[发明专利]飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机机轮轴承负荷冲击试验机，具体是一种模拟飞机机轮轴承在飞机着陆瞬间承受负荷冲击工况的试验方法。

背景技术

随着飞机的发展，飞机起飞与着陆时速度及重量逐渐增加，起飞与着陆过程中的安全问题日益突出，对机轮轴承的性能与可靠性要求也越来越高，它关系到飞机的安全返航、持续作战能力和适应机场的能力。

机轮轴承不仅用来支撑机轮，引导机轮的旋转方向，减小转动过程中的摩擦，并承受对机轮和轮轴之间的各种载荷。而且，轴承对飞机的工作性能、寿命、各项经济指标及可靠性都有很大影响，甚至在某些情况下也会造成飞行安全事故。

作为易损件的机轮轴承，因为机轮轴承未能正常工作的事故占一定的比例，因此如何有效的提高飞机着陆时的安全性，提高飞机对各种载荷状况、跑道状况、气候条件的适应能力，成为飞机机轮轴承的主要研究目标。

大部分轴承的运动方式是外圈固定、内圈旋转。飞机机轮轴承有它独特之处，区别于其他轴承最大的特点是外圈旋转、内圈固定的运动方式，以及它在使用过程中的工况。

由于飞机采用的圆锥轴承的几何特点及设计特点，它可以承受径向和轴向的综合载荷。外滚道与轴承中心线夹角越大，能承受的轴向推力和径向推力的比值越大，滚棒和滚道的接触线越长，那么承受载荷的能力越强。飞机处于不同的工作状态，轴承的受力情况不同。

1、飞机处于静止状态，轴承主要承受静止载荷。飞机的重力产生的停机载荷P通过轴承的滚棒传递给外滚道，即轮毂。P可沿轴向分解为轴向力N和垂直于外滚道的力F。

2、飞机在地面滑行时，主要也承受垂直载荷。由于地面的不绝对平整，飞机的上下震动的幅度大于飞机的重力。

3、着陆时，机轮接地的瞬间首先主要受到巨大的静止垂直冲击载荷，继而机轮以很高的加速度加速达到与飞机同样的速度在地面滑跑。如果飞机产生了重着陆，轴承在未运转的状态下承受这种冲击载荷的危害是很大的。如果带侧滑接地，如侧风较大的时候，机轮还要收到较大的侧向载荷，机轮受到侧向摩擦力时，由于惯性作用，飞机有向一侧倾斜的趋势。因此作用在外侧轴承上的垂直载荷和侧向载荷要比内侧大。

轴承常见的几种失效方式中，对飞机机轮轴承威胁最大的为机轮轴承在承受较大的冲击载荷后，由于过载包括局部过载而使接触面发生塑性屈服，称为塑性变形失效。

随着目前世界各国对大型运输机的需求越来越大，研制高转速重负荷的机轮轴承也越来越迫切，人们也越来越认识到机轮轴承试验的重要性。轴承试验是轴承设计和制造过程中一个不可或缺的重要验证过程，在轴承试验机上按照轴承的实际安装工况、实际运行状态，即轴承的转速、轴向载荷、径向载荷以及环境温度、润滑状态等按照实际工况给定进行运转，达到预定寿命或到轴承失效。

根据机轮轴承在飞机着陆瞬间的受力工况，在飞机着陆时，飞机机轮触地到机轮旋转至与飞机速度同等的线速度，这一速度上升沿历时小于200ms。如果轴承试验机需模拟飞机着陆时机轮轴承的工况，这要求轴承试验机在200ms以内将机轮轴承速度驱动至飞机着陆转速，同时载荷加载至额定载荷，并能模拟飞机着陆时对机轮轴承的冲击加速度。巨大载荷的加载冲击，使得由机轮轴承的摩擦阻力带来的阻力矩非常大，如此苛刻的条件，目前的科学技术不大可能利用电机或电主轴直接将机轮轴承在200ms以内驱动至如此高的转速。

国内外现有轴承试验机种类繁多，均未涉及冲击载荷的试验。目前国内探索飞机着陆冲击工况的试验方法为起落架的落震试验，以整套起落架为代价，使用吊车悬挂至一定高度进行自由落体的落震试验，得到相关冲击加速度等试验数据。此方法成本高，试验实施难度大，只能勉强模拟冲击时的加速度且试验过程中机轮并未能转动，与飞机实际着陆工况相差甚大，试验数据不可靠。

随着现代飞机性能要求的不断提高，对飞机机轮的性能提出了更高的要求，机轮应具有重量轻、承载能力大、寿命高，并能承受大的冲击载荷，因此，对机轮的选用轴承也提出更高的要求。机轮轴承通过重载、冲击载荷和寿命试验结果，以供机轮选用已是必然趋势。

综上所述，国内专门针对飞机机轮轴承的模拟试验方法可以说仍是片薄弱区域，尤其是在模拟飞机高速重负荷的冲击试验领域上，仍是片空白。此时对机轮轴承在飞机着陆瞬间的工况数据的探索迫在眉睫，推出针对航空机轮轴承工况相符的模拟试验方法势在必行。

发明内容

为克服现有技术中存在的成本高、试验实施难度大和试验数据不可靠的不足，本发明提出了一种飞机机轮轴承负荷冲击载荷的试验方法。