DE69920759T2

DE69920759T2 - Lastmessung

Info

Publication number: DE69920759T2
Application number: DE69920759T
Authority: DE
Inventors: William Edwin Filton Bristol O'BRIEN; Fraser Filton Bristol WILSON; Peter Gawthorpe
Original assignee: Airbus Operations Ltd
Current assignee: Airbus Operations Ltd
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: EP1147384B1; DE69920759D1; EP1147384A1; ES2224732T3; AU1878500A; GB9828475D0; JP2002533710A; CA2355838C; ATE278180T1; WO2000039542A1; CA2355838A1; US6273613B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Belastungsmessung und insbesondere auf eine Messung der Belastungen, denen ein Zapfenlager ausgesetzt ist. Insbesondere wird die Erfindung angewendet zur Messung der Bodenbelastungen, denen derartige Zapfenlager bei Flugzeugfahrwerken ausgesetzt sind.
Bei der Messung der Scherkräfte, die einem Zapfen eines Zapfenlagers aufgeprägt werden, ist es notwendig, einen Bereich des Zapfens zu ermitteln, der einer konstanten Scherbelastung ausgesetzt ist, damit dies unter Benutzung eines Dehnungsmessstreifens messbar wird, der auf den Zapfen angewandt wird.
Aus der US-A-4627341 ist es bekannt, einen derartigen Bereich konstanter aufgebrachter Scherkräfte im Zapfen dadurch zu ermitteln, dass ein Relief in dem Zapfen normalerweise auf seiner äußeren Lageroberfläche erzeugt wird. Das Relief umschreibt den Zapfen und hat eine Länge axial bezüglich des Zapfens, die ausreicht, um den Bereich konstanter aufgebrachter Scherkraft zu erzeugen, an dem ein Dehnungsmessstreifen oder mehrere Dehnungsmessstreifen angebracht werden können, und zwar normalerweise an einer inneren Oberfläche des Zapfens, um die Scherkraft zu messen.
Ein Nachteil des obigen Verfahrens besteht darin, dass der Zapfen durch die Bildung des Reliefs darauf geschwächt wird. Bei Anwendungen, wo ein Ausfall des Zapfens unter einer Last nicht toleriert werden kann, beispielsweise bei einem Flugzeug, ist infolgedessen eine Erhöhung der Wanddicke des Zapfens erforderlich. Eine solche Verdickung des Zapfens kann zu einer Lastrückverteilung durch das Zapfenlager infolge der erhöhten Steifheit des Zapfens führen. Es kann auch zu einer beträchtlichen Vergrößerung des Gewichts der Anordnung führen. Bei einem Flugzeugfahrwerk könnte eine solche Lastrückverteilung durch das Zapfenlager zu einer Diskrepanz im Verhalten zwischen einem fliegenden Testflugzeug, bei welchem die Lastprüfung mit dem ausgesparten Zapfenlager durchgeführt wurde und einem Produktionsflugzeug führen, das einen dünnwandigeren Zapfen benutzt. Dies kann zu Zweifeln bezüglich des Wertes der Qualifikation führen. Außerdem würden bei einem Flugzeugeinbau derartige verdickte Flugzeugtestzapfen eine Konstruktionsqualifizierung vor der Installation erfordern.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei Zapfen mit dickeren Wänden besteht die Praxis bei der Belastungsmessung von Flugzeugfahrwerken darin, Dehnungsmessstreifen an anderen Teilen des Fahrwerks anzubringen. In der Praxis ist es sehr schwierig, wenn nicht überhaupt unmöglich, Stellen für die Dehnungsmessstreifen zu finden, die auf Belastungen nur in einer einzigen Ebene ansprechen, trotz der Benutzung von strukturellen Analyse/Optimierungsversuchen. Infolgedessen muss die Belastung in der gewünschten Arbeitsebene von Belastungen entkoppelt werden, die in anderen Ebenen auftreten, und dies geschieht durch Benutzung von inversen Matrixtransformationen. Derartige Entkopplungsalgorithmen sind komplex in ihrer Erzeugung und können Gegenstand angehäufter Fehler sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die dem Stand der Technik anhaftenden Schwierigkeiten zu beseitigen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Messung der auf ein Zapfenlager ausgeübten Belastung, wobei das Zapfenlager wenigstens zwei Elemente aufweist, die benachbarte Lageroberflächen definieren, welche auf ersten und zweiten jeweiligen Bereichen der Lageroberfläche des Zapfens lagern, wobei die Belastung von einer benachbarten Lageroberfläche zu der anderen über den Zapfen übertragen wird und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: es wird eine axiale Länge des Zapfens geschaffen, die von den benachbarten Lageroberflächen nicht berührt wird und über der eine konstante Scherkraft gemessen wird; und es wird wenigstens ein Dehnungsmessstreifen an den Zapfen angelegt, um die Scherbelastung zu messen, die über den Zapfen über die axiale Länge durch die aufgebrachte Belastung übertragen wird und wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: es werden der erste und der zweite Bereich der Lageroberfläche auf dem Zapfen auf einer gemeinsamen Zapfenlageroberfläche definiert; es werden axial die benachbarten Elementlageroberflächen getrennt, die im Betrieb geeignet sind, die axiale Länge des Zapfens zu schaffen; es wird die Belastung aufgebracht und es wird die Belastung mit dem wenigstens einen Dehnungsmessstreifen gemessen.
