一種使飛機機輪軸承外圈旋轉內圈固定的驅動裝置制造方法
【專利摘要】一種使飛機機輪軸承外圈旋轉內圈固定的驅動裝置，包括電機、離合器、軸承座、鼓輪、輪軸和聯軸器。輪軸安裝在2個軸承座上，并使該輪軸的一端通過聯軸器與離合器一端的法蘭連接。鼓輪通過鍵安裝在所述輪軸上并位于所述2個軸承座之間。鼓輪的外圓周表面與安裝在加載裝置上的橡膠輪的圓周表面摩擦配合。所述橡膠輪套裝在試驗軸承的外圈上。制動盤通過法蘭固定在橡膠輪的一個端面上，并使該制動盤的制動碟片位于制動器的制動夾片中。所述制動器的上端固定在加載裝置中的加載基板下表面。本發明能夠實現模擬飛機在滑行狀態時機輪軸承的工況狀態，并承受載荷大，轉速高，可作為眾多軸承試驗機的驅動裝置。
【專利說明】-種使飛機機輪軸承外圈旋轉內圈固定的驅動裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種飛機機輪軸承外圈旋轉內圈固定的驅動裝置，具體是一種飛機機 輪軸承外圈旋轉內圈固定的驅動裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著飛機的發展，飛機起飛與著陸時速度及重量逐漸增加，起飛與著陸過程中的 安全問題日益突出，對機輪軸承的性能與可靠性要求也越來越高，它關系到飛機的安全返 航、持續作戰能力和適應機場的能力。
[0003] 機輪軸承不僅用來支撐機輪，引導機輪的旋轉方向，減小轉動過程中的摩擦，并承 受對機輪和輪軸之間的各種載荷。而且，軸承對飛機的工作性能、壽命、各項經濟指標及可 靠性都有很大影響，甚至在某些情況下也會造成飛行安全事故。
[0004] 作為易損件的機輪軸承，因為機輪軸承未能正常工作的事故占一定的比例，因此 如何有效的提高飛機著陸時的安全性，提高飛機對各種載荷狀況、跑道狀況、氣候條件的適 應能力，成為飛機機輪軸承的主要研究目標。
[0005] 大部分軸承的運動方式是外圈固定、內圈旋轉。飛機機輪軸承有它獨特之處，區別 于其他軸承最大的特點是外圈旋轉、內圈固定的運動方式，以及它在使用過程中的工況。
[0006] 隨著目前世界各國對大型運輸機的需求越來越大，研制更高轉速更重負荷的機輪 軸承也越來越迫切，人們也越來越認識到機輪軸承試驗的重要性。軸承試驗是軸承設計和 制造過程中一個不可或缺的重要驗證過程，在軸承試驗機上按照軸承的實際安裝工況、實 際運行狀態，即軸承的轉速、軸向載荷、徑向載荷以及環境溫度、潤滑狀態等按照實際工況 給定進行運轉，達到預定壽命或到軸承失效。
[0007] 目前國內外軸承試驗機種類繁多，可均為鐵路用軸承、風電軸承和機床軸承等軸 承試驗機，典型的例子如中國專利CN201210103079,大部分在結構上大體為使用電主軸帶 動安裝在軸承座內的試驗軸承的內圈旋轉。以驅動試驗軸承外圈旋轉的軸承試驗機非常 少。
[0008] 中國專利CN201010254885中公開了一種外圈旋轉內圈固定的滾動軸承模擬試驗 方法。此類方法實施時，將電機轉子通過聯軸節與試驗軸承的外圈連接，軸承內圈固定于內 圈軸，內圈軸固定于加載套上。試驗時，電機通過聯軸節直接帶動試驗軸承外圈同步旋轉， 徑向加載時，徑向力通過內圈軸施加于試驗軸承的內圈上。
[0009] 這一利用驅動電機直接帶動試驗軸承外圈同步旋轉的方法，缺陷很多。
