CN102184308B - 试验用模拟传扭转接盘的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种试验用模拟传扭转接盘的设计方法，包括以下步骤：计算实际状态下的撑杆与传扭转接盘的第一刚度比值；初步设计试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘，计算试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的第二刚度比值；调整试验用模拟传扭转接盘的尺寸，使第二刚度比值接近第一刚度比值；以及当第二刚度比值与第一刚度比值的差值在预定范围以内时，确定试验用模拟传扭转接盘的尺寸。根据本发明的试验用模拟传扭转接盘的设计方法，使整个设计过程更加接近真实的加载边界条件，保证了设计出的试验用模拟传扭转接盘具有充分的强度裕度，同时还能够满足与试验用模拟撑杆的刚度比。
Description
技术领域
本发明涉及直升机传动***主减速器静力试验领域，具体而言，涉及一种试验用模拟传扭转接盘的设计方法。
背景技术
传动***主减速器是直升机的关键传动部件，其功能是将两台发动机的动力并车、减速后传输给旋翼和尾传动轴，并将旋翼的气动载荷传递给机身，同时驱动液压泵、交流发电机等直升机附件。根据GJB720-1989“军用直升机强度和刚度规范”、GJB2350-1995“直升机传动***通用规范”的规定、以及JAR29等适航性条例，必需开展传动***主减速器静强度考核试验，试验的主要要求是：验证传动***主减速器对限制载荷具有1.5倍的安全系数，同时应考虑至少1.25倍的铸件系数，而且当铸件系数小于1.5倍时应试验三件。
根据传动***主减速器在直升机上的安装情况，主减速器的支撑结构由四根撑杆和传扭转接盘组成，所有载荷都由四根撑杆和传扭转接盘承受，并传递给机身，且传扭转接盘只承受扭矩和部分剪力，其他载荷都由四根撑杆承受。由于要考虑安全系数和铸件系数，并且主减速器静力试验载荷大于直升机实际飞行时主减速器所承受的载荷，所以试验用的撑杆和传扭转接盘只能采用如图1所示的模拟件。为了真实地模拟主减速器加载边界条件，需要刚度合适的试验用模拟传扭转接盘，使试验用模拟传扭转接盘既具有充分的强度裕度，同时还能满足撑杆与传扭转接盘的刚度比的要求。
发明内容
本发明旨在提供一种能够设计出具有充分的强度裕度，同时还能够满足与试验用模拟撑杆的刚度比的试验用模拟传扭转接盘的设计方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种试验用模拟传扭转接盘的设计方法，包括以下步骤：计算实际状态下的撑杆与传扭转接盘的第一刚度比值；初步设计试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘，计算该试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的第二刚度比值；调整该试验用模拟传扭转接盘的尺寸，使第二刚度比值接近第一刚度比值；以及当第二刚度比值与第一刚度比值的差值在预定范围以内时，确定该试验用模拟传扭转接盘的尺寸。
进一步地，该设计方法还包括：当第二刚度比值与第一刚度比值的差值在预定范围以外时，继续调整试验用模拟传扭转接盘的尺寸，使第二刚度比值接近第一刚度比值。
进一步地，该预定范围为10％。
进一步地，通过在有限元分析软件中输入实际状态下的撑杆与传扭转接盘的尺寸计算第一刚度比值。
进一步地，使用三维设计软件进行试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的初步设计。
进一步地，通过在有限元分析软件中输入试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的尺寸计算第二刚度比值。
进一步地，该设计方法还包括：在确定试验用模拟传扭转接盘的尺寸后，在有限元分析软件中向初步设计的试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘施加轴向力，检验试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的轴向力分配情况，并根据分配情况进一步调整试验用模拟传扭转接盘的尺寸。
进一步地，向试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘施加的轴向力为100kN。
进一步地，分配到试验用模拟传扭转接盘的轴向力为所施加的轴向力的预定比值时，确定试验用模拟传扭转接盘的尺寸。
进一步地，该预定比值小于等于10％。
根据本发明的试验用模拟传扭转接盘的设计方法，以实际状态下的撑杆和传扭转接盘的第一刚度比值为依据，初步设计出试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘并计算二者的第二刚度比值，再通过调整该试验用模拟传扭转接盘的尺寸使第二刚度比值与第一刚度比值接近，最终确定该试验用模拟传扭转接盘的尺寸，这样的方法使整个设计过程更加接近真实的加载边界条件，保证了设计出的试验用模拟传扭转接盘具有充分的强度裕度，同时还能够满足与试验用模拟撑杆的刚度比。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为试验用主减速器的支撑结构示意图；