Es kann daher ein genormter Zapfen entsprechend den normalen Flugzeugzertifikationsprozeduren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt werden, und es wird die Notwendigkeit der Benutzung eines Entkopplungsalgorithmus vermieden. Außerdem beruht die gegenwärtige Belastungs- und Ausgleichstechnologie für Flugzeugfahrwerke auf einer Trägerdurchbiegung, um die erforderlichen Daten zu erlangen. Eine derartige Trägerdurchbiegung für eine Radachse kann dazu führen, dass sich die Achslänge ändert, was beispielsweise zu Schwierigkeiten beim Verstauen des Getriebes führen kann. Die Benutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Radachse vermeidet jegliche Tendenz einer Achslängenänderung.
Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in einem Ersatz der Benutzung speziell ausgebildeter und entwickelter großer Belastungszellen bei großen Prüfausrüstungen liegen, die in der Herstellung sehr kostspielig sein können. Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung können einen kosteneffektiveren Weg zur Erlangung von Belastungsdaten weisen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Zapfenlagervorrichtung zur Messung der darauf ausgeübten Belastung, wobei die Vorrichtung einen Zapfen und wenigstens zwei Elemente aufweist, die benachbarte Lageroberflächen definieren, die auf erste und zweite jeweilige Bereiche der Lageroberfläche des Zapfens wirken, wobei die Belastung von einer der benachbarten Lageroberfläche auf die andere über die ersten und zweiten Bereiche der Lageroberfläche des Zapfens übertragen wird und der Zapfen wenigstens einen darauf angeordneten Dehnungsmessstreifen aufweist, um die auf den Zapfen ausgeübte Belastung zu messen, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die ersten und zweiten Bereiche der Lageroberfläche des Zapfens auf einer gemeinsamen Zapfenlageroberfläche definiert werden und dass die benachbarten Lageroberflächen axial bezüglich des Zapfens durch einen Abstand getrennt sind, der ausreicht, um eine axiale Länge des Zapfens zu schaffen, über der eine konstante Scherkraft durch den wenigstens einen Dehnungsmessstreifen gemessen werden kann.
Die Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zu einer erheblichen Verringerung der Vorlaufzeit bei der Entwicklung eines Flugzeugs und zu einer zweckmäßigeren Anordnung führen, weil der Zapfen gemäß der Erfindung als ein Element kalibriert werden kann und nicht in situ befindlich ist. Im Gegensatz dazu war es beim Stande der Technik erforderlich, das Fahrwerk einzustellen, während es im Flugzeug installiert war, wozu im Allgemeinen Kabel, Winden und Belastungszellen benutzt wurden.
Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt werden, um Belastungsdaten von im Betrieb befindlichen Flugzeugen zu erlangen, wo eine komplexe Eichung oder strukturelle Modifizierung für den Kunden nicht annehmbar ist.
Ein weiterer Vorteil der Vereinfachung der Erlangung von Belastungsdaten durch das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht darin, kostspielige Fehler oder komplexe Systeme und Verfahren zu vermeiden.
