HB Z 126-1988 航空机轮设计指南.pdf

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1、中华人民共和国航空工业部部标准HB/ Z126 - 88 航空机轮设计指南1988-04-09发布1988-09-01实施中华人民共和国航空工业部批准吕录总论1. 1 机轮设计的一般要求(1)1. 2 机轮设计工作的主要程序及工作内容(1. 3 技术协议应规定的基本数据及文件(4)1. 3. 1 规范(的1. 3. 2 有关规范设计的飞机数据(的1. 3. 3 刹车主轮的设计数据(盯1. 3. 4 无刹车前轮的设计数据(门1. 3. 5 刹车前轮的设计数据.(的1. 4 机轮主要指标的估算(们L 4.1 机轮重量估算(们1. 4. 2 刹车装置容腔估算(的1. 4. 3 其它指标估算(1日2

2、性能计算.2. 1 着陆滑跑性能计算(1日2. 1. 1 概述0们2. 1. 2 着陆滑跑性能工程估算. . . . . . . . . (1 7) 2. 1. 3 着陆滑跑性能计算.们的2. 2 刹车性能计算们2.2. 1 刹车力矩们2.2.2 静刹车力垣门。2.2.3 盘式刹车机轮的性能计算幻2. 2. 4 软管式刹车机轮刹军力压力计算的2. 3 热载计算2.3. 1 软管式刹车机轮热库体容温度计算.(3日2.3.2 盘式刹车机轮热库体容温度计算(35)2. 3. 3 盘式刹车机轮各主要部位的温度估算3 典型零组件结构设计.的3. 1 轮鼓.u的3.2 汽缸座，. _. .们3. 3 刹车

3、壳体及其连接形式. . . ,. ., ., . . .,. . ，.什们3. 4 对接螺栓. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (53) 3. 5 回力弹簧(59)3. 6 自动调隙机构3.7 轴承间隔衬套. . -. . . . . . . . . .刊们3.8 热熔塞. . . . . . . . . . . (71) 3.9 密封结构设计仔们3.10 机轮的静不平衡度(7的3. 11 机轮转动惯量计算.，. . (7的4 摩擦偶的设计们1. 摩擦材料的4. 1. 1 对摩擦材料的要求伪的4. 1. 2 现用的摩擦偶材料.，. (81) quaq

4、a406n606h6060O JS飞JS飞JZ气，飞JE飞能能性性算械擦计机摩算的理的计则数物料和要参的材汁叶耍料擦设设主材摩的偶偶擦种偶擦擦摩各擦摩摩摩ndd唱唱刊，11222 A且AAaqa4444.3 刹车盘的结构形式(91)1.3. 粉末冶金刹车盘的结构形式(91)4. 3. 2 碳刹车盘的结构及真特点.仰的4. 3. 3 双金属刹车盘和单金属刹车盘的结构及具特点(9日5 强度计算和刚度计算的5.1 _.般原则仰的5. 2 设计载荷的确定(100)5. 2. 1 主轮设计载荷门的5. 2. 2 前轮设计载荷(104)5. 2. 3 机轮爆破压力(105)5. 2. 4 刹车装晋设计载荷

5、(05)5. 3 轮鼓强度计算(105)5. 3. 1 轮缘(105)5. 3. 2 轮缘壁(110)5. 3. 3 腹板(113)5. 3. 4 载部(117)5. 3.5 导轨槽凸台(口创5. 4 盘式刹车装胃强度计算(12的5. 4. 1 刹车壳体(12的5.4.2 汽缸座. . -. . . . . . . . . . . . . . . _.(124) 5. 4. 3 刹车盘. . . . . (125) 5. 1. -1 连接件. . . . . . . (1 27) 5. 5 软管式刹车装置强度计算. . . .(130) 5.5. 1 带单层加强板的刹车块(130)5.5.2

6、带双层加强板的刹车块(133)5.5.3 软管式刹车装晋用回力弹簧(13日5. 6 刚度计算(13日5. 6. 1 固定轮缘口部刚度计算-5.6.2 刹车壳体承压盘处刚度计算(136)5. 7 机轮轮鞍的应力分析. . . . . . . . . . . . . . . (1 38) 5.7. 1 引言(138)5.7.2 单腹板轮载的应力分析.(1 38) 5.7.3 轮载的光弹实验(140)5.7. 轮载的电测实验.(1 40) 5.7.5 应力和变形分布图(141)6 疲劳设计和寿命估算6. 1 疲劳设计.(41) 6. 1. 1 目的(141)6. 1. 2 措施(41)6. 2 寿命

7、估算.(1 41) 6. 2. 1 原始数据(141) 6. 2. 2 应力计算. . . (1 42) 6.2.3 危险截面的疲劳曲线. . . . . . . . . . . . (142) 6.2. -1 载荷谱-应力谱计算(142)6.2.5 损伤参数计算. 6.2.6 寿命估算方法. . . . . . . . ., . (1 46) 6.2.7 全寿命(147)6. 3 机轮疲劳试验后寿命评估(147)6. 3. 1 寿命评估的目的(147)6.3.2 寿命评估方法(147)7 轴承计算们49)7. 1 按额定动负荷选择轴承(149)7. 1. 1 动负荷计算. (1 49) 7.

