直升机尾桨毂拉扭条设计与制造研究

直 升 机 技 术
年第
2 阅3
期
1
总 第 133 期
直 升 机 尾 桨 毅 拉 扭 条 的 设 计 与制 造
,
覃海 鹰 洪
蛟
,
(中 国 直升机 设 计研 究所 景 德 镇
T H E D E SI G N A N D
,
33
印 l)
A N U F A C T U R E O F S T A IN L E S S L AM IN A T E D
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、
要
摘
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一
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Q IN
拉扭条结 构 件是直 升 机 主桨 毅 尾 桨 毅 通 常采 用 的 一 种 结 构 承 载 受 力 件
、
3330 1)
。
本文 以 直
、
型 机 尾 桨毅 拉扭
n
条为 例 详 细 介 绍 了 直 升 机 尾 桨 毅 拉 扭 条 的结 构设 计 材 料 选 择 设计 计算 和 加 工 工 艺 对 相关 的 试 验情 况 也 进行
,
了 介绍
。
关 键词
A
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l
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n
旋y
e
尾 桨毅 ; 拉扭 条 ; 设 计 ; 制 造
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概述
。
其
d
、
,
桨 毅 轴 向铰 的 受 力 状 况 使 尾 桨 毅 结 构简 单 紧 凑
,
,
重 量 轻 使用 安全 维 护 简 便
。
衅
节 er
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d
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,
ig
n
e
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s s
最 大扭转 角 不 小 于
.
由于 拉扭 条结 构 的应
,
状 态 因 此 可 使尾 桨 毅 首 翻 期 由一 般 铰 接 式 桨毅 的
h
。
,
此 外 拉扭 条结 构 还 可 以 实现
破 损安 全 设计 和 低成本 设计
f
士
设 计使用 寿 命不 小 于
.
扭 转刚 度不 大于
0
5
20
“
;
24 0
( ) h
;
Nm
/ do ;
具 有 破损 安全特性 ;
”
“
具有 三 防 要 求
。
、
用 大 大 改 变 了尾 桨毅 主 要 结构 件 的结 构 形 式 与 受力
提 高到 24 0
.
e
转 变形 以 实 现 尾 桨 叶 的 变 距 运 动 从 而 大 大 改善 尾
。
结构 设 计
3
.
3 1
结 构形 式 选 择
、
拉 扭条 结 构 形 式 有钢 丝 绳 结构 形 式 钢 丝 树 脂
、
、
复合材 料 结构形 式 开 槽拉扭 片迭层结 构 形 式 不 开
、
槽拉 扭 片迭 层 结构 形式 人 字形 拉 扭 片迭层 结构 形
式 等多 种
设 计要 求
。
对于 直
n
,
型 机 尾 桨 毅 拉 扭 条 我们 考 虑
、
到拉扭 条扭 转 刚度 几 何尺 寸 以 及 径 向承载 能 力 等
,
对 于 直 1 型 机 尾 桨 毅拉 扭 条 其 主 要 设 计要 求
,
多方 面 因 素 最 后 选 择 了
B0
1 05
尾 桨 毅 拉扭 条 即 不
开 槽 拉扭 片 迭层 结构 形 式作 为 参考 进 行 结 构 设计
:
收稿 日期
t石p s
r
to
or
拉扭 条 最 大 承载大 于 等 于 8 仪众 ) ;N
.
,
如下
s
ed
Pa p
e
n
~
.
.
c
主要 功 用是 承 受 尾 桨 叶旋 转 产 生 的 离 心 力 和 产 生 扭
2
面
5
in
er
u
.
b
直 升机 尾桨 毅通 常 采用 的一种 主要 结构 水力 件
h
t
t
ure
尾 桨毅 拉扭 条 结构受 力 件 ( 拉 扭 条 ) 飞国外 轻 型
so
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r
,
,
a
1
to
r
s
:
一
2 0 2刃 5 1
7
。
2 佣3
直 升 机 技 术
直
.