[0010] 一方面，在進行徑向加載時，徑向力從加載套通過內圈軸施加于試驗軸承的內圈 上，但此徑向的加載載荷，是為了消除滾動軸承的徑向游隙，達到減小軸承旋轉時的振動的 目的，因此此類軸承試驗機所能承受的徑向加載力很小。當徑向載荷大于額定的載荷值時 必然導致旋轉的不平衡，導致此類試驗機只能適合于試驗如航空發動機等個別工況的軸 承。
[0011] 另一方面，如需進行軸向加載，軸向施加力通過試驗軸承外圈直接作用在電機轉 子，而電機轉子不可能承受上百千牛的軸向推力，因此不能實現軸向加載，使得此類方法不 能模擬航空機輪的側偏加載。
[0012] 因此，上述方法只能簡單地實現對滾動軸承外圈旋轉的驅動，而不具備對軸承的 試驗能力，尤其是對高轉速高負荷工況的航空機輪軸承的試驗更是望塵莫及。
[0013] 飛機在著陸瞬間，飛機機輪觸地到機輪旋轉至與飛機速度同等的線速度，這一速 度上升沿歷時小于200ms。如果軸承試驗機需模擬飛機著陸瞬間機輪軸承的加速旋轉工況， 這要求軸承試驗機在200ms以內將機輪軸承速度驅動至飛機起飛時的額定轉速，同時載荷 加載至額定載荷，并能模擬飛機著陸時對機輪軸承的沖擊加速度。巨大載荷的加載沖擊，使 得由機輪軸承的摩擦阻力帶來的阻力矩非常大，如此苛刻的條件，利用電機或電主軸直接 將機輪軸承在200ms以內驅動至如此高的轉速不能得以實現。
[0014] 因此，需要尋求其他方法來實現對軸承外圈的驅動，以達到對航空機輪軸承進行 試驗的目的。
[0015] 隨著現代飛機性能要求的不斷提高，對飛機機輪的性能提出了更高的要求，機輪 應具有重量輕、承載能力大、壽命高，并能承受大的沖擊載荷，因此，對機輪的選用軸承也提 出更高的要求。機輪軸承通過重載、沖擊載荷和壽命試驗結果，以供機輪選用已是必然趨 勢。
[0016] 以往國內對飛機機輪軸承的試驗，是機輪軸承隨機輪進行承載和滾動壽命試驗， 選用風險大，試驗周期長，對機輪的研制增加了風險。并且，在對滾式的試驗機中，以大直徑 大慣量的鼓輪代替跑道與機輪對滾，鼓輪與機輪外圈的線速度一樣，因此其轉速比為機輪 與鼓輪的直徑比值。機輪的直徑比機輪軸承的直徑大了好幾倍，如果用此類試驗機來試驗 機輪軸承，需驅動整個機輪，則需要一套龐大的驅動設備，如需將機輪驅動到3000rpm以上 轉速，相應的鼓輪轉速的也高，從而對大直徑大慣量的鼓輪的動平衡要求非常高，否在帶來 的振動不可小覷。由上敘述可推斷，無論從安全、能耗或造價上考慮，此方法都不那么具有 可實施性，尤其是在機輪軸承往高速高負荷方向發展的現況中。
[0017] 因此，國內專門針對飛機機輪軸承的試驗機仍是片薄弱區域。此時對機輪軸承在 起飛尤其是在著陸時的高轉速重負荷沖擊條件下的工作狀態數據的探索迫在眉睫。
【發明內容】
[0018] 為解決現有技術中存在的只能簡單地實現對滾動軸承外圈旋轉的驅動，而不能滿 足航空機輪軸承試驗要求的不足，本發明提出了一種使飛機機輪軸承外圈旋轉內圈固定的 驅動裝置。
[0019] 本發明包括電機、離合器、軸承座、鼓輪、輪軸和聯軸器。其中：離合器安裝在電機 的輸出軸上。輪軸安裝在2個軸承座上，并使該輪軸的一端通過聯軸器與離合器一端的法 蘭連接。鼓輪通過鍵安裝在所述輪軸上并位于所述2個軸承座之間。鼓輪的外圓周表面與 安裝在加載裝置上的橡膠輪的圓周表面摩擦配合。所述橡膠輪套裝在試驗軸承的外圈上。 制動盤通過法蘭固定在橡膠輪的一個端面上，并使該制動盤的制動碟片位于制動器的制動 夾片中。所述制動器的上端固定在加載裝置中的加載基板下表面。
