某型桨距操纵杆结构优化及试验验证.pdf

某型桨距操纵杆结构优化及试验验证潘梨花谭元球(中国航发湖南动力机械研究所湖南 株洲)摘 要:基于 件优化前的全尺寸桨距操纵杆的高周疲劳试验结果对疲劳薄弱处进行改进优化然后进行试验验证优化后的桨距操纵杆安全寿命得到了显著提高具有足够的寿命裕度这表明本文采用的优化方法合理可适用于桨距操纵杆等直升机零件的优化设计及试验验证关键词:桨距操纵杆高周疲劳疲劳试验中图分类号:.文献标志码:./.():.:收稿日期 作者简介 潘梨花()女硕士主要从事航空发动机与直升机传动系统结构强度设计与试验技术研究工作 引 言直升机尾减桨距操纵杆安装在尾减内部是通过尾伺服系统往复运动达到改变尾桨距的关键件其作用为调整尾桨叶的倾斜角度进而控制直升机的飞行方向 桨距操纵杆工作中主要承受轴向力、弯矩交变载荷属高周疲劳结构 为避免因高周疲劳失效而产生灾难性后果通常参照军用直升机强度 规 范 第 部 分:机 体 结 构 和 系 统 强 度()和运输类旋翼航空器适航规定()第 条“金属结构的疲劳容限评定”等要求进行疲劳强度设计根据试验结果对该结构进行疲劳寿命评估判断其是否满足寿命指标要求对于直升机传动系统杆类零件来说应力集中是导致结构高周疲劳强度急剧降低的主要因素 疲劳强度设计主要是通过采取有效措施改善零件的疲劳品质如选择抗裂纹萌生和抗裂纹扩展性能好的材料采用降低应力水平的细节设计选择减小零件交变应力幅的适当结构形式与结构参数采用表面强化、表面保护等有助于提高疲劳强度的工艺措施等本文基于 件桨距操纵杆高周疲劳试验结果从试验疲劳裂纹起源位置分析原因从改善操纵杆挡肩圆角应力水平的角度进行细节优化并对优化后的桨距操纵杆进行高周疲劳试验验证 经验证可知优化后的桨距操纵杆寿命得到显著提高具有足够的寿命裕度这表明本文采用的优化方法合理为桨距操纵杆等直升机零件的优化设计、试验验证及寿命评估提供了参考 试验分析及寿命评估 结构简介某直升机尾减桨距操纵杆为空心结构材料为高强度钢()结构示意图见图 其中桨距操纵杆长度 中段外径 轴肩圆角半径(见图 圆角)圆角深度 图 桨距操纵杆结构示意图 试验方法桨距操纵杆在工作中承受较大的轴向力和弯矩载荷 试验时在 处施加轴向力和弯矩载荷在 处进行固定(如图 所示)桨距操纵杆保持不动运用多通道协调加载设备实现弯矩矢量绕桨距操纵杆轴线旋转施加 试验载荷值根据零件受力情况确定本试验桨距操纵杆第 级试验载荷见表 加载坐标系方向如图 所示 如果试验件在第 级试验载荷作用下未发生破坏则在前 级试验载荷的基础上提载 继续试验 万次 以此类推直至试验件破坏或循环数足够终止试验 试验加载频率及波形如图 所示加载频率为 表 试验载荷(第 级)轴向力/弯矩/循环次数/万次 试验结果对 件桨距操纵杆完成高周疲劳试验试验件均发生了破坏试验结果见表 试验件高周疲劳裂纹荧光显示见图 由表 及图 可知 、试验件分别进行至第、级载.工程与试验 .