1 型 机 尾 桨毅 拉扭条 的 结 构 简 图如 图 1
。
1
期
,
,
可 以 满 足 使 用 要 求 是 国 内 制 造 拉扭 片 的 较 理
g iT
在确定 拉扭条 的结构 形 式后 就应 该进 行拉 扭条
的关键零件拉扭 片 的 几何外 形 设计
,
。
总 第 13 3 期
iT 在 钢 中 的 作 用 因 此 我 们认 为 国 产材 料 I C : 1
8 iN
拉扭 片几 何外 形 设 计
3 2
年第
对拉 扭 片叠 层
,
想 材 料 并 最 终 选 定 这 种 材 料 作 为制 造 直 H 型 机 尾
桨 毅 拉扭 条 的 拉扭 片 的 材 料
而言 不 仅要 有较小 的 扭转 刚 度 从 而 使拉 扭条 具 有
,
较大 的许用 扭转角 ; 还 应具 有 合理 的外 形 以实现 等
疲 劳强 度设 计
。
此 外 拉扭片 的几 何外形 应 使最 终 的
拉扭 片叠层 受力 均匀 以 降低应 力 集 中
设 计计算
5
.
拉 扭条 的扭 转 刚度 计 算
5 1
。
拉扭 条 的 扭转 刚度 计算 公式 如 下
A
其中
蘸巍蘸黝
:
直
1
—
;
一
剪 切模 量
;
一一 拉扭 片 单 片 厚 度
;
L 一一 长 度 ;
型 机尾 桨毅拉 扭 条 的结构 简 图
n 型机 尾 桨 毅拉 扭 条
直
、
,
H 一一 迭层 层 数
b
l
(l)
拉扭条 常 数 它 与材 料 结 构有 关 ;
A
C
图
刀肠 3 h
`
=
脚
阶段
。
,
11
的 拉 扭 片 设 计 分 两个
—
.
拉扭 片 单 片 宽
。
单 片 拉 扭 片 上最 大 剪 应 力
5 2
,
。
首 先进 行 了 试 验 件 的 设 计 通 过 拉 扭 条试 验
一
一
单 片 拉 扭 片上 最 大剪 应力 可 用 下 述 公 式表 示
35 1
0 的 设 计 以 及 大 量 的 试 验验 证 选
1
件 Q
z
择 了 合理 的 拉扭 条 结 构 参数 ; 然后 再 进 行 装 机 件拉
扭 条的 设 计
。
图
片的 几何 外形
2
:
,
,
为 直 n 型 机 尾 桨 毅 拉 扭 条 拉扭
(2 )
L
~
其中
:
尹
扭 转角
—
结构 参数 敏 感 性分 析
.
:
望鱼
=
一
5 3
,
从 式 ( l) 可 以 知道 拉扭 条 的 刚度 随着 叠层 的总
层数
或
砰
H
、
单 片厚 度
加 而减 小
。
、
宽度
,
增加 时 剪应 力 减小
L
,
加 时 重 量 也 明显 增加
5
,
增 加 而 增 加 随长度 L 增
,
,
.
h
从式 ( 2 ) 可 以 看 出 当厚 度
应 力 增 加 长度
14 9
b
,
增加时 剪
b
。
当长度
,
从式 ( l) 和 式 ( 2 ) 均可 以 看 出 厚 度
b
直
2
,
是有 限 度 的
材 料 选择
4
,
毅 拉扭 条 的使 用 寿 命 和 成 本 ; 同时 它还 与拉 扭 条 的
,
外 形 尺 寸有关 从 而 间接 决定 了 整 个 尾 桨 毅 的 外形
、
。
因此 拉 扭 片 的 材 料 选 择 要 从 结 构 功
、
、
能 受 力性 质 载荷 大 小 耐 疲 劳性 能
等 多 方 面 进 行 考虑
国外 直 升 机
。
对 于 尾 桨 毅 拉扭 条 危 险 截 面 的 可 靠性 对 应 于
拉 扭条 拉扭 片 的 材料 选 择不 仅直接 影 响 到尾 桨
尺寸 和 重 量
、
“
”
三 防 要求
地
环设 计 状 态 和最 大 离 心 力状 态 经 公 式
空
,
R
=
u R =
其中
:
少
“ ;
一
的 尾 桨毅 拉 扭 条 的 拉 扭
10
5
、
片采用 的 是用 一 种 含 rC iN
、
M
o
、
V
的特 种 钢 材 料
,
,
,
