CN100485345C - 直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机。其特征是：支承框架(1)上的轴承孔内安装直升机旋翼轴向铰轴承(9)，轴(8)安装在轴承(9)的内圈中，轴(8)的右端带轴肩，左端安装轴承(6)和两个圆螺母(5)，在轴承(6)的外侧有一个套筒(15)，轴向加载油缸(3)的活塞杆通过一个球铰与套筒(15)的左端部相连，轴向加载油缸(3)的缸体通过一个球铰与支承框架(1)相连，在套筒(15)的外侧固联着一个同心圆盘(7)，在同心圆盘(7)的左端面上分别通过球铰连接四个加载油缸(2，4，22，23)，这四个油缸又分别通过球铰与支承框架(1)相连，在同心圆盘(7)的外圆周面上通过两个球铰连接两个加载油缸(14，21)，加载液压缸(14，21)分别通过球铰与支承框架(1)相连。在疲劳实验中该机通过各种加载方式真实模拟旋翼轴向铰轴承的工作载荷和旋翼的真实角速度、角加速度等参数，从而代替疲劳试验中的直升机旋翼，本发明在保证旋翼轴向铰轴承疲劳试验真实、可靠的前提下，大大的减少旋翼轴向铰轴承疲劳试验的成本。

Description

直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机

技术领域

本发明涉及一种直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机。

背景技术

直升机是旋翼飞行器的一种，是以旋翼作为其主要升力来源的垂直起落机。直升机飞行所需的力是靠旋翼旋转产生的，旋翼轴接近于铅垂，产生向上的拉力以克服直升机重量；同时，旋翼又可通过操纵机构操纵，产生向前、向后、向左、向右的水平分力，因此，直升机能垂直起落、空中悬停、向前后左右各个方向飞行。

可见旋翼系统是直升机最重要的部件之一，旋翼系统性能的优劣对直升机的飞行安全性、机动性、可靠性和服役期的长短均有决定性的影响。旋翼上承受最大交变应力的部位是旋翼的根部，此处也是应力集中最严重的部位。为了减小旋翼根部的应力集中，以提高旋翼的疲劳寿命，一般直升机旋翼根部都设计有三个铰链：即轴向铰、水平铰、垂直铰，多数直升机的这三个铰链都采用滚动轴承，这些轴承均承受很大的交变载荷，并且各轴承都不是整周旋转，而是作高频小角度往复摆动，其受力、工况、润滑等条件很差。其中轴向铰轴承是旋翼系统中最主要的支承零件之一。故旋翼轴向铰轴承疲劳寿命的科学准确的评价对直升机旋翼系统以及整个直升机的设计、使用、保养等均有重要影响，而旋翼轴向铰轴承的疲劳寿命的科学准确评价的基础是进行大量的疲劳试验。

过去直升机旋翼轴向铰轴承的疲劳实验多采用将旋翼轴向铰轴承直接安装在旋翼系统中，并使旋翼系统按照接近真实的直升机飞行过程，作各种角速度、角加速度下的旋转运动。为了能准确评价旋翼轴向铰轴承的疲劳寿命，疲劳实验的抽样样本要足够大，即进行疲劳试验的轴向铰轴承的组数必须足够多，进行旋翼轴向铰轴承疲劳实验使用的旋翼就不得不在交变载荷的作用下长期工作；而旋翼轴向铰轴承疲劳实验使用的旋翼必须是直升机的真实旋翼，才能使旋翼轴向铰轴承的实验载荷接近工作过程中的真实载荷，而直升机旋翼的疲劳寿命是一定的，故在实验过程中经常发生旋翼本身疲劳破坏的现象，必须经常更换。由于旋翼的制造成本很高，这就使得旋翼轴向铰轴承疲劳试验得成本太大。同时由于直升机旋翼的直径尺寸一般都在20米到40米之间，故旋翼轴向角轴承疲劳试验所需占用的实验场地很大。另外由于直升机旋翼的转动惯量很大，故使其加减速旋转所需的起动和制动力矩也很大，必须使用大功率电机驱动，因此旋翼轴向铰轴承疲劳实验的能量消耗也很大。

