某型飞机地板网格保型架转轴接头强度分析

2023-07-25 11:22付慧桥丁先良于德俊
教练机 2023年2期
关键词:销钉转轴云图

付慧桥,丁先良,于德俊,王 莉

(1.航空工业江西洪都商用飞机股份有限公司,江西 南昌,330095;2.航空工业洪都,江西 南昌,330095)

0 引言

某型飞机地板网格保型架(下面简称“保型架”)由客舱地板网格翻转架(下面简称“翻转架”)带动从而将客舱地板网格从垂直状态翻转至水平状态,并运输至下一站位。翻转架由一个减速器和一个支撑架构成,减速器将人工输出的力矩转化为输出接头上的扭矩,输出接头将扭矩传递给连接在翻转架上的翻转架输入转轴接头(下面简称“转轴”),使保型架绕轴转动。

1 结构分析

如图1 所示,为保型架及转轴结构示意图。保型架两端分别为输入转轴接头及支撑转轴接头,其中输入转轴接头连接翻转架,传递力矩,带动并支撑保型架翻转,支撑转轴接头用于保型架翻转时起到支撑作用[1]。

图1 保型架及转轴结构示意图

如图2 所示,输入转轴接头由转轴及转轴固定板焊接组成,焊接固定板上开有8 个螺栓孔及2 个圆柱销孔,用于与保型架连接。

图2 输入转轴接头结构示意图

2 受力分析

为确保工人能够安全可靠地完成整个翻转过程,假定翻转时翻转启动力不大于10kg,即平稳力(F1)和增量推力(F2)之和不大于10kg:

翻转轴半径r=45mm,摩擦系数s=0.15,保型架和客舱地板网格总重量m=4570kg。

支座承受的压力为:

机身客舱地板网格克服摩擦力绕翻转轴输出扭矩为:

减速器传动比为i=47.5,减速器传动效率70%,

手动摇杆端所需输出力矩为:

摇臂长L=225mm,为克服摩擦力的摇臂输入载荷为:

由F1+F2<10kg 可知,用于加速的增量推力(F2)需满足:F2≤5.88kg

取F=5.88kg,减速器传动效率70%,摇臂长L=225mm。 则摇臂有效输入扭矩为:

减速器传动比为i=47.5,后机身客舱地板网格绕翻转轴输出扭矩为:

在保型架启动时,联轴器同时承受摩擦力矩和启动力矩,故联轴器承受的最大力(扭)矩为:

转轴承受的最大载荷为保型架和客舱地板网格最大重量(m=4570kg),由于保型架和客舱地板网格由两个转轴支持。故单侧输入转轴接头承受的外载为:

3 结果分析及结构优化

利用ABAQUS 软件建立有限元分析模型,首先将CATIA 建立的三维模型导入至ABAQUS 中,然后在ABAQUS 中完成模型建立,施加上述分析中的约束、受力情况,并进行仿真分析。

3.1 转轴强度校核

进入ABAQUS 的job 模块[2],提交分析,即可提取应力分析结果。中心转轴最大变形为1.49mm,如图3 所示;最大复合应力为156MPa,如图4 所示。中心转轴材料为45#钢,热处理至σb=600MPa,按工装强度设计要求,安全系数应不小于3,中心转轴抗扭安全余量为:

图3 转轴变形云图

图4 转轴应力云图

转轴强度满足要求。

3.2 转轴与转轴固定板焊接强度校核

保型架中心转轴与转轴固定板焊接,结构示意图如图5 所示,有限元模型如图6 所示。

图5 转轴与转轴固定板焊接示意图

图6 转轴与转轴固定板有限元模型

焊缝计算强度条件为:

式中:σ—焊缝的工作正应力,MPa;

σb—焊件基本材料的抗拉强度,MPa;

Sb—焊缝的破坏正应力,MPa;

K1—焊缝的强度削弱系数;

τ—焊缝的工作剪应力,MPa;

τf—焊缝的破坏剪应力,MPa;

K2—焊缝的拉剪系数。

有限元分析结果如图7 和图8 所示,其中图7 为焊缝拉应力云图,焊缝最大拉应力为:

图7 转轴及固定板焊缝正应力云图

图8 转轴及固定板焊缝剪应力云图

σ=81.7MPa;

图8 为焊缝剪应力云图,焊缝最大剪应力为:

τ=46.3MPa。

保型架中心转轴与转轴固定板材料为45# 钢,热处理至σb≥600 MPa,焊缝的强度削弱系数K1=0.9,焊缝许用拉应力为:

按工装强度设计要求,安全系数应不小于3,焊缝受拉安全余量为:

焊缝的拉剪系数K2=0.6,焊缝许用剪应力为:

按工装强度设计要求,安全系数应不小于3,焊缝受剪安全余量为:

保型架中心转轴与转轴固定板焊接强度满足要求。

3.3 转轴固定板与连接板1 连接强度校核

转轴固定板与连接板1 通过10 个螺栓(销钉)连接,其中8 个螺栓直径为16mm,2 个销钉直径为16mm,各连接件材料均为45#钢,热处理至σb≥600MPa, τb=420MPa。

转轴固定板与连接板1 结构示意图如图9 所示,有限元模型如图10 所示。其中8 个螺栓承受拉力,2个销钉承受剪力。8 个受拉的螺栓使用杆元模拟,2 个销钉使用MPC 模拟。

图9 转轴固定板与连接板1 结构示意图

图10 转轴固定板与连接板1 有限元模型

经分析可知,转轴固定板与连接板1 连接区最大复合应力为106MPa,如图11 所示;最大变形0.743mm,如图12 所示。直径为16mm 的螺栓最大拉力为P=7502.68N,16mm 销钉承受的最大剪力为Q=13727.55N,如图13 所示。

图11 转轴固定板与连接板1 连接区应力云图

图12 转轴固定板与连接板1 连接区变形云图

图13 转轴固定板与连接板1 连接螺栓载荷

按工装强度设计要求,安全系数应不小于3,转轴固定板与连接板1 连接区安全余量为:

转轴固定板与连接板1 连接区强度满足要求。16mm 螺栓破坏拉力为:

按工装强度设计要求,安全系数应不小于3,16mm螺栓受拉安全余量为:

16mm 螺栓受拉强度满足要求。

16mm 销钉破坏剪力为:

16mm 销钉受剪强度满足要求。

4 结语

对飞机地板网格输入转轴接头进行了受力分析,利用ABAQUS 软件建立了地板网格输入转轴接头的有限元分析模型,分析了转轴强度、转轴与转轴固定板的焊接强度以及转轴固定板与保型架的连接强度。根据分析结果可知,该设计满足强度要求。

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