[0020] 所述試驗軸承與橡膠輪的最高轉速相同。橡膠輪的直徑為248mm ;鼓輪的直徑為 1200mm。橡膠輪與鼓輪對滾，故橡膠輪的線速度與鼓輪的線速度相同。
[0021] 本發明的工作原理如下：
[0022] 試驗時，試驗軸承為一組兩套的機輪軸承，對稱安裝于橡膠輪內。
[0023] 試驗機在進行飛機機輪軸承動態載荷試驗時，能夠實現模擬飛機在滑行狀態時機 輪軸承的工況狀態。將裝有試驗軸承的橡膠輪安裝在加載系統的加載頭上，啟動電動機帶 動鼓輪旋轉，啟動加載系統，推動加載頭向前移動，使橡膠輪壓向旋轉的鼓輪。橡膠輪壓在 鼓輪上后，在摩擦力的作用下被動旋轉，提升電機轉速，使機輪軸承旋轉達到額定轉速。此 時利用液壓加載系統對軸承實施沖擊加載，瞬間提升液壓缸輸入壓力，使橡膠輪壓向高速 旋轉的鼓輪；沖擊加載時，通過載荷傳感器記錄沖擊時載荷上升狀況，載荷值速將在〇. 2s 左右從零值上升至額定載荷值。同時，橡膠輪壓在鼓輪上后，在摩擦力的作用下被動旋轉， 試驗軸承轉速將在200ms以內達到額定轉速。
[0024] 本發明所述的對滾式被動驅動機輪軸承外圈旋轉的方式，傳動轉速比為鼓輪外徑 和橡膠輪外徑之比，本發明所述的用于安裝機輪軸承的小型橡膠輪的外徑遠小于實際機輪 外徑，這使得在鼓輪同等尺寸同等轉速情況下，機輪軸承能獲得更高旋轉速度，為研制更高 轉速的機輪軸承成為可能。
[0025] 本驅動裝置無需為試驗軸承配備陪試軸承，打破了常規軸承驅動裝置受陪試軸承 最高轉速限制的局限性。剔除了陪試軸承，使得對試驗軸承溫度的測量不再受陪試軸承的 干擾，為軸承試驗提供了準確可靠的試驗數據。
[0026] 本發明的飛機機輪軸承外圈旋轉內圈固定的驅動裝置，不僅能為軸承試驗機提供 動力，使試驗軸承按規定的轉速旋轉，并且能承受軸承的動、靜載荷和沖擊載荷試驗的載 荷，承受載荷大，轉速高，可應用于國內眾多軸承試驗機的驅動裝置部分，如飛機發動機軸 承試驗機等。
[0027] 本發明是一種可模擬飛機機輪軸承實際使用工況的試驗設備，航空機輪軸承類試 驗機可在本發明的基礎上達到模擬飛機在起飛、高速滑行、著陸時沖擊瞬間、側偏著陸以及 停止過程中機輪軸承受力工況、試驗條件等使用工況狀態，可全面地反映機輪軸承的工況， 以對其強度、壽命進行準確的評估，為研究高轉速、重負荷的航空機輪軸承提供可信的試驗 依據，可有效縮短其研制周期。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1 :本發明結構示意圖。
[0029] 圖2 :鼓輪的結構示意圖，其中，2a是正視圖，2b是側視圖。
[0030] 圖3 :橡膠輪的結構示意圖，其中，3a是側視圖，3b是正視圖。
[0031] 圖4 :本發明與試驗軸承的配合示意圖。
[0032] 圖中：
[0033] 1.三相交流變頻調速異步電機；2.離合器；3.軸承座；4.鼓輪；5.輪軸；6.橡膠 輪；7. U形加載頭；8.加載軸；9.制動器；10.軸套；11.制動盤；12.試驗軸承；13.圓螺母； 14.聯軸器；15.橡膠層；16.鋼圈。
【具體實施方式】
