一种利于抑振的整体式刹车壳体的制作方法

1.本发明涉及飞机机轮刹车系统技术领域，具体是一种利于抑振的整体式刹车壳体。


背景技术：

2.刹车机轮是飞机着陆的关键功能部件，在其刹车制动过程中，由于刹车盘相互摩擦，自身会产生一定振动，同时与飞机机械环境的振动相互重叠影响，但过大的振动或能引起谐振的刹车振动具有较大的危害，轻则影响乘坐舒适性，产生疲劳裂纹，重则导致起落架折断，甚至引发飞机故障或安全事故。近年刹车振动问题频发，而刹车振动又是一个非常复杂的过程，涉及外部系统扰动、内部结构耦合、安装系统的间隙配合及约束刚度等因素，诱发因素很多，涉及的产品零部件及相应配合结构形式很多，其中刹车壳体作为同时承受周向扭转、轴向推力作用，连接汽缸座、刹车盘等主要振动源的关键部件，若增加关键连接传力部件的抑振能力，将明显地改善产品整体振动情况。
3.根据振动系统方面知识，振动系统有三个主要因素，即激励(输入)、系统、响应(输出)，一般三者知其二即可理论求出另一个因素，但实际振动问题往往错综复杂，在设计预测时通过系统识别手段，掌握激励和响应情况从而评估系统的振动特性，即通过评估系统的固有频率并展开设计，从而规避共振现象出现。振动形式主要有单自由度、两自由度、多自由度的自由振动和强迫振动，自由度越多，振动分析越复杂。刹车壳体作为连接、传力部件，若与其他部件配合间隙过大，必然会形成刚度约束不足，从而加剧整体振动倾向。
4.为提高抑振效果，需简化配合安装的零部件或改善连接形式的刚度。
5.西安航空制动科技有限公司在公告号为cn106394877a的发明专利中公开了一种飞机刹车装置的刹车壳体和承压杯，该机构中刹车壳体与承压杯接触表面为弧面接触，虽然提高了刹车壳体与承压杯之间的可靠性，但存在整体连接结构造成振动的可能性。
6.常规刹车壳体通常通过挡块1与汽缸座15进行周向限位、通过卡环2与汽缸座进行轴向限位，如图1所示，而固定块通过限位螺钉3固定在汽缸座限位槽内，整体结构配合零部件多(主要为固定块结构)，传力路径复杂，相应配合间隙较大，不易进行刚度约束控制。


