32、圆螺母；33、固定凸台；34、待测轮胎；35、轮胎支架；36、蜗轮蜗杆减速电机四；37、转盘轴承固定件；38、轮胎负载支撑板；39、驱动回转支撑；40、滑块三；41、导轨三；42、顶升缸固定支架；43、Y向推板；44、底部电机座；45、Z向传动轴二；46、液压缸顶板；47、滑块垫板；48、蜗轮蜗杆减速电机三；49、侧向固定板；50、顶升缸二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，由如下结构组成：
Z向升降机构，如图1、3、4，所述Z向升降机构包括四个固定于地基面6的方管立柱2，每个方管立柱2上均竖向设有两个导轨二3，且分别位于方管立柱2的相邻两个面上，方管立柱2的导轨二3上套设有滑块二4，每个滑块上均固定有L型板5，所述液压缸顶板46架设于L型板5上且通过螺栓连接，保证液压缸顶板46沿着Z方向的运动，且能够承受在轮胎不同负载状态下液压缸顶板46受到的X方向和Y方向的受力，所述地基面6上通过底部电机座44安装有蜗轮蜗杆减速电机二10，保证蜗轮蜗杆减速机7的轴和蜗轮蜗杆减速电机二10的轴在同一个高度，单输入双输出的蜗轮蜗杆减速电机二10的双轴端通过两个Z向传动轴一8连接蜗轮蜗杆减速机7，蜗轮蜗杆减速机7输出端的Z向传动轴二45通过联轴器9连接顶升缸一11，顶升缸一11的顶端与所述液压缸顶板46连接，联轴器9将蜗轮蜗杆减速机7的输出轴和顶升缸一11的一端输入轴配合在一起，四个顶升缸一11四角放置，四个顶升缸一11的顶端法兰面和液压缸顶板46的底面固接在一起，保证液压缸顶板46的底部受力均匀，联轴器9和Z向传动轴二45将两个顶升缸一11的一个输出轴配合在一起，使其能够同步转动。
控制器控制蜗轮蜗杆减速电机二10转动，蜗轮蜗杆减速电机二10通过联轴器9，Z向传动轴一8和Z向传动轴二45，同时带动两个蜗轮蜗杆减速器和4个顶升缸一11转动，4个顶升缸一11的法兰面带动液压缸顶板46升降，固定在方管立柱2上的8个导轨二3和8个滑块二4通过8个L型板5与液压缸顶板46安装，保证液压缸顶板46沿着Z方向的运动，且能够承受在轮胎不同负载状态下液压缸顶板46受到的X方向和Y方向的受力；
X向平移机构，如图1和2，所述X向平移机构包括上支撑架18和安装于所述液压缸顶板46上的下支撑架12，所述下支撑架12包括上框架和下框架，上框架和下框架之间焊接首尾相连的加固方管，相邻两个加固方管与上框架或下框架之间构成三角形结构，下支撑架12采用倒三角的方管框架形式，既保证了强度，同时可以节省材料和具有减震功能，上支撑架18的顶部设有模拟地面19，下支撑架12顶部的滑块一16与所述上支撑架18底部的导轨一17套接，导轨一17分为两排，导轨一17的尾端设置限位块15实现限位，所述下支撑架12上表面设有滑块垫板47，所述滑块一16固定于滑块垫板47的上表面，滑块一16为十个，且五个为一组与导轨一17配合，保证上支撑架18沿着X方向的运动，所述下支撑架12的两端均设置有轴承支座13，轴承支座13的轴承座14上安装有X向传动轴22，X向传动轴22上通过轴套一21、轴套二23和轴套三24安装从动链轮31，从动链轮31之间设有双排传动链条一25，双排传动链条上的链条固定块26与所述上支撑架18的底面固定，下支撑架12上通过工字形支撑杠30安装蜗轮蜗杆减速电机一27，蜗轮蜗杆减速电机一27的端部设置主动链轮20一且通过轴端端盖29限位，该主动链轮20一与其中一个X向传动轴22上的主动链轮20通过双排传动链条二28连接；
