脹管脹芯調隙機構“掉尾”問題的深入研究

馬莉

摘要：針對脹管脹芯調隙機構負載-變形曲線尾端出現“掉尾”現象，通過有限元模擬對比了不同脹管結構對“掉尾”現象的影響，總結出規避“掉尾”問題的方法。為解決類似問題提供參考依據。

關鍵詞：脹管脹芯;負載-變形曲線;“掉尾”;有限元模擬

1 ?概述

為了適應現代飛機性能指標的要求，盤式剎車機輪都采用了“自動調隙回力機構”，自動回力調隙機構能自動調整活塞與壓緊盤之間的間隙，使之符合規定要求，從而保證剎車性能，提高剎車靈敏度。脹管是自動調隙機構的關鍵零件，它是一個薄壁件，材料通常為不銹鋼。脹管的有效工作長度等于剎車盤組件容許的總磨損量，當剎車盤組件磨損到極限時，套管即到拉出極限。在有效工作長度內，脹管脹芯的摩擦力在一個平穩階段。

2 ?主要研究工作

常用的脹管脹芯結構摩擦力在脹管尾部6～8mm范圍內，出現急劇下降，導致剎車裝置在較小剎車壓力作用下，一直處在剎車狀態無法回位。

首先，查找脹管尾部摩擦力急劇下降的原因;其次為解決此問題改進脹管尾部結構，通過有限元模擬改進脹管結構的負載-變形曲線對比情況;最后總結規避脹管尾部摩擦力急劇下降的方法。

2.1 脹管尾部摩擦力急劇下降原因

脹管在拉力試驗過程中，脹管隨著脹芯的位移，脹管內徑逐漸擴大至脹芯能夠通過，并產生塑性變形。在產生塑性變形的過程中，將會形成漸變區與變形區。脹芯在脹管中部時，由于有后續材料產生對變形區張力的阻力，因此拉力值能維持基本不變;當脹芯臨近脹管末端時，由于脹管末端沒有后續材料抵抗變形區的擴張力，漸變區的阻力將逐漸縮短直至消失。故在脹芯未到脹管末端時，脹管末端口徑已擴大，拉力值在距脹管末端（6～8）mm處快速下降，因此此種現象是脹管本身結構所造成。

2.2 脹管脹芯尾部改進結構

將脹管尾部結構增加內倒椎結構或外倒椎結構，見圖1，試圖增加尾部摩擦力減緩摩擦力下降趨勢。

2.3 有限元模擬

2.3.1 驗證有限元模擬計算方法

通過Workbench17.0進行脹管脹芯有限元建模，輸入脹管、脹芯材料參數：脹管：彈性模量199GPa，密度7.85g/cm3，泊松比0.3，屈服強度490MPa，抗拉強度516MPa;脹芯：彈性模量214GPa，密度7.8g/cm3，泊松比0.3。施加邊界條件：脹芯斷面節點施加軸向位移載荷、脹管喇叭口斷面施加UX=UY=UZ=0;接觸條件：采用多線性應變硬化來近似模擬材料的實際應變硬化行為。經有限元計算，得出負載-變形曲線（見圖2），從圖2所示，最大負載為3111N。利用萬能試驗臺進行脹管脹芯拉力試驗，試驗結果：最大力為3280N;與模擬值相差5%左右，模擬方式適合，結果可信。

2.3.2 改進結構有限元模擬結果對比

運用2.3.1中的模擬方式及材料參數，脹管改進結構1為內倒椎距尾部4mm開始增厚，尾端增厚0.1mm（以下簡稱：內倒椎4-0.1）;脹管改進結構2為內倒椎距尾部4mm開始增厚，尾端增厚0.3mm（以下簡稱：內倒椎4-0.3）;脹管改進結構3為外倒椎距尾部4mm開始增厚，尾端增厚0.3mm（以下簡稱：外倒椎4-0.3）;脹管改進結構4為外倒椎距尾部8mm開始增厚，尾端增厚0.8mm（以下簡稱：外倒椎8-0.8）將脹管改進結構進行模擬，得出負載-變形曲線對比圖（見圖3），從圖中得出，脹管外倒椎可以一定程度的減緩摩擦力下降趨勢，但效果一般。總體來講，4種脹管改進結構對減緩脹管尾部摩擦力急劇下降情況沒有明顯效果，歸其原因是脹管本身結構的影響所致。

3 ?結論

針對脹管尾部結構摩擦力急劇下降的情況，加厚脹管尾部的方法并不能有效的減緩摩擦力急劇下降的趨勢。由于脹管本身結構的原因，脹管尾部摩擦力急劇下降不能避免，為了脹管使用行程中不受“掉尾”問題影響，須保證脹管長度足夠，脹管所能提供符合剎車要求的摩擦力的脹管長度不得小于剎車盤磨損極限值。

參考文獻：

[1]焦裕松.機輪剎車系統及附件，2003，10，8.

[2]何永樂.脹管式自動調隙機構[J].航空工程與維修，1999（1）：46.

[3]于宏杰.管板孔開槽的液壓脹接接頭三維彈塑性有限元分析[J].北京化工大學，2001，5：83.