图2为本发明试验用模拟传扭转接盘设计方法的流程图；
图3a为实际状态的前撑杆的结构示意图；
图3b为实际状态的后撑杆的结构示意图；
图4a为实际状态的传扭装接盘的主视图；
图4b为实际状态的传扭转接盘的俯视图；
图5a为试验用模拟前撑杆的结构示意图；
图5b为试验用模拟后撑杆的结构示意图；
图6a为试验用模拟传扭转接盘的主视图；以及
图6b为试验用模拟传扭转接盘的俯视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明的实施例，提供了一种试验用模拟传扭转接盘的设计方法，如图2所示主要包括以下步骤：计算实际状态下的撑杆与传扭转接盘的第一刚度比值；初步设计试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘，计算该试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的第二刚度比值；调整该试验用模拟传扭转接盘的尺寸，使第二刚度比值接近第一刚度比值；以及当第二刚度比值与第一刚度比值的差值在预定范围以内时，确定该试验用模拟传扭转接盘的尺寸。
在本发明实施例的试验用模拟传扭转接盘的设计方法中，以实际状态下的撑杆和传扭转接盘的第一刚度比值为依据，初步设计出试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘并计算二者的第二刚度比值，再通过调整试验用模拟传扭转接盘的尺寸使第二刚度比值与第一刚度比值接近，最终确定该试验用模拟传扭转接盘的尺寸，这样的方法使整个设计过程更加接近真实的加载边界条件，保证了设计出的试验用模拟传扭转接盘具有充分的强度裕度，同时还能够满足与试验用模拟撑杆的刚度比。
优选地，通过在有限元分析软件中输入实际状态下的撑杆与传扭转接盘的尺寸计算第一刚度比值，其中，撑杆包括前撑杆和后撑杆。例如，图3a和图3b分别示出了实际状态下的前撑杆和后撑杆的尺寸和结构示意图，最后计算出实际状态下的撑杆的刚度为14567.9156×104N/m；图4a和图4b分别示出了实际状态下的传扭转接盘的尺寸和结构示意图，将实际状态下的传扭转接盘的尺寸输入到有限元分析软件中后得到实际状态下的传扭转接盘的刚度为175.8056×104N/m，则实际状态下的撑杆与传扭转接盘的第一刚度比值为82.86。
在计算出了第一刚度比之后，使用三维设计软件进行试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的初步设计，试验用模拟撑杆包括试验用模拟前撑杆和试验用模拟后撑杆，图5a和图5b分别示出了该试验用模拟前撑杆和试验用模拟后撑杆的尺寸和结构示意图，图6a和6b分别示出了试验用模拟传扭转接盘的主视图和俯视图，由于试验载荷大于实际状态下的载荷，试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘采用钢质材料以保证该试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘的强度。
接下来，需要将上述试验用模拟前撑杆和试验用模拟后撑杆以及试验用模拟传扭转接盘的尺寸输入到有限元分析软件中计算第二刚度比值，计算出试验用模拟撑杆的刚度为196259.2978×104N/m；而厚度尺寸为22.5mm和13.4mm的试验用模拟传扭转接盘的刚度计算结果分别为5117.1835×104N/m以及2286.0278×104N/m，第二刚度比值有两个数值可供选择，分别为38.35299和85.85167，按照第二刚度比值与第一刚度比值相差10％以内的预定范围，以数值85.85167作为第二刚度比值确定试验用模拟传扭转接盘的厚度为13.4mm。
如果根据初步设计出的试验用模拟传扭转接盘的厚度计算出的第二刚度比值均与第一刚度比值相差10％以上时，按照厚度与第二刚度比值成反比的关系继续调整试验用模拟传扭转接盘的厚度，直到获得符合要求的试验用模拟传扭转接盘。当然，预定范围可以根据不同型号的试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘进行调整。
在本发明实施例的方法中，采用有限元分析软件进行第一刚度比值和第二刚度比值的计算，提高了运算效率和精度，为调整试验用模拟传扭转接盘的厚度尺寸提供了便利和保证。
从图1中还可以看出，本发明实施例的试验用模拟传扭转接盘的设计方法还包括向试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘施加轴向力，检验该试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的轴向力分配情况。