Y向平移机构，如图1、3和5，所述Y向平移机构包括固定于方管立柱2顶部的上顶板1，上顶板1的底部通过顶升缸固定支架42安装蜗轮蜗杆减速电机三48，导轨三41通过侧向固定板49固定在上顶板1上，导轨三41两端设置限位块15用于限位，每个导轨三41上均套设有滑块三40，滑块三40上固定有轮胎负载支撑板38，导轨三41和40滑块三40配合保证轮胎负载支撑板38沿着Y方向运动，蜗轮蜗杆减速电机三48的输出轴通过联轴器9连接上顶板1底部顶升缸二50的输入轴，顶升缸二50的输出轴连接有Y向推板43，Y向推板43与所述轮胎负载支撑板38固定；
旋转机构，如图1、3和5，所述旋转机构包括安装于所述轮胎负载支撑板38底部的蜗轮蜗杆减速电机四36和驱动回转支撑39，蜗轮蜗杆减速电机四36的输出轴与驱动回转支撑39的输入端连接，驱动回转支撑39的转盘侧面固定有转盘轴承固定件37，转盘轴承固定件37上固定有轮胎支架35，所述待测轮胎34安装于轮胎支架35的转轴上且通过圆螺母32和固定凸台33限位，待测轮胎34的顶点位于转盘的轴线上。
本申请的具体工作过程如下：
根据飞机待测轮胎34受力负载的实际情况：
一、飞机轮胎只受到垂向加载，和X向移动时：
控制器控制蜗轮蜗杆减速电机二10转动垂向加载，蜗轮蜗杆减速电机二10通过联轴器9，Z向传动轴一8和Z向传动轴二45，同时带动两个蜗轮蜗杆减速器和4个顶升缸一11转动，4个顶升缸一11的法兰面带动液压缸顶板46升降，固定在方管立柱2上的8个导轨二3和8个滑块二4通过8个L型板5与液压缸顶板46，保证液压缸顶板46沿着Z方向的运动，且能够承受在待测轮胎34不同负载状态下液压缸顶板46受到的X方向和Y方向的受力。
控制器控制蜗轮蜗杆减速电机一27转动带动上支撑架18和模拟地面19沿着X方向运动，蜗轮蜗杆减速电机一27通过主动链轮20的链轮链条机构带动X向传动轴22转动，轴端端盖29起到主动链轮20的轴端固定，X向传动轴22带动从动链轮31所在的链轮链条机构转动，轴承座14位于链轮链条的两端，与轴套一21、轴套二23、轴套三24对链轮链条起到轴端固定的作用，双排链条二上的链条固定块26带动上支撑架18X向的平移运动，一对导轨一17固定在上支撑架18上，10个滑块对称放置，一面五个，通过滑块垫板47固定在液压缸顶板46上，与一对导轨一17配合，保证上支撑架18沿着X方向的运动。
二、飞机轮胎受到垂向，侧向，扭转加载，和X向移动时：
控制器控制蜗轮蜗杆减速电机二10转动垂向加载，蜗轮蜗杆减速电机二10通过联轴器9，Z向传动轴一8和Z向传动轴二45，同时带动两个蜗轮蜗杆减速器和4个顶升缸一11转动，4个顶升缸一11的法兰面带动液压缸顶板46升降，固定在方管立柱2上的8个导轨二3和8个滑块二4机构通过8个L型板5与液压缸顶板46，保证液压缸顶板46沿着Z方向的运动，且能够承受在待侧轮胎不同负载状态下液压缸顶板46受到的X方向和Y方向的受力。
控制器控制蜗轮蜗杆减速电机四36扭转加载，蜗轮蜗杆减速电机四36带动驱动转盘轴承转动，转盘轴承固定件37、轮胎支架35、待测轮胎34、固定凸台33和圆螺母32随着驱动回转支撑39一起转动。
控制器控制蜗轮蜗杆减速电机三48侧向加载，蜗轮蜗杆减速电机三48通过联轴器9带动两个顶升缸二50的输出轴上升，顶升缸二50的法兰面顶着Y向推板43和轮胎负载支撑板38实现Y向的平移运动，导轨三41通过侧向固定板49固定在上顶板1上，滑块三40固定在轮胎负载支撑板38上，导轨三41和滑块三40配合保证轮胎负载支撑板38沿着Y方向运动。
控制器控制蜗轮蜗杆减速电机一27转动带动上支撑架18和模拟地面19沿着X方向运动，蜗轮蜗杆减速电机一27通过主动链轮20的链轮链条机构带动X向传动轴22转动，轴端端盖29起到主动链轮20的轴端固定，X向传动轴22带动从动链轮31所在的链轮链条机构转动，双排链条二上的链条固定块26带动上支撑架18X向的平移运动，一对导轨一17固定在上支撑架18上，个滑块对称放置，一面五个，通过滑块垫板47固定在液压缸顶板46上，与一对导轨一17配合，保证上支撑架18沿着X方向的运动。
