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 M S T R IP S O F H E L I C O P T E R T A IL R O T O R H U B ( C l五 n a e otP e r s e eR h acr , e an d D v el o H O N G J ia o n ,en p t Isn t i t u re , Jin gd e , n hez 、 要 摘 H e il 一 Ha i yin g 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 bs t a he h atm l anu e tP O s ir al n 旋y e 尾 桨毅 ; 拉扭 条 ; 设 计 ; 制 造 s s S t乙 h aI t acr , e r . e e el at e d w o n 如 s t ir , on Ps u an 阮 i ht W it l te na e x am d e s i罗 e s d 币ps ple o f al e ul a s t , zs u as h t缸 ln io n e s an d y al l 庆 e u ant an m朋 ufa e n e t d s e s uer le e te d as t ir p s su n 一e t 卜l洲 」 o f L〕 a ( 1一 a in e d s e 顽鸣 b 2 1 1 t la l or ta in l es s l r am ta l l ro to r hu b : st ia u l es s l ~ n a te d s t ir P s ; d es i g n ; rn an l l fb 咤 t 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 as s en r ub an d 面 1 t l, e st ll as ht h e e o te s t 浦 卿 ir in st an a e e or t o ti r on of hu b of se d s , ig n e iat 沮 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 n a e tu 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 an al y s is a n d eD is gn , 19 8 1 , 及 vie er