图 试验载荷时间曲线荷时发生破坏裂纹位置均发生在桨距操纵杆挡肩圆角处此处为应力集中位置表 优化前桨距操纵杆试验结果试验件载荷级有效循环/万次是否产生裂纹 第 级否第 级 是 第 级否第 级否第 级否第 级否第 级是第 级否第 级否第 级是图 试验件裂纹位置荧光显示 寿命评估采用常规寿命评估方法根据安全 曲线和飞行载荷谱采用 累积损伤准则计算桨距操纵杆疲劳寿命 桨距操纵杆高周疲劳寿命为 疲劳寿命裕度较低 考虑到试验件裂纹位置均发生在挡肩圆角处此处为结构较薄弱部位为桨距操纵杆疲劳寿命关键区域 从可靠性和安全性角度出发对操纵杆进行优化设计降低圆角处的应力水平提高疲劳寿命 优化设计及验证 优化设计结构内凹和外凸这两种形式的圆角都能有效降低应力集中水平 考虑到外凸结构在装配时会引起操纵杆挡肩安装干涉不适用于本桨距操纵杆优化 因此本文优化设计不改变原来的结构形式通过适当加大圆角半径 来降低应力水平 桨距操纵杆优化方案共 个各方案圆角半径 见表 有限元计算在单位载荷(弯矩)作用下各仿真模型最大主应力见表 应力分布如图 所示 可以看出最大主应力位于挡肩圆角处 各优化方案关键区域挡肩处圆角半径 越大应力水平越低疲劳寿命越长 考虑到圆角半径 增大的同时会使挡肩面积减小影响装配效果 立足寿命设计的指标要求结合优化前的试验结果综合考虑各方案计算寿命及潜在的问题最终选定优化方案 即圆角半径 表 设计方案应力对比设计方案圆角半径/最大主应力/应力下降比值 优化前 优化 优化 优化 优化 图 最大主应力分布 试验验证对优化后的桨距操纵杆进行高周疲劳试验从第 级载荷开始(即表 第 级载荷的 倍)加载完成第 级载荷试验后检查试验件未发现裂纹达到验证目的试验终止试验结果见表 表 优化后桨距操纵杆试验结果载荷级等效弯矩/有效循环/万次是否产生裂纹第 级 否第 级 否第 级 否第 级 否 使用相同的寿命计算方法计算出优化后桨距操纵杆疲劳寿命为 满足 寿命要求具备充足的寿命裕度 与优化前的寿命()相比优化后的桨距操纵杆疲劳寿命得到了显著提高.潘梨花等:某型桨距操纵杆结构优化及试验验证 结 论()桨距操纵杆裂纹位置均在挡肩圆角处为疲劳薄弱部位 经有限元计算及分析适当增大零件挡肩圆角半径 可有效降低圆角处的应力水平提高疲劳寿命()经试验验证优化后的桨距操纵杆疲劳寿命显著提高表明本文采用的优化方法合理适用于桨距操纵杆等直升机零件的优化设计及试验验证参考文献张海.某型直升机尾桨桨距操纵杆断裂故障分析.航天制造技术():.中国人民解放军总装备部.军用直升机强度规范 第 部分:机体结构和系统强度:.北京:总装备部军标出版发行部:.交通运输部办公厅.运输类旋翼航空器适航规定:.张成成姚卫星.典型缺口件疲劳寿命分析方法.航空动力学报():.阳新元.四参数定寿法在国产化零部件疲劳定寿中的应用.上海交通大学.宁向荣陈伟蔡显新等.四参数疲劳定寿方法.航空动力学报():.雷继军韩致信.异形截面轴肩的应力集中特征.兰州理工大学学报():.(上接第 页)图 测试集检测结果 为方便现场应用在 操作系统下基于 语言 深度学习框架开发的检测系统软件界面如图 所示该系统能有效识别出预设的 种工件图 软件界面图 结束语针对生产线上待加工工件种类识别问题本文提出了一种标识自动识别系统 首先设定待测工件种类然后获取图片并进行图片预处理接着基于 进行标识识别最后根据结果判断继续加工或者发出警报 试验结果表明本文的检测方法可以有效地进行工件自动识别 防止误加工具有一定的应用价值参考文献蒋桂平赖显渺凌维生.中国制造 与工业.的必然性分析.装备制造技术():.中国工业机器人市场研究报告.机器人产业():.唐茂俊黄海松张松松等.改进的 在焊缝缺陷检测中的应用.组合机床与自动化加工技术():.朱立忠李肖静李文欣.基于 的汽车涂胶缺陷检测.沈阳理工大学学报():.:.():.().:.欢迎订阅 欢迎刊登广告联 系 人:孙松野联系电话:工程与试验 .