航空重載關(guān)節(jié)軸承性能分析

顏曉峰　李潔玉

【摘 要】航空重載自潤滑關(guān)節(jié)軸承是飛機(jī)前起落架收放系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一，本文針對自潤滑關(guān)節(jié)軸承在前起落架收放系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析關(guān)節(jié)軸承自身的受力特性，結(jié)合有限元軟件Abaqus，計(jì)算出關(guān)節(jié)軸承工作表面的應(yīng)力分布。研究表明，該關(guān)節(jié)軸承受載性能良好，負(fù)載下潤滑性能良好，滿足前起落架收放性能要求。

【關(guān)鍵詞】關(guān)節(jié)軸承；受力特性；有限元分析

0 引言

本文研究的航空重載關(guān)節(jié)軸承應(yīng)用于某型飛機(jī)前起落架收放系統(tǒng)中的撐桿作動(dòng)筒一端。關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外圈為球面接觸，對于接觸問題，利用解析方法求解應(yīng)力分布及變形情況具有一定的困難。赫茲提出了經(jīng)典的赫茲接觸理論用于研究兩物體因受壓接觸后產(chǎn)生的局部應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律。赫茲接觸基于彈性半空間的假設(shè)，而關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)外圈接觸壓力分布在一個(gè)較大的區(qū)域上，已無法滿足赫茲接觸的基本假設(shè)，因此無法簡單的用赫茲接觸公式計(jì)算接觸應(yīng)力分布。楊咸啟[1]等用有限元的方法計(jì)算了軸承中的接觸載荷分布規(guī)律及應(yīng)力狀態(tài)。Michele Ciavarella和Paolo Decuzzi等改進(jìn)了Persson理論，提出了較為實(shí)用的解析方法用來解決協(xié)調(diào)接觸問題[2]。此外，對于關(guān)節(jié)軸承摩擦性能的研究主要用試驗(yàn)的方法進(jìn)行。國內(nèi)已相繼研制出不同的試驗(yàn)機(jī)。1997年上海軸承技術(shù)研究所洪富越[3]等研制了大中型關(guān)節(jié)軸承磨損壽命試驗(yàn)機(jī)。2003年南京航空航天大學(xué)向定漢[4]等研制了NH100型重載關(guān)節(jié)軸承摩擦試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)可提供較大的載荷。本文結(jié)合以上的研究成果，針對關(guān)節(jié)軸承在收放過程中的受載形式，分析了其受力狀況。利用有限元分析軟件Abaqus對關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外圈應(yīng)力分布及最大位移進(jìn)行了計(jì)算。

1 關(guān)節(jié)軸承受載分析及應(yīng)力計(jì)算

1.1 關(guān)節(jié)軸承工程估算

關(guān)節(jié)軸承在起落架收放過程中主要承受徑向載荷，軸向載荷較小，因此本文主要分析其徑向受載時(shí)的力學(xué)性能。劉正明[5]等對向心自潤滑關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行了受力分析確定了當(dāng)量載荷，在徑向載荷作用下，最大壓應(yīng)力Pr與平均壓應(yīng)力Ps的關(guān)系：

式中，Pr為關(guān)節(jié)軸承最大壓應(yīng)力；Ps為關(guān)節(jié)軸承平均壓應(yīng)力；Fr為關(guān)節(jié)軸承徑向載荷；R為關(guān)節(jié)軸承弧面半徑。

根據(jù)前起落架收放的實(shí)際工況，自潤滑關(guān)節(jié)軸承的最大徑向載荷為65809.40N，將該值代入計(jì)算，得出徑向載荷作用在接觸面上平均壓應(yīng)力為58.16MPa，最大壓應(yīng)力為76.30MPa。

1.2 有限元計(jì)算

利用現(xiàn)有的有限元軟件Abaqus可較為方便的計(jì)算出靜態(tài)徑向載荷作用下關(guān)節(jié)軸承的應(yīng)力分布，從而有利于判斷關(guān)節(jié)軸承的危險(xiǎn)點(diǎn)以及是否會(huì)發(fā)生破壞。關(guān)節(jié)軸承安裝于耳環(huán)螺栓內(nèi)，實(shí)際受載時(shí)，通過芯軸將載荷傳遞至關(guān)節(jié)軸承上。有限元建模時(shí)，除關(guān)節(jié)軸承外，保留耳環(huán)螺栓及芯軸模型。為減小計(jì)算量，將耳環(huán)螺栓及芯軸處理成剛性體，不參與計(jì)算。分析計(jì)算時(shí)，將芯軸兩端固定，耳環(huán)螺栓端部施加載荷。芯軸與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈、關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外圈之間定義摩擦。

2 小結(jié)

本文通過對某型飛機(jī)前起落架收放系統(tǒng)上的關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行研究，分析其受力特性及應(yīng)力分布情況。分析結(jié)果表明，該關(guān)節(jié)軸承符合強(qiáng)度要求，其性能滿足起落架正常工作要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊咸啟，姜韶峰.關(guān)節(jié)軸承額定靜負(fù)荷計(jì)算[J].軸承，1993（1）：9-15.

[2]Michele Ciavarella， Paolo Decuzzi. The State of Stress Induced by the Plane Frictionless Cylindrical Contact I. The Case of Elastic Similarity[J].Solids and Structures，2001（38）：4507-4523.

[3]洪富越，蔣志雄，等.大中型關(guān)節(jié)軸承磨損壽命試驗(yàn)機(jī)[J].軸承，1997（12）：31-34.

[4]向定漢，潘青林，駱心儀.PTFE編織復(fù)合材料重載關(guān)節(jié)軸承的旋轉(zhuǎn)摩擦特性[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2003，20（6）：125-129.

[5]劉正明，王子明.向心自潤滑關(guān)節(jié)軸承受力分析及當(dāng)量載荷的確定.水利發(fā)電，2004，30（5）：34-36.

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