本发明的目的在于提供一种直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机，这种疲劳试验机能够在旋翼轴向铰轴承疲劳实验中通过各种加载方式真实模拟旋翼轴向铰轴承的工作载荷和旋翼的真实角速度、角加速度等参数，从而代替疲劳试验中的直升机旋翼，该发明在保证旋翼轴向铰轴承疲劳试验真实、可靠的前提下，大大的减少旋翼轴向铰轴承疲劳试验的成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在支承框架的轴承孔内安装直升机旋翼轴向铰轴承，轴安装在轴承的内圈中，轴的右端带轴肩，左端安装轴承和两个圆螺母，在轴承的外侧有一个套筒，轴向加载油缸的活塞杆通过一个球铰与套筒的左端部相连，轴向加载油缸的缸体通过一个球铰与支承框架相连。在套筒的外侧固联着一个同心圆盘，在同心圆盘的左端面上分别通过球铰连接四个加载油缸，这四个油缸又分别通过球铰与支承框架相连，在同心圆盘的外圆周面上通过两个球铰连接两个加载油缸，加载液压缸分别通过球铰与支承框架相连。轴上还固联着一个摇杆，摇杆通过铰链与连杆相连，连杆通过铰链与曲柄相连，曲柄与减速器的输出轴固联。在轴的最右端安装一个轴承，轴承的外侧安装一个套筒，在套筒上通过球铰连接两个加载油缸，油缸分别通过球铰与疲劳试验机支承框架相连。四个加载油缸在空间的位置为均布，即四个加载油缸与圆盘相连接的四个球铰位于圆盘左端面上的同一圆周上，并且相互间隔90°，四个加载油缸和轴向加载油缸的轴线彼此平行。在轴上固联一个摇杆，摇杆通过铰链与连杆相连，连杆通过铰链与曲柄相连，曲柄与减速器的输出轴固联，减速器的输入轴与伺服电机的输出轴连接。

附图说明

图1为直升机旋翼轴向铰轴承专用疲劳试验机示意图；

图2为直升机旋翼轴向铰轴承专用疲劳试验机俯视图。

在图1、图2中，1.支承框架，2.第一加载油缸，3.轴向加载油缸，4.第二加载油缸，5.圆螺母，6.轴承，7.同心圆盘，8.轴，9.轴向铰轴承，10.轴承，11.第三加载油缸，12.摇杆，13.连杆，14.第四加载油缸，15.第一套筒，16.伺服电机，17.联轴器，18.减速器，19.曲柄，20.第五加载油缸，21.第六加载油缸，22.第七加载油缸，23.第八加载油缸，24.第二套筒。

具体实施方式

图1为本发明公开的一个实施例，在疲劳试验机的支承框架1上的轴承安装孔内安装直升机旋翼轴向铰轴承9，在直升机上该轴承一般同时安装5到7个，因此本疲劳试验机上也相应地安装5到7个，轴8安装在轴向铰轴承9的内孔中，旋翼轴向铰轴承9的内环与轴8的配合性质以及旋翼轴向铰轴承9的外圈与支承框架1的安装孔的配合性质都和直升机的真实安装情况相同。轴8的右端带轴肩，左端安装轴承6和两个圆螺母5，在轴承6的外侧安装一个第一套筒15，轴向加载油缸3的活塞杆通过一个球铰与第一套筒15的左端部相连，轴向加载油缸3的缸体通过一个球铰与支承框架1相连，轴向加载油缸3的轴线与轴8的轴线重合。在第一套筒15的外侧固联着一个同心圆盘7，在圆盘7的左端面上分别通过球铰连接第一加载油缸2、第二加载油缸4、第七加载油缸22、第八加载油缸23的活塞杆，第一加载油缸2、第二加载油缸4、第七加载油缸22、第八加载油缸23的缸体又分别通过球铰与疲劳试验机支承框架1相连。第一加载油缸2、第二加载油缸4、第七加载油缸22、第八加载油缸23在空间的位置为均布，即第一加载油缸2、第二加载油缸4、第七加载油缸22、第八加载油缸23与圆盘7相连接的四个球铰位于圆盘7左端面上的同一圆周上，并且相互间隔90°，其中第一加载油缸2、第二加载油缸4位于铅垂平面内。第一加载油缸2、第二加载油缸4、第七加载油缸22、第八加载油缸23和轴向加载油缸3的轴线彼此平行。在圆盘7的外圆周面上通过两个球铰连接第四加载油缸14、第六加载油缸21，第四加载油缸14、第六加载油缸21分别通过球铰与支承框架1相连，其中第四加载油缸14与第一加载油缸2、第二加载油缸4处于同一个铅垂面内，第六加载油缸21处于与第四加载油缸14相垂直的平面内。在轴8上还固联着一个摇杆12，摇杆12通过铰链与连杆13相连，连杆13通过铰链与曲柄19相连，曲柄19与减速器18的输出轴固联，伺服电机16通过联轴器17与减速器18的输入轴相连，驱动电机也可以用步进电机和普通直流或交流电机。在轴8的最右端安装一个轴承10，轴承10的外侧安装一个第二套筒24，在第二套筒24上通过球铰连接第三加载油缸11、第五加载油缸20，第三加载油缸11、第五加载油缸20分别通过球铰与疲劳试验机支承框架1相连，第三加载油缸11与第四加载油缸14处于同一平面内，第五加载油缸20与第六加载油缸21处于同一平面内。