Wenn mehr als ein Dehnungsmessstreifen benutzt wird, kann durch Einstellung ihrer Orientierung eine Messung sowohl der Gesamtbelastung über dem Zapfen als auch ein Vektor erlangt werden, entlang welchem die Belastung wirkt.
Ein zweckmäßiges Mittel zur Erreichung einer gleichbleibenden Positionierung des wenigstens einen Dehnungsmessstreifens kann darin bestehen, Mittel vorzusehen, die eine Drehung des Zapfens verhindern.
Das Zapfenlager ist vorzugsweise eine Gabelkopfzahpfen-Anordnung, bei der eine zentrale Lageroberfläche auf einem Teil definiert ist und zwei Lageroberflächen, die der zentralen Lageroberfläche benachbart sind, auf einem zweiten Teil definiert werden.
Die Anordnung ist geeignet zur Benutzung bei einem Flugzeugfahrwerk, insbesondere zur Benutzung als Gelenkbolzen-Lageranordnung.
Die axiale Trennung der benachbarten Lageroberflächen kann auf Wunsch vergrößert oder verkleinert werden, vorausgesetzt, dass der Abstand der Trennung ausreicht, um eine Messung der Scherkräfte durchführen zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, kann eine der beiden benachbarten Lageroberflächen und/oder es können die Buchsen ausgespart werden.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ist ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Lageranordnung; und
2 ist ein Schnitt der Lageranordnung gemäß 1, geschnitten längs der Linie II-II gemäß 1.
Die Zeichnung zeigt einen Lagerzapfen 1, der eine Verbindung zwischen zwei Elementen oder Komponenten 2 und 3 bildet, die zusammen eine Gabelkopfanordnung bilden. Die Komponente 2 nimmt zwei Flanschbuchsen 4, 5 auf und die Komponente 3 nimmt eine glatte Buchse 6 auf. Der Lagerzapfen 1 trägt vier Dehnungsmessstreifen 7, 8, die auf einer inneren Oberfläche 9 hiervon angeordnet sind. Von diesen Dehnungsmessstreifen sind der Übersichtlichkeit wegen nur zwei dargestellt. Die Dehnungsmessstreifen 7, 8 liegen an Stellen des Lagerzapfens 1, um die Scherkraft über Bereichen 10, 11 des Lagerzapfens zu messen. Die Scherkraftbereiche 10, 11 werden durch axiale Trennung 12, 13 der Lageroberflächen 14, 15 bzw. 15, 16 der Flanschbuchse 4 und der Buchse 6 bzw. der Buchse 6 und der Flanschbuchse 5 geschaffen. Die Lageroberflächen 14, 15 und 16 der Buchsen lagern gegen eine gemeinsame Lageroberfläche 17 des Lagerzapfens 1.
Die axialen Trennungen 12, 13 der Buchsen 4, 5 und 5, 6 können vergrößert oder verkleinert werden, je nach der Größe der Ausnehmungen 18, 19, 20, 21, die in den Buchsen angebracht werden. Bei einem Flugzeugfahrwerk-Drehbolzenlager hat sich eine axiale Trennung von etwa 3 mm als zweckmäßig erwiesen, um annehmbare Ergebnisse zu erzielen. Es hat sich gezeigt, dass eine Vergrößerung der Trennung der Buchsen zu einer verbesserten Belastungsmessgenauigkeit führt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine axiale Zugspannung während des Belastungsversuchs an den Lagerzapfen 1 angelegt. Bei der anfänglichen Belastungsprüfung der Drehlageranordnung eines Fahrwerks durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Lagerzapfen 1 gemäß den Konstruktionsdimensionen hergestellt werden, aber aus einer Aluminiumlegierung als Ersatz für das Material, welches für die Produktion des Lagerzapfens Verwendung findet. Die bekannten Unterschiede der Materialeigenschaften zwischen der Aluminiumlegierung und dem Produktionsmaterial werden dann in die Berechnungen einbezogen, wenn die Scherkraft mit den Dehnungsmessstreifen gemessen wird.