[0034] 本實施例是一種用于某飛機機輪軸承負荷沖擊試驗機的驅動裝置，所述驅動裝置 通過對滾式轉動方式被動驅動機輪軸承。本實施例包括電機1、離合器2、軸承座3、鼓輪4、 輪軸5橡膠輪6、制動器9和聯軸器14。所述電機1采用三相交流變頻調速異步電機。
[0035] 本實施例中，離合器2安裝在電機1的輸出軸上。輪軸5安裝在2個軸承座上，并 使該輪軸的一端通過聯軸器14與離合器2 -端的法蘭連接。鼓輪4通過鍵安裝在所述輪 軸5上并位于所述2個軸承座之間。鼓輪4的外圓周表面與安裝在加載裝置上的橡膠輪6 的圓周表面摩擦配合。所述橡膠輪6套裝在試驗軸承的外圈上。制動盤11通過法蘭固定 在橡膠輪6的一個端面上，并使該制動盤11的制動碟片位于制動器9的制動夾片中。所述 制動器9的上端固定在加載裝置中的加載基板下表面。
[0036] 所述的鼓輪4由42CrMo鍛造制成，單腹板結構，直徑為1200mm，寬340mm，自重 9KN，沿中心線轉動慣量198Kg. m2。
[0037] 所述的離合器2米用電磁失電離合器DLM2-400,響應時間0· 5 s，額定動力矩 4000Nm，允許最高轉速1600rpm。
[0038] 所述的輪軸5材料采用34CrMolA，自重3. 5KN，沿中心線轉動慣量62Kg. m2。輪軸 需進行超聲波探傷檢查，確認其完整度。
[0039] 調制處理后輪軸縱向：抗拉強度σ b彡700MPa，屈服強度σ s彡600MPa
[0040] 沖擊吸收功ak彡60N/cm2,斷后伸長率δ彡15%
[0041] 斷面收縮率Ψ彡40%
[0042] 加載頭7的加載基板固定安裝在加載裝置的活動板下表面。加載軸8的兩端分別 固定在U形加載頭7的兩個加載臂16上。試驗軸承21安裝在加載軸8的中部。橡膠輪6 套裝在所述試驗軸承的外圈上。制動盤20套裝在加載軸上，并且該制動盤上的法蘭與橡膠 輪6的一個端面固定連接。所述制動盤的制動碟片位于制動器9的制動夾片中。所述制動 器9的上端位于加載頭內并固定在加載基板15的下表面。
[0043] 所述加載頭7的外形為矩形，由加載基板15和兩個加載臂16組成。兩個加載臂16 對稱地位于所述加載基板15下表面長度方向的兩側，在所述加載頭下表面形成"U"形。各 加載臂16的下端有與軸套19的安裝孔，加載軸的兩端分別固定安裝在所述的軸套19內。
[0044] 所述的橡膠輪6為套筒狀，由鋼圈18和橡膠層17組成。所述鋼圈18兩端的孔徑 與試驗軸承21的外徑相同，并在鋼圈18的內孔兩端有試驗軸承21的定位軸肩。鋼圈18 殼體一端的端面勻布有四個制動盤安裝孔。鋼圈18的外表面包覆有橡膠層17。
[0045] 所述的鋼圈18,材料采用40Cr。所述橡膠層17材料為氫化丁腈橡膠，其硬度為 90±2,扯斷強度彡20MPa，扯斷伸長率彡200%，橡膠與金屬粘合強度彡15MPa。
[0046] 所述的橡膠輪需做動平衡試驗，消除高速跳動。
[0047] 所述的制動盤20為套筒狀。該制動盤的內徑大于加載軸的外徑。制動盤的一端 有與橡膠輪上的鋼圈配合的法蘭，制動盤的另一端有徑向凸出的制動碟片。該制動碟片的 外徑需能夠與制動器9的兩個制動夾片配合。所述制動碟片的厚度小于所述兩個制動夾片 之間的間距。
[0048] 所述制動器9采用常規的碟式制動器。
[0049] 實施中，試驗軸承12 -組兩套安裝于橡膠輪6內，并通過圓螺母13緊固安裝在加 載軸8上。加載軸8通過兩端的軸套18安裝于U型加載頭7上。