技术实现要素：

7.发明目的：为克服现有技术中存在的刹车壳体需配合安装的零部件较多，会加剧整体振动倾向的问题，本发明提出了一种利于抑振的整体式刹车壳体。
8.技术方案如下：
9.一种利于抑振的整体式刹车壳体，所述壳体为喇叭状，壳体底部中心开有两级台阶孔，远离壳体开口的一级台阶孔侧壁作为周向传扭部位与起落架轴连接，另一级台阶孔与起落架轴配合用于彼此径向限位；
10.壳体外侧面靠近底部一侧为三级台阶面且向靠近底部方向台阶面直径递减；
11.所述壳体通过三级台阶面与气缸座连接固定；
12.所述壳体底部设有护盖用于对气缸座进行轴向限位。
13.进一步，所述一级台阶孔侧壁设有花键作为周向传扭部位；
14.或者所述一级台阶孔侧壁沿周向均匀设有多个凹槽与起落架轴上的键配合作为周向传扭部位。
15.进一步，壳体底部沿周向均匀设有多个轴向减轻孔，所述减轻孔位于两级台阶孔和三级台阶面之间。
16.进一步，所述壳体内侧底部设有环形减轻槽，所述减轻槽位于两级台阶孔和壳体侧壁之间。
17.进一步，所述三级台阶面的中间一级台阶面上设有花键与气缸座的花键配合。
18.进一步，所述三级台阶面的靠近底部一级台阶面上设有止动环槽，所述止动环槽内设有止动环；
19.所述护盖为l形横截面的环形件；护盖的端面通过螺钉与壳体底部端面固定，护盖侧面沿轴向压紧气缸座，并沿径向压紧止动环。
20.进一步，所述壳体开口端为喇叭形外翻边，沿周向均布多个铆钉孔，喇叭形外翻边外表面的铆钉孔区域为与锥形杯外形相匹配的圆弧面；所述锥形杯通过铆钉与喇叭形外翻边铆接；所述锥形杯上用于固定刹车盘的轴向位置。
21.进一步，喇叭形外翻边上设有与周向垂直的加强筋。
22.有益效果
23.1.与起落架轮轴配合时，分离了周向扭力传递结构与配合限位结构，简化传力路径，增加配合限位的接触宽度，提高了接触配合刚度。
24.2.与锥形杯配合部位形成圆弧面，一方面在轴向推力交变时，圆弧面可有效改善不同状态下的接触情况，并通过圆弧面还可以快速恢复原配合状态，利于减少动态波动，另一方面，使承压杯能够随刹车产生的形变在一定空间内转动，避免铆钉断裂，使承压杯脱落。
25.3.对与起落架轮轴、汽缸座、锥形杯等相应零部件的配合公差进行了适当约束，能提升刚度约束能力。通过上述配合结构形式和间隙设计等改进措施，能有效改善刹车壳体与不同连接部位的刚度约束能力，有利于提升抑振能力。
26.4.作为整体式刹车壳体，此刹车壳体具有重量轻、强度高及振动小等特点。
27.本发明的整体式刹车壳体从振动理论及结构优化出发，结合刹车振动与结构刚度、间隙配合、结构耦合等方面的理论成果，利用整体式设计、刚度改善、配合结构优化等创新方式，经过厂内外试验、试用，均为发生因共振导致使用操作不适等异常现象，相应的有益结构特征的设计技术也已移植到了多个型号的相应结构上，均取得了明显的抑振改善效果。
附图说明
28.为了更清晰地说明本发明具体实施方案，下面将对方案具体的附图加以说明。
29.图1是刹车壳体与汽缸座的常规连接结构示意图；
30.图2是整体式刹车壳体结构形式示意图；
31.图3是装配实施示意图；
32.图4是刹车壳体前6阶固有频率及振型图；
33.图5是汽缸座前6阶固有频率及振型图；
34.图6是机轮组件前四阶振型图；
35.图7是刹车装置前四阶振型图。
36.图中：1.挡块；2.卡环；3.限位螺钉；4.花键；5.减轻孔；6.配合限位部位；7.周向传扭部位；8.减轻槽；9.加强筋；10.弧形接触；11.止动环；12.护盖；13.螺钉；14.起落架轴；15.气缸座；16.刹车壳体；17.锥形杯；18.铆钉；
具体实施方式
37.为了使本发明方案的技术方案及优势更加清楚明了，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
38.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
39.根据多自由度振动系统不同状态下的物理参数模型，具有n个自由度的无阻尼系统自由振动微分方程为：
[0040][0041]
式中，m为质量矩阵，实对称矩阵；
[0042]
k为刚度矩阵，n
×
n阶的实对称矩阵；
[0043]
x为n阶位移列阵；
[0044]
为n阶加速度列阵；
[0045]
在特解x＝φe
jwt
下的广义特征方程为：
[0046]
(k-ω2m)φ＝0
[0047]
式中t为时间，φ为自由响应幅值列阵，ω为振动的固有频率。
[0048]
一般黏性阻尼系统的自由振动微分方程为：
[0049][0050]
式中c为一般黏性阻尼矩阵。
[0051]
令并带入得广义特征方程：
[0052]
(λp+q)ψ，＝0
[0053]
有2n个共轭对形式的互异复特征值
[0054]
λi＝-σ
mi
±
jω
mdi
＝0
[0055]
式中，σ
mi
为一般黏性阻尼系统的衰减系数；
[0056]
ω
mdi
为一般黏性阻尼系统第i阶阻尼固有频率。
[0057]
自由度越多，振动系统越复杂，即简化振动系统、传力路径等，可有效降低振动系统的复杂性。本发明提出将挡块结构以花键形式固化至刹车壳体上，与汽缸座槽进行周向
限位，减少结构复杂性、简化传力路径、易于控制结构尺寸，同时相应约束限位结构的配合公差，减少配合间隙、提高刚度约束，此外整体式刹车壳体可近似视为单自由度振动系统，其固有频率为即固有频率与结构刚度成正比，与结构重量成反比。因此，增强整体式刹车壳体整体刚度的同时，适当进行减重优化。如图2所示。
[0058]
其次刹车壳体为刹车装置产品上重要的连接部件，需与起落架轮轴、汽缸座、锥形杯等相应零部件连接，还需改善相应的配合结构形式，并合理设置配合间隙。与起落架轮轴配合时，分离了周向扭力传递结构与配合限位结构，简化传力路径，并相应适当增加配合限位的接触宽度，可适当提高接触配合刚度。与锥形杯配合部位形成圆弧面，相应地锥形杯配合部位也设置为圆弧面。在轴向推力交变时，圆弧面可有效改善不同状态下的接触情况，并通过圆弧面还可以快速恢复原配合状态，利于减少动态波动。如图3所示。通过以上对比可明显看出，整体式刹车壳体极大简化了连接形式。
[0059]
为进一步验证设计合理性，汽缸座与刹车壳体两种功能部件的自由固有频率值差异较大，且为高阶频率，相互之间以及与机械环境振动之间不会产生共振，如图4、5所示。并根据各主要零部件前三阶固有频率，对综合整体式结构(刹车装置)进行模态仿真分析，如图6、7所示，刹车装置组件中刹车壳体与汽缸座前3阶固有频率相差大于10％，频率差异非常明显，可以实现各零组件固有频率避开共振频域的情况，有力改善整体刹车机轮振动情况。如表1所示。
[0060]
表1各零组件前三阶固有频率汇总表
[0061][0062]
本实施例是一种用于某型机的整体式刹车壳体，所述刹车壳体16是对现有技术进行改进后得到。刹车壳体16大端采用“花瓣型”设计，“花瓣型”外翻边上设有加强筋9，对刹车壳体起到加强及支撑保护作用，刹车壳体大端沿周向均布多个铆钉孔，铆钉孔处设计有弧形槽，铆钉与铆钉孔采用弧形接触10，用于铆钉18铆接锥形杯17，锥形杯上用于固定刹车盘的轴向位置。
[0063]
在所述刹车壳体16小外径端面设有轴向环形减轻孔5，在刹车壳体16小外径内腔设有环形减轻槽8，用于对刹车壳体减重优化。
[0064]
刹车壳体16小外径内侧均布设有的花键4与起落架轴上凸出的花键孔配合，插装在机轮轴上，作为周向传扭限位；所述刹车壳体16通过配合限位部位6和周向传扭部位7与起落架轴14进行配合连接。
[0065]
在所述刹车壳体16小外径段内端的圆周上均布有四个径向凸出的连接键，在所述气缸座内端面圆周的内缘处均布有四个域所述连接键配合的键槽，将该气缸座套装在所述刹车壳体16小外径段的圆周表面，并使各键槽与各连接键配合，限制该气缸座15的周向移
动，在该刹车壳体小外径段的端面安装锁紧环11、护盖12和螺钉13，以限制该气缸座15的轴向移动。