对 于 这 种材 料 我 们 虽 经 过 大 量 的化 验 仍 然不 知 道
、
。
、
最后 我们从 结构 功能 受 力性 质 载
荷 大小 耐疲 劳性 能
,
、
、
“
”
,
三 防 要 求 等 人手 进 行 了 分
析 和 比较 考 虑 到 元 素
、
MO V
:
、
。
BO
,
循
—
推导 它 的 可 靠 度可 用 下 式表示
二
它 的 具 体牌 号
,
和 剪 应 力 减 小 但 受 到 材料 及工 艺 的 限 制 b 的减小
型 机 尾 桨 毅 拉 扭 条拉 扭 片的几何 外 形
1
增
减小 刚 度
,
图
L
。
在 钢 中 的 作 用 相 当于
产
产,
(
“ :
)
正 态 分布 函 数 ;
—
正 态 分 布 函数 分位 数
— 拉 扭条 承 载能 力均 值
一
一
;
;
拉 扭条 工 作 载荷 均 值 ;
— 拉扭 条 承 载能力标 准差
— 拉扭 条 工 作 载荷标 准差
—
) 可 以看 出
增 加 拉扭 条 的 可 靠 度 增
几
;
丐
。
从式 ( 3
,
u R
,
直 升 机 技 术
加
。
,
从 式 ( 4 ) 可 以看 出 在 拉扭 条设 计 时
值 ( 即 结 构 尺 寸 为 常数 ) 时
,
热
、
、
、
6
,
、
拜,
2 佣3
6 ;
年第
1
期
a
是定
是 我们 最 关 心 的
。
,
在 结 构 尺 寸 重 量 为一 定 时 即 危 险截 面 的 尺 寸 一 定
为
总 第 13 期
,
.
39 2 8
2
,
,
,
低
R
减小
,
喻 增加
。
,
巧
但是 当
一
:
增加 (拜
,
:
减小 时 ( 拼
b
拌y
一
)将减小
,
u。
b
降
片 )虽 然增大
,
N
。
,
%
,
保持
,
53 6 6
0 N
b
,
减小到 一 定的 值时 ( 从
一
巧)
的增 大 速
首先 加 载 到 67 % 保 持 30
,
’
率 将 比 式 ( 4 ) 中分母 项 ( 试 十 嵘)0 的 增 大 速 率 小 这
u。
时
,
将下 降 导 致可 靠 度 的急 剧 下 降
、
、
,
。
、
、
、
用 寿 命 可 靠 度 减 轻 重量 的 关 键
,
其制 造 难 度很 大
。
。
拉扭片
对于直
,
,
。
。
zH
。
,
对 于 拉扭条 来说 是不允 许 的 我 们 也考虑 过 用 线切割
;
,
,
的 方 法 来加 工 但 经 过试 制 发 现 线 切 割加 工 出 来 的
,
零件 其切边 有 小 锯 齿 这 在 使 用 中 就 是 一 个疲 劳 源
,
因而 线切割 的 方 法 也是 不可 取 的 ; 最 后 我们 选 择 了靠
,
模铣 削加工 即将一 叠 拉扭 片半成 品叠 到一 起 利用 上
下靠 模 块装夹好 后 进行 铣 削加 工
。
试 验 结果 证明 拉扭 条 的寿命 满足 设 计要 求
功 能性 耐 久试 验
7 4
功能 性 耐久 性 试 验 分 地 面 台架 运 转 试 验 和
h
装机地 面长 试
与 了尾 桨地 面 台 架 运 转 试 验 和 Zo
、
。
、
,
扭 条 工 作状 态 良好
。
小结
8
直升机 尾桨 毅 拉扭 条 的 设计 与 制造 是一 项 涉及
、
、
,
,
作 在 进 行拉 扭 条 设计 与 制造 研究 时 必 须综 合 考虑
、
。
性 能试 验验 证 拉扭 条 的 性
,
能 是 否 满 足设 计 要 求 疲 劳 试 验 验 证拉 扭 条 的 使 用
,
寿 命 是 否 满 足 设 计 要 求 功 能 性 耐 久性 试 验则 主 要
验 证 拉扭 条 装 机 后 与 其 它 零 件 的 协 调 性
。
1 型
直
,
机 尾 桨毅 拉扭 条 对 于 以上 三 项 试 验 均 进行 了 试 验
性 能试 验
.
