某型飞机地板网格保型架转轴接头强度分析.pdf

教练机TRA/NERAVIC某型飞机地板网格保型架转轴接头强度分析付慧桥1,丁先良 1,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,330 0 9 5;2.航空工业洪都,江西南昌,330 0 9 5)摘要：某型飞机地板网格保型架通过输人转轴接头带动并支撑保型架翻转，从而带动地板网格从垂直状态翻转为水平状态。对保型架翻转过程中输入的转轴接头进行了受力分析，并校核了转轴强度、转轴与转轴固定板的焊接强度以及转轴固定板与保型架连接的强度。关键词：保型架；翻转；输入转轴接头；受力分析；强度校核Strength Analysis of Jig Shaft Joint for a Certain Aircraft Floor GridFu Huiqiao,Ding Xianliang,Yu Dejun,Wang Li?(1.AVIC Jiangxi Hongdu Commercial Aircraft Co.,Nanchang,Jiangxi,330095;2.AVIC HONGDU,Nanchang,Jiangxi,330095)Abstract:The jig of floor grid of a certain aircraft is driven and supported to flip by the input shaft joint,thereby driving the floor grid to flip from a vertical state to a horizontal state.The force analysis is conduct-ed on the input shaft joint during the flip process of jig.The shaft strength,the welding strength of shaft andshaft fixing plate,and the connection strength of shaft fixing plate and jig are verified.Key words:Jig;Flip;Input shaft joint;Force analysis;Strength verification翻转，支撑转轴接头用于保型架翻转时起到支撑作用叫。0引言如图2 所示，输入转轴接头由转轴及转轴固定板某型飞机地板网格保型架（下面简称“保型架”）焊接组成，焊接固定板上开有8 个螺栓孔及2 个圆柱由客舱地板网格翻转架（下面简称“翻转架”)带动从销孔，用于与保型架连接。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人转轴接头（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，带动并支撑保型架输人转轴接头图1保型架及转轴结构示意图支撑转轴接头作者简介：付慧桥，男，19 8 0 年10 月出生，高级工程师。32|教练机2 0 2 3.NO.2专题研究3结果分析及结构优化转轴固定板转轴图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10 kg，即平稳力（F)和增量推力(F2)之和不大于10 kg：Fi+F210kg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：Fn=m9.81=4570 x9.81=44831.7N机身客舱地板网格克服摩擦力绕翻转轴输出扭矩为：M,=Fnrn=302614Nmn减速器传动比为=47.5，减速器传动效率7 0%，手动摇杆端所需输出力矩为：M=M/(in)=9101.17Nmm摇臂长L=225mm，为克服摩擦力的摇臂输人载荷为：Fi=4.12kg由Fi+Fz10kg可知,用于加速的增量推力（F2)需满足:Fz5.88kg取F=5.88kg，减速器传动效率7 0%，摇臂长L=225mm。则摇臂有效输人扭矩为：M=F270%L=9075.78Nmm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：Mz=iM=431099.6Nmm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：M=M,+Mz=733713.6Nmm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。故单侧输人转轴接头承受的外载为：F=9.8;m=-22392.87N 2利用ABAQUS软件建立有限元分析模型，首先将CATIA建立的三维模型导人至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1.49 mm,如图3所示；最大复合应力为156 MPa，如图4所示。中心转轴材料为45#钢,热处理至Qi=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：M.S=30转轴强度满足要求。图3转轴变形云图图4转轴应力云图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。焊缝计算强度条件为：gSh6003156-1=0.281:42+00134+004.09:0011.27+0001200011340001:00-009.85:00919008:41-0017.89-0016.97:001625-0015.55-0014.81-00109-0065-001.46+0021.86+001-26001.15-001.04+00937+001833-001729-0016.26+0015.21+0014.174001$13-0012.08+0011.04+001教练机2 0 2 3.NO.233教练机TRA/NERAVICSh=KiObTTTT,=K2.Si=KIK2.b式中：一焊缝的工作正应力,MPa；b一焊件基本材料的抗拉强度,MPa;S,一焊缝的破坏正应力,MPa;K一焊缝的强度削弱系数；T一焊缝的工作剪应力，MPa；T一焊缝的破坏剪应力,MPaK2一焊缝的拉剪系数。缝受剪安全余量为：M.S=-1=1.333T保型架中心转轴与转轴固定板焊接强度满足要求。图7 转轴及固定板焊缝正应力云图O焊缝154图5转轴与转轴固定板焊接示意图B10-000图8 转轴及固定板焊缝剪应力云图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16 mm,2个销钉直径为16 mm，各连接件材料均为45#钢，热处理至,6 0 0 MPa,Ti=图6 转轴与转轴固定板有限元模型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：g=81.7MPa;图8 为焊缝剪应力云图，焊缝最大剪应力为：T=46.3MPa。保型架中心转轴与转轴固定板材料为45#钢，热处理至,600MPa,焊缝的强度削弱系数Ki=0.9,焊缝许用拉应力为：Si=Ki0i=540MPa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：M.S=h-1=1.2030焊缝的拉剪系数K2=0.6,焊缝许用剪应力为：Tj=KrK2:0;=324MPa按工装强度设计要求，安全系数应不小于3，焊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。中心转轴固定板图9 转轴固定板与连接板1结构示意图经分析可知,转轴固定板与连接板1连接区最大连接板34教练机2 0 2 3.NO.2专题研究复合应力为10 6 MPa，如图11所示；最大变形0.7 43mm，如图12 所示。直径为16 mm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：M.S=-1=600-1=0.89303x106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：图10 转轴固定板与连接板1有限元模型4按工装强度设计要求,安全系数应不小于3,16 mm1.06+0029.87+0019.17+00T8.46+0017.76+0017.06+0016.36+0015.65+0014.94+0014.24+0013.53+0012.83+0012.1240011.42+0017.71-002:12+0007.71-002图11转轴固定板与连接板1连接区应力云图7.43-001712-0016.82-0016.51-0016-21-001590-0015.60-0015.30-0014.99-0014.69-0014:98-0014.08-0013:77-0013.47-0013:17-0012.86-001图12 转轴固定板与连接板1连接区变形云图螺栓受拉安全余量为：M.S=,-1=-4.363P16mm螺栓受拉强度满足要求。16mm销钉破坏剪力为：4M.S=11-1=1.053Q16mm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人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。参考文献1汪静，邹衍，丁先良,江鹏.某型飞机地板网格翻转系统输出接头接触仿真分析 J.教练机，2 0 2 0(2):31-34.2张建伟.ABAQUS6.12有限元分析从人门到精通 M.机械工业出版社,2 0 15：17 3-18 7.（收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 8）教练机2 0 2 3.NO.235