航空重載關節軸承性能分析

顏曉峰　李潔玉

【摘 要】航空重載自潤滑關節軸承是飛機前起落架收放系統中的關鍵部件之一，本文針對自潤滑關節軸承在前起落架收放系統中的應用進行研究，分析關節軸承自身的受力特性，結合有限元軟件Abaqus，計算出關節軸承工作表面的應力分布。研究表明，該關節軸承受載性能良好，負載下潤滑性能良好，滿足前起落架收放性能要求。

【關鍵詞】關節軸承；受力特性；有限元分析

0 引言

本文研究的航空重載關節軸承應用于某型飛機前起落架收放系統中的撐桿作動筒一端。關節軸承內外圈為球面接觸，對于接觸問題，利用解析方法求解應力分布及變形情況具有一定的困難。赫茲提出了經典的赫茲接觸理論用于研究兩物體因受壓接觸后產生的局部應力和應變分布規律。赫茲接觸基于彈性半空間的假設，而關節軸承的內外圈接觸壓力分布在一個較大的區域上，已無法滿足赫茲接觸的基本假設，因此無法簡單的用赫茲接觸公式計算接觸應力分布。楊咸啟[1]等用有限元的方法計算了軸承中的接觸載荷分布規律及應力狀態。Michele Ciavarella和Paolo Decuzzi等改進了Persson理論，提出了較為實用的解析方法用來解決協調接觸問題[2]。此外，對于關節軸承摩擦性能的研究主要用試驗的方法進行。國內已相繼研制出不同的試驗機。1997年上海軸承技術研究所洪富越[3]等研制了大中型關節軸承磨損壽命試驗機。2003年南京航空航天大學向定漢[4]等研制了NH100型重載關節軸承摩擦試驗機，該試驗機可提供較大的載荷。本文結合以上的研究成果，針對關節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對關節軸承內外圈應力分布及最大位移進行了計算。

1 關節軸承受載分析及應力計算

1.1 關節軸承工程估算

關節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的力學性能。劉正明[5]等對向心自潤滑關節軸承進行了受力分析確定了當量載荷，在徑向載荷作用下，最大壓應力Pr與平均壓應力Ps的關系：

式中，Pr為關節軸承最大壓應力；Ps為關節軸承平均壓應力；Fr為關節軸承徑向載荷；R為關節軸承弧面半徑。

根據前起落架收放的實際工況，自潤滑關節軸承的最大徑向載荷為65809.40N，將該值代入計算，得出徑向載荷作用在接觸面上平均壓應力為58.16MPa，最大壓應力為76.30MPa。

1.2 有限元計算

利用現有的有限元軟件Abaqus可較為方便的計算出靜態徑向載荷作用下關節軸承的應力分布，從而有利于判斷關節軸承的危險點以及是否會發生破壞。關節軸承安裝于耳環螺栓內，實際受載時，通過芯軸將載荷傳遞至關節軸承上。有限元建模時，除關節軸承外，保留耳環螺栓及芯軸模型。為減小計算量，將耳環螺栓及芯軸處理成剛性體，不參與計算。分析計算時，將芯軸兩端固定，耳環螺栓端部施加載荷。芯軸與關節軸承內圈、關節軸承內外圈之間定義摩擦。

2 小結

本文通過對某型飛機前起落架收放系統上的關節軸承進行研究，分析其受力特性及應力分布情況。分析結果表明，該關節軸承符合強度要求，其性能滿足起落架正常工作要求。

【參考文獻】

[1]楊咸啟，姜韶峰.關節軸承額定靜負荷計算[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.大中型關節軸承磨損壽命試驗機[J].軸承，1997（12）：31-34.

[4]向定漢，潘青林，駱心儀.PTFE編織復合材料重載關節軸承的旋轉摩擦特性[J].復合材料學報，2003，20（6）：125-129.

[5]劉正明，王子明.向心自潤滑關節軸承受力分析及當量載荷的確定.水利發電，2004，30（5）：34-36.

[責任編輯：朱麗娜]