本发明能够实现待测轮胎34正向，侧向，垂向和扭转加载，满足航空轮胎动力学试验加载与测试需求，四个自由度的运动都是采用蜗轮蜗杆来控制和调节，具有自锁性，同时保证输出为低速大扭矩，保证飞机轮胎试验台的大负载运行。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，其特征在于，包括：
Z向升降机构，所述Z向升降机构包括四个固定于地基面的方管立柱，方管立柱的导轨二上套设有滑块二，滑块二之间固定有液压缸顶板，所述地基面上安装有蜗轮蜗杆减速电机二，蜗轮蜗杆减速电机二的双轴端通过两个Z向传动轴一连接蜗轮蜗杆减速机，蜗轮蜗杆减速机输出端的Z向传动轴二通过联轴器连接顶升缸一，顶升缸一的顶端与所述液压缸顶板连接；
X向平移机构，所述X向平移机构包括上支撑架和安装于所述液压缸顶板上的下支撑架，上支撑架的顶部设有模拟地面，下支撑架顶部的滑块一与所述上支撑架底部的导轨一套接，下支撑架两端的X向传动轴上均设从动链轮，从动链轮之间设有双排传动链条一，双排传动链条上的链条固定块与所述上支撑架的底面固定，其中一个X向传动轴上的主动链轮通过双排传动链条二与下支撑架上蜗轮蜗杆减速电机一的主动链轮连接；
Y向平移机构，所述Y向平移机构包括固定于方管立柱顶部的上顶板，上顶板的底部设有导轨三和蜗轮蜗杆减速电机三，导轨三上套设有滑块三，滑块三上固定有轮胎负载支撑板，蜗轮蜗杆减速电机三的输出轴通过联轴器连接上顶板底部顶升缸二的输入轴，顶升缸二的输出轴连接有Y向推板，Y向推板与所述轮胎负载支撑板固定；
旋转机构，所述旋转机构包括安装于所述轮胎负载支撑板底部的蜗轮蜗杆减速电机四和驱动回转支撑，蜗轮蜗杆减速电机四的输出轴与驱动回转支撑的输入端连接，驱动回转支撑的转盘上固定有轮胎支架，轮胎支架的底端可转动安装有待测轮胎。
2.根据权利要求1所述的一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，其特征在于：每个方管立柱上导轨二的数量均为两个且分别位于方管立柱的相邻两个面上，每个滑块上均固定有L型板，所述液压缸顶板架设于L型板上且通过螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，其特征在于：所述驱动回转支撑的转盘侧面固定有转盘轴承固定件，所述轮胎支架固定于所述转盘轴承固定件上，所述待测轮胎安装于轮胎支架的转轴上且通过圆螺母和固定凸台限位，待测轮胎的顶点位于转盘的轴线上。
4.根据权利要求3所述的一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，其特征在于：所述下支撑架的两端均设置有轴承支座，所述X向传动轴与轴承支座上的轴承座连接。
5.根据权利要求4所述的一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，其特征在于：所述导轨一和导轨三的尾端均设有限位块。
6.根据权利要求5所述的一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，其特征在于：所述下支撑架包括上框架和下框架，上框架和下框架之间焊接首尾相连的加固方管，相邻两个加固方管与上框架或下框架之间构成三角形结构。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种四自由度的飞机轮胎刚度试验台，其特征在于：所述下支撑架上表面设有滑块垫板，所述滑块一固定于滑块垫板的上表面。
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