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung kann eine Flugüberprüfung eines Flugzeugs mit einer Lageranordnung gemäß der Erfindung durchgeführt werden unter Benutzung eines Lagerzapfens mit Normabmessungen anstatt der Benutzung einer Abwandlung mit dickerer Wand oder anstatt komplexe Entkopplungsalgorithmen, kombiniert mit detallierten Beanspruchungsanalysen, durchführen zu müssen, die den Dehnungsmessstreifen zugeordnet sind, die normalerweise erforderlich sind, wenn Prüfverfahren nach dem Stande der Technik durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Messung der Belastung eines Zapfenlagers, wobei das Zapfenlager wenigstens zwei Elemente (2, 3) aufweist, die benachbarte Lageroberflächen (14, 15 und 15, 16) definieren, die auf ersten bzw. zweiten Bereichen der Lageroberfläche des Zapfens ruhen, wobei die Belastung von einer benachbarten Lageroberfläche (14, 15) nach der anderen Lageroberfläche (15, 16) über den Zapfen erfolgt und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: es wird eine axiale Länge des Zapfens (12, 13) geschaffen, die durch die benachbarten Lageroberflächen, über denen eine konstante Scherkraft gemessen werden kann, nicht berührt werden und wenigstens ein Dehnungsmessstreifen (7, 8) auf dem Zapfen angebracht wird, um die Scherbelastung zu messen, die über den Zapfen über die axiale Länge (12, 13) durch die angelegte Belastung übertragen wird, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: es wird der erste und zweite Bereich der Lageroberfläche des Zapfens auf einer gemeinsamen Zapfenlageroberfläche (17) definiert; es werden axial die benachbarten Elementlageroberflächen so weit getrennt, dass bei der Benutzung die besagte axiale Länge des Zapfens geschaffen wird und es wird die Belastung aufgebracht und die Belastung mit wenigstens einem Dehnungsmessstreifen (7, 8) gemessen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens zwei Dehnungsmessstreifen (7, 8) vorgesehen werden, deren Orientierung eingestellt wird, wobei die Gesamtbelastung über dem Zapfen (1) und ein Vektor gemessen werden, an dem entlang die Belastung wirkt.
Zapfenlageranordnung zur Messung einer dadurch angelegten Belastung, wobei die Anordnung einen Zapfen (1) und wenigstens zwei Elemente (2, 3) aufweist, die benachbarte Lageroberflächen (14, 15 und 15, 16) definieren, die auf ersten bzw. zweiten Bereichen der Lageroberfläche des Zapfens (1) ruhen, wobei die Belastung von einer der benachbarten Lageroberflächen (14, 15) auf die andere Lageroberfläche (15, 16) durch den ersten Bereich und den zweiten Bereich der Lageroberfläche (14, 15) des Zapfens (1) übertragen wird und auf dem Zapfen wenigstens ein Dehnungsmessstreifen (7, 8) angeordnet ist, um die auf den Zapfen ausgeübten Scherkräfte zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Bereich der Lageroberfläche des Zapfens durch eine gemeinsame Zapfenlageroberfläche (17) definiert ist und dass die benachbarten Lageroberflächen (14, 15 und 15, 16) axial bezüglich des Zapfens um einen Betrag (12, 13) getrennt sind, der ausreicht, um eine axiale Länge des Zapfens zu schaffen, über der konstante Scherkräfte durch den wenigstens einen Dehnungsmessstreifen (7, 8) gemessen werden können.
Zapfenlageranordnung nach Anspruch 3 mit Mitteln, die eine Drehung des Zapfens (1) verhindern.
Zapfenlageranordnung nach den Ansprüchen 3 oder 4, bei welcher das Zapfenlager eine Gabelkopfzapfen-Anordnung ist, bei der eine zentrale Lageroberfläche (15) von einem Teil (3) gebildet wird und zwei Lageroberflächen (14, 16), die der zentralen Lageroberfläche (15) benachbart sind, auf einem zweiten Teil (2) definiert sind.
Zapfenlageranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei wenigstens eine der beiden benachbarten Lageroberflächen ausgespart (18, 19, 20, 21) sind, um bei der Benutzung die besagte axiale Länge des Zapfens (12, 13) zu schaffen.
Zapfenlageranordnung nach Anspruch 6, bei welcher wenigstens eine der benachbarten Lageroberflächen auf einer Buchse (4, 5, 6) gebildet ist, wobei die Buchse an der Lageroberfläche ausgespart (18, 19, 20, 21) ist.
Flugzeugfahrwerk mit einer Zapfenlageranordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7.