8、 1. 2 算例(51)7.2 按静负荷选择轴承(52)7.2. 1 机轮的外载荷及当量载荷的计算(152)7.2.2 静强度计算(154)7.2.3 算例. .(15日8 试验验证。57)8. 1 重要零组件试验(157)8. 1. 1 铸造的无内胎机轮的轮载、轮缘的气密性检查(157) 8. 1. 2 粉末冶金刹车块试验。59)8. 1. 3 机轮对接螺栓试验(164)8. 1. ;1 汽缸座密封性检查. . . (165) 8. 1. 5 热熔塞不包括橡胶圈)试验(16日8. 1. 6 自动调隙零件夹持力检查(16日8. 2 样品鉴定试验(166)8.2. 1 机轮径向载荷试验(167)

9、4 8. Z. 2 机轮径侧向联合载荷试验. . (1 67) 8. 2. 3 机轮爆破压力试验. (167) 8. 2. 4 刹苇牲能试验.(1 67) 8.2. 5 破坏刹车力短试验.(167) 8.2.6 刹车装置耐压试验.(167) 8. 2. 7 刹车装置耐久性试验. (167) 8. 3 机轮强度试验后的验算H.(171) 8.4 机轮和刹车装置变形干扰验算(171)附录A六节点三角形环状等参元FORTRAN计算程序(补充件)(173)附录B六节点三角形环状等参元FORTRAN语言程序说明(参考件)(182)附录C着陆滑跑性能叶算(参考件(189)附录D平均当量动负荷计算(参考件)

10、H. . (201) 附录E常用单位换算(参考件)(205)附录F机轮用主要材料的物理机械性能(参考件).,. . (207) 附录G轮胎与地面间的摩擦系数(参考件). .07) 附录H机轮尺寸系列(参考件). (220) 附录I轮胎和刹军胎有关参数(参考件).(228)附录J阻力伞设计计算(参考件)川. (231) 附录K航空机轮专业技术量符号(参考件). (234) 中华人民共和国航空工业部部标准航空机轮设计指南HBjz126- 88 本指南包括了航空机轮设计要求，性能计算和热载计算、结构设计、摩擦偶设计、强度和刚度的计算及验算，疲劳设计、寿命估算和寿命评估，轴承选择及试验验证等内容，1

11、总论1. 1 机轮设计的-般要求1. 1. 1 自行设计机轮的性能、强度及寿命等重要方面应符合HB5648(航空机轮和刹车装置设计规范的规定。其设计参数和指标应满足技术协议书的要求。对测绘和改型设计的产品，可以根据实样及原始资料的具体情况另作规定。1. .2 机轮的规格尺寸应在HB5649自11 口1 自1口1MPa kg N b HO/Z126-88 最大着陆重量下机轮的停机载荷起飞重量下机轮的停机载荷最大起飞重量下机轮的停机载荷C.轮胎压缩量着陆设计重量下的停机压缩量正常起飞重量下的停机压缩量全压缩量d.刹车速度开始刹车速度中止起飞的刹车速度e.刹车系统刹车系统工作介质正常系统的应急系统的

12、刹车工作压力正常系统的应急系统的停机的NNN m罚1口11mm km/h kmjh MPa MPa KPa 松刹车状态下刹车系统内的剩余压力MPa 刹车工作压力下油液排量cm3 停机刹车持续时间停机刹车时间允许的世漏量或压力降f.刹车装置吸收的动能正常动能(阻力伞及其他辅助制动装置正常工作情况)J 大动能(超载着陆、阻力伞或反推失效情况)J 中止起飞动能J 连续使用刹车的次数及时间间隔要求g.刹车力矩刹车力量巨设计值Nm 最大刹车力矩(不超过Nm 静刹车力矩(不小于)Nm h.设计载荷一个机轮的径向设计载荷N 一个机轮的径侧向联合设计载荷咎，向力N 侧向力N 侧向力作用点到机轮轮轴的距离自1口

13、16 HB/Z126-B8 仁寿命z机轮刹车装置刹车片j.机轮重量不带轮胎的刹车机轮总重量(不大于)k.协调与交联轮载型面尺寸按HB5649标准或轮胎厂协调图纸。机轮、刹车装置的外廓及安装尺寸应符合与主机厂协调图纸或文件的规定。轮轴直径mm 起藩次数起落次数起落次数kg ,. 3.4 元刹车前轮的设计数据a.轮胎轮胎的规格尺寸DXB-dmm轮胎型式(有内胎/无内胎)轮胎工作压力轮胎重量b.停机载荷着陆设计重量下的停机载荷最大着陆重量下的停机载荷起飞重量下的停机载荷最大起飞重量下的停机载荷C.前轮动载荷d.轮胎压缩