优选地，向试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘施加的轴向力为100kN，分配到试验用模拟传扭转接盘的轴向力不得超过所施加的轴向力10％，通常在5％至10％的范围内，若满足该条件，确定试验用模拟传扭转接盘的尺寸。还是以厚度分别为22.5mm和13.4mm的试验用模拟传扭转接盘为例，两种试验用模拟传扭转接盘所承受的轴向力分别为26.854kN和7.769kN，分别占100kN轴向力的26.854％和7.769％，因此能够确定厚度为13.4mm的试验用模拟传扭转接盘符合试验要求。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明实施例的试验用模拟传扭转接盘的设计方法以实际状态下的撑杆和传扭转接盘的第一刚度比值为依据，初步设计出试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘并计算二者的第二刚度比值，再通过调整试验用模拟传扭转接盘的尺寸使第二刚度比值与第一刚度比值接近，最终确定试验用模拟传扭转接盘的尺寸，这样的方法使整个设计过程更加接近真实的加载边界条件，保证了设计出的试验用模拟传扭转接盘具有充分的强度裕度，同时还能够满足与试验用模拟撑杆的刚度比。
并且，本发明实施例的试验用模拟传扭转接盘的设计方法采用有限元分析软件进行第一刚度比值和第二刚度比值的计算，提高了运算效率和精度，为调整试验用模拟传扭转接盘的厚度尺寸提供了便利和保证。
另外，在本发明实施例的试验用模拟传扭转接盘的设计方法中，通过向试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘施加轴向力、检验试验用模拟撑杆与试验用模拟传扭转接盘的轴向力分配情况，对试验用模拟传扭转接盘进行了进一步确认，保证设计出的试验用模拟传扭转接盘符合试验要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种试验用模拟传扭转接盘的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算实际状态下的撑杆与传扭转接盘的第一刚度比值；
初步设计试验用模拟撑杆和试验用模拟传扭转接盘，计算所述试验用模拟撑杆与所述试验用模拟传扭转接盘的第二刚度比值；
调整所述试验用模拟传扭转接盘的尺寸，使所述第二刚度比值接近所述第一刚度比值；以及
当所述第二刚度比值与所述第一刚度比值的差值在预定范围以内时，确定所述试验用模拟传扭转接盘的尺寸。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，还包括：当所述第二刚度比值与所述第一刚度比值的差值在所述预定范围以外时，继续调整所述试验用模拟传扭转接盘的尺寸，使所述第二刚度比值接近所述第一刚度比值。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的设计方法，其特征在于，所述预定范围为10%。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的设计方法，其特征在于，通过在有限元分析软件中输入所述实际状态下的撑杆与传扭转接盘的尺寸计算所述第一刚度比值。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的设计方法，其特征在于，使用三维设计软件进行所述试验用模拟撑杆与所述试验用模拟传扭转接盘的初步设计。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的设计方法，其特征在于，通过在有限元分析软件中输入所述试验用模拟撑杆与所述试验用模拟传扭转接盘的尺寸计算所述第二刚度比值。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的设计方法，其特征在于，还包括：在确定所述试验用模拟传扭转接盘的尺寸后，在有限元分析软件中向初步设计的所述试验用模拟撑杆与所述试验用模拟传扭转接盘施加轴向力，检验所述试验用模拟撑杆与所述试验用模拟传扭转接盘的轴向力分配情况，并根据所述分配情况进一步调整所述试验用模拟传扭转接盘的尺寸。
8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，向所述试验用模拟撑杆和所述试验用模拟传扭转接盘施加的轴向力为100kN。
9.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，分配到所述试验用模拟传扭转接盘的轴向力为所施加的轴向力的预定比值时，确定所述试验用模拟传扭转接盘的尺寸。
10.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于，所述预定比值小于等于10%。
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