、
结 构设 计 设 计计 算 材 料 选 择 和 机 械加 工工艺 等方
面的 因素
。
经 过 直 1 型 直 升机 尾 桨 毅 拉扭 条 的 设
、
,
、
计 与 制造 研究 我 们 在 拉 扭 条 的 设计 计 算 材料 选
、
择 加工 工艺 以 及 试验 方 法 等方 面 取 得 了大 量 宝 贵
,
的经 验 为 以 后 进 行 新 的 拉 扭条 研 制 打 下 了 坚 实 的
技 术基 础
参考 文 献
:
. se
serJ
L
性 能试 验 主 要 测试 不 同离心 力 状态 下 拉扭 条 的
7 2
,
,
力 学 金 属 材 料 工 艺 机 械设 计 等 多 学 科 的 系 统 工
拉扭 条 的试 验 包 括性 能试 验 静 强 度 试验 疲 劳
计要 求
、
适 用 性 功 能 及 安全 可 靠性 在试 验过 程 中 拉扭 条
实现 了 它 的 功 能 与 尾 桨 其 它 各部 件无 任何 干 涉 拉
、
。
,
地 面长 试 试
h
验验 证 了尾 桨 的结 构完 整 性 尾桨 各 部件 的 协调性
。
、
扭转 刚 度
20
。
拉扭 条 作 为尾 桨毅 的 一 个 部件 与 尾 桨毅 一 起 参
经 过 试 验证 实 铣
拉 扭 条 的试 验
试 验 和 功 能 性 耐久 试验
l
。
,
削 加工 出来 的 拉扭片可 以 满足使 用要 求
1
,
件 试 件 的试 验 试 件在
6
,
.
,
我 们考 虑 过 冲压成 型 但 冲压
的 零 件都会 有 毛 边 无 法 满 足 拉 扭 条 的 装 配 要 求 这
7
,
试验 件仍 然 未 破坏 且
。
疲劳试 验 一 共 进 行 了
可
,
,
.
后试验件没 有
5
疲 劳试 验
7 3
n
以 冲压成 型 也 可 以 采 用 线 切 割 的 方 法 还 可 以 采 用
情况 如 下
,
后卸载 然后
,
型 机 尾桨毅 拉 扭条 的加 工 有 多 种 方 案 可 供 选 择
7
N
试 验 载荷 为
心 力 与 交变 的 扭 转 角 同时 达 到 极 值 加 载 频 率 为
~
靠模铣 削加 工的 方法
11
7 60
,
3
5
,
.
3
,
后 卸载 然
试验过 程 中承 受交 变 扭矩 和 交 变 离 心 力 交 变 的 离
拉扭条 的 加 工 主要 是 指 拉 扭 片的 加 工
每 片厚 度 仅 为 0
继 续加 载到
无任何 异常 现 象
。
拉扭条加 工
6
破坏
.
因此 合 理选 择 参数 H b h L 是 提 高拉 扭条 使
,
是 破 坏 试 验 加 载 到 10 % 保 持
。
,
,
,
但 由于 当
试 验 载荷
,
极 限 转 速 状 态 预 扭 角 为 o0
。
5
后卸 载 试 验件 完 好 ;
5
3
,
50
首 先加 载 到 67 % 保 持 30
后加 载到 10
.
时 b 增加
.
最 大正过 载状 态 预 扭 角 为 17
内
飞
J,J.
.J. es
飞
一
j11
凡
,一
j4
。
:
.
邓 文英
金 属 工 艺学
.
.
北 京 高等教 育 出版社
:
.
:
蹼 良贵 机 械设 计 北 京 高 等教育 出版 社
,
,
19 剑)
198
9
,
试 验结 果 与设 计计 算 基 本 吻合 满 足 设
·
,
肯 格林那 ( 美 ) 高正 等编译
.
直升机设 计
,
19 2
。
,
张 呈 林 张 晓谷 郭 士龙等
静强 度 试 验
静强 度 试验 分最 大正 过 载 状 态 和 极 限 转速 状态
两 种 状态进 行
:
,
业教 材 编审组
.
.
A H Bu
IT
:
,
.
直升机 部 件 设计
.
航空 专
198
6
eM hc 画
c
al
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,
19 8
1
,
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