科学准确的评价旋翼轴向铰轴承的疲劳寿命，首先必须保证进行旋翼轴向铰轴承疲劳试验时的工况、运动、载荷、润滑等条件与该轴承在工作时的真实情况相吻合。在直升机飞行过程中，其飞行速度的变化是通过改变旋翼迎风角实现的，所谓旋翼迎风角的改变就是旋翼相对于直升机桨毂转动一个角度，也就是旋翼轴向铰轴承摆动一个角度，由于直升机飞行速度的变化是非常频繁的，故作为旋翼的轴向铰轴承要作高频的小角度往复摆动。在直升机飞行过程中旋翼轴向铰轴承的受力情况是：1、承受旋翼高速旋转产生的离心力；2、旋翼在旋转面(与旋翼驱动轴垂直的平面)内的振动产生的径向力和弯矩；3、旋翼在挥舞面(旋翼对称中心线与旋翼驱动轴构成的平面)内的振动产生的径向力和弯矩；4、垂直铰和水平铰的轴承摩擦力。在本发明中，伺服电机16通过联轴器17、减速器18、曲柄19、连杆13、摇杆12和轴8实现旋翼轴向铰轴承的往复摆动。由于伺服电机16的转动速度可任意设定，故能真实模拟旋翼轴向铰轴承在直升机飞行过程中的运动。轴向加载油缸3给旋翼轴向铰轴承施加轴向拉力，通过液压系统的控制可使该力真实模拟旋翼的离心拉力；通过第一加载油缸2的推或拉和第二加载油缸4的拉或推可给旋翼轴向铰轴承施加挥舞面内的弯矩；通过第八加载油缸23的推或拉和第七加载油缸22的拉或推可给旋翼轴向铰轴承施加旋转面内的弯矩；通过第四加载油缸14和第六加载油缸21可给旋翼轴向铰轴承施加挥舞面内和旋转面内的径向载荷；通过第三加载油缸11和第五加载油缸20可给旋翼轴向铰轴承施加垂直铰和水平铰的轴承摩擦力。

Claims (6)

1.一种直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机，包括轴向加载油缸(3)、圆螺母(5)、轴承(6)、伺服电机(16)、联轴器(17)和减速器(18)，其特征是：在疲劳试验机的支承框架(1)上的轴承孔内安装直升机旋翼轴向铰轴承(9)，轴(8)安装在轴向铰轴承(9)的内圈中，轴(8)的右端带轴肩，左端安装轴承(6)和两个圆螺母(5)，在轴承(6)的外侧有一个套筒(15)，轴向加载油缸(3)的活塞杆通过一个球铰与第一套筒(15)的左端部相连，轴向加载油缸(3)的缸体通过一个球铰与支承框架(1)相连；在套筒(15)的外侧固联着一个同心圆盘(7)，在同心圆盘(7)的左端面上分别通过球铰连接第一加载油缸(2)、第二加载油缸(4)、第七加载油缸(22)、第八加载油缸(23)，第一加载油缸(2)、第二加载油缸(4)、第七加载油缸(22)、第八加载油缸(23)又分别通过球铰与支承框架(1)相连；在同心圆盘(7)的外圆周面上通过两个球铰连接第四加载油缸(14)、第六加载油缸(21)，第四加载油缸(14)、第六加载油缸(21)分别通过球铰与支承框架(1)相连。

2.根据权利要求1所述的直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机，其特征是：在轴(8)上固联一个摇杆(12)，摇杆(12)通过铰链与连杆(13)相连，连杆(13)通过铰链与曲柄(19)相连，曲柄(19)与减速器(18)的输出轴固联，减速器(18)的输入轴与伺服电机(16)输出轴连接。

3.根据权利要求1或2所述的直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机，其特征是：在轴(8)的最右端安装一个轴承(10)，轴承(10)的外侧安装一个第二套筒(24)，在第二套筒(24)上通过球铰连接第三加载油缸(11)、第五加载油缸(20)，第三加载油缸(11)、第五加载油缸(20)分别通过球铰与疲劳试验机支承框架(1)相连。

4.根据权利要求1所述的直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机，其特征是：第一加载油缸(2)、第二加载油缸(4)、第七加载油缸(22)、第八加载油缸(23)在空间的位置为均布，即第一加载油缸(2)、第二加载油缸(4)、第七加载油缸(22)、第八加载油缸(23)与圆盘(7)相连接的四个球铰位于圆盘(7)左端面上的同一圆周上，并且相互间隔90°，其中第一加载油缸(2)、第二加载油缸(4)位于铅垂平面内；第一加载油缸(2)、第二加载油缸(4)、第七加载油缸(22)、第八加载油缸(23)和轴向加载油缸(3)的轴线彼此平行。

5.根据权利要求1所述的直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机，其特征是：第四加载油缸(14)与第一加载油缸(2)、第二加载油缸(4)处于同一个铅垂面内，第六加载油缸(21)处于与第四加载油缸(14)相垂直的平面内。

6.根据权利要求1所述的直升机旋翼轴向铰轴承疲劳试验机，其特征是：第三加载油缸(11)与第四加载油缸(14)处于同一平面内，第五加载油缸(20)与第六加载油缸(21)处于同一平面内。