技术特征：
1.一种利于抑振的整体式刹车壳体，其特征在于：所述壳体为喇叭状，壳体底部中心开有两级台阶孔，远离壳体开口的一级台阶孔侧壁作为周向传扭部位与起落架轴连接，另一级台阶孔与起落架轴配合用于彼此径向限位；壳体外侧面靠近底部一侧为三级台阶面且向靠近底部方向台阶面直径递减；所述壳体通过三级台阶面与气缸座连接固定；所述壳体底部设有护盖用于对气缸座进行轴向限位。2.根据权利要求1所述的整体式刹车壳体，其特征在于：所述一级台阶孔侧壁设有花键作为周向传扭部位；或者所述一级台阶孔侧壁沿周向均匀设有多个凹槽与起落架轴上的键配合作为周向传扭部位。3.根据权利要求1所述的整体式刹车壳体，其特征在于：壳体底部沿周向均匀设有多个轴向减轻孔，所述减轻孔位于两级台阶孔和三级台阶面之间。4.根据权利要求1所述的整体式刹车壳体，其特征在于：所述壳体内侧底部设有环形减轻槽，所述减轻槽位于两级台阶孔和壳体侧壁之间。5.根据权利要求1所述的整体式刹车壳体，其特征在于：所述三级台阶面的中间一级台阶面上设有花键与气缸座的花键配合。6.根据权利要求1所述的整体式刹车壳体，其特征在于：所述三级台阶面的靠近底部一级台阶面上设有止动环槽，所述止动环槽内设有止动环；所述护盖为l形横截面的环形件；护盖的端面通过螺钉与壳体底部端面固定，护盖侧面沿轴向压紧气缸座，并沿径向压紧止动环。7.根据权利要求1所述的整体式刹车壳体，其特征在于：所述壳体开口端为喇叭形外翻边，沿周向均布多个铆钉孔，喇叭形外翻边外表面的铆钉孔区域为与锥形杯外形相匹配的圆弧面；所述锥形杯通过铆钉与喇叭形外翻边铆接；所述锥形杯上用于固定刹车盘的轴向位置。8.根据权利要求7所述的整体式刹车壳体，其特征在于：喇叭形外翻边上设有与周向垂直的加强筋。

技术总结
本发明涉及飞机机轮刹车系统技术领域，具体是一种利于抑振的整体式刹车壳体，所述壳体为喇叭状，壳体底部中心开有两级台阶孔，远离壳体开口的一级台阶孔侧壁作为周向传扭部位与起落架轴连接，另一级台阶孔与起落架轴配合用于彼此径向限位；壳体外侧面靠近底部一侧为三级台阶面且向靠近底部方向台阶面直径递减；所述壳体通过三级台阶面与气缸座连接固定；所述壳体底部设有护盖用于对气缸座进行轴向限位。位。位。


技术研发人员：唐璐阳 何君林 吴莹莹 易喆 姜菲
受保护的技术使用者：西安航空制动科技有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/5/30