脹管脹芯調(diào)隙機構(gòu)“掉尾”問題的深入研究

馬莉

摘要：針對脹管脹芯調(diào)隙機構(gòu)負載-變形曲線尾端出現(xiàn)“掉尾”現(xiàn)象，通過有限元模擬對比了不同脹管結(jié)構(gòu)對“掉尾”現(xiàn)象的影響，總結(jié)出規(guī)避“掉尾”問題的方法。為解決類似問題提供參考依據(jù)。

關(guān)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(yīng)現(xiàn)代飛機性能指標(biāo)的要求，盤式剎車機輪都采用了“自動調(diào)隙回力機構(gòu)”，自動回力調(diào)隙機構(gòu)能自動調(diào)整活塞與壓緊盤之間的間隙，使之符合規(guī)定要求，從而保證剎車性能，提高剎車靈敏度。脹管是自動調(diào)隙機構(gòu)的關(guān)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(dāng)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(nèi)，脹管脹芯的摩擦力在一個平穩(wěn)階段。

2 ?主要研究工作

常用的脹管脹芯結(jié)構(gòu)摩擦力在脹管尾部6～8mm范圍內(nèi)，出現(xiàn)急劇下降，導(dǎo)致剎車裝置在較小剎車壓力作用下，一直處在剎車狀態(tài)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(jié)構(gòu)，通過有限元模擬改進脹管結(jié)構(gòu)的負載-變形曲線對比情況;最后總結(jié)規(guī)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(nèi)徑逐漸擴大至脹芯能夠通過，并產(chǎn)生塑性變形。在產(chǎn)生塑性變形的過程中，將會形成漸變區(qū)與變形區(qū)。脹芯在脹管中部時，由于有后續(xù)材料產(chǎn)生對變形區(qū)張力的阻力，因此拉力值能維持基本不變;當(dāng)脹芯臨近脹管末端時，由于脹管末端沒有后續(xù)材料抵抗變形區(qū)的擴張力，漸變區(qū)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(xiàn)象是脹管本身結(jié)構(gòu)所造成。

2.2 脹管脹芯尾部改進結(jié)構(gòu)

將脹管尾部結(jié)構(gòu)增加內(nèi)倒椎結(jié)構(gòu)或外倒椎結(jié)構(gòu)，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(shù)：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(jié)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(yīng)變硬化來近似模擬材料的實際應(yīng)變硬化行為。經(jīng)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(jié)果：最大力為3280N;與模擬值相差5%左右，模擬方式適合，結(jié)果可信。

2.3.2 改進結(jié)構(gòu)有限元模擬結(jié)果對比

運用2.3.1中的模擬方式及材料參數(shù)，脹管改進結(jié)構(gòu)1為內(nèi)倒椎距尾部4mm開始增厚，尾端增厚0.1mm（以下簡稱：內(nèi)倒椎4-0.1）;脹管改進結(jié)構(gòu)2為內(nèi)倒椎距尾部4mm開始增厚，尾端增厚0.3mm（以下簡稱：內(nèi)倒椎4-0.3）;脹管改進結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?？傮w來講，4種脹管改進結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的影響所致。

3 ?結(jié)論

針對脹管尾部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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：

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