[0050] 本實施例中，試驗軸承最高轉速為7100r/min，橡膠輪直徑為248mm，鼓輪直徑為 1200mm，橡膠輪與鼓輪對滾旋轉時的線速度相同：248X7100 = 1200XV，得出鼓輪轉速V = 1468r/min，即電機轉速1468r/min。三相交流變頻調速異步電機1選用功率630KW、轉速 1490rpm四極電動機。
[0051] 本實施例中，模擬此機型機輪軸承的重載荷沖擊，動態加載時軸承轉速為 7100rpm，徑向載荷為275KN。
[0052] 西安航空制動科技有限公司在申請號為2014102708950的發明創造中公開了一 種軸承試驗機的加載裝置。本實施例與所述軸承試驗機的加載裝置配合使用。
[0053] 所述的加載裝置包括液壓缸、固定板、載荷傳感器、立柱、活動板、橡膠輪、加載頭、 加載軸、制動器和制動盤。其中：
[0054] 所述活動板下表面有導軌槽，加載頭7的加載基板安裝在該導軌槽內。加載頭7 位于所述活動板下表面的導軌槽的幾何中心與活動板的幾何中心重合，并且該導軌槽的長 度方向與加載頭7的長度方向一致。所述導軌槽的長度方向的槽底表面為弧形。該弧形面 的曲率半徑為1800mm。在該導軌槽的兩側壁上對稱均布有用于固定加載頭的螺紋孔。
[0055] 所述加載頭7的上表面為弧面，并且該弧面與所述導軌槽的弧形槽底面配合。兩 個加載臂對稱地位于所述加載基板下表面長度方向的兩側。
[0056] 試驗時，模擬飛機滑行狀態。啟動三相交流變頻調速異步電機1通過離合器2、聯 軸器14帶動鼓輪4低速旋轉，加載裝置推動安裝了試驗軸承12的橡膠輪6壓向低速旋轉 的鼓輪4,橡膠輪6在與鼓輪4之間摩擦力的作用下被動旋轉，垂直加載實現軸承的徑向加 載，此時再提升三相交流變頻調速異步電機1轉速帶動鼓輪4旋轉速度，即提升試驗軸承12 旋轉速度至額定旋轉速度。
【權利要求】
1. 一種使飛機機輪軸承外圈旋轉內圈固定的驅動裝置，其特征在于，包括電機、離合 器、軸承座、鼓輪、輪軸和聯軸器；其中：離合器安裝在電機的輸出軸上；輪軸安裝在2個軸 承座上，并使該輪軸的一端通過聯軸器與離合器一端的法蘭連接；鼓輪通過鍵安裝在所述 輪軸上并位于所述2個軸承座之間；鼓輪的外圓周表面與安裝在加載裝置上的橡膠輪的圓 周表面摩擦配合；所述橡膠輪套裝在試驗軸承的外圈上；制動盤通過法蘭固定在橡膠輪的 一個端面上，并使該制動盤的制動碟片位于制動器的制動夾片中；所述制動器的上端固定 在加載裝置中的加載基板下表面。
2. 如權利要求1所述一種使飛機機輪軸承外圈旋轉內圈固定的驅動裝置，其特征在 于，試驗軸承與橡膠輪的最高轉速相同，橡膠輪直徑為248mm ;鼓輪直徑為1200mm ;橡膠輪 與鼓輪對滾，故橡膠輪的線速度與鼓輪的線速度相同。
【文檔編號】G01M13/04GK104111171SQ201410293088
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】鄧偉林, 張煒, 姚劍峰, 楊薇, 程衛平, 肖繼平 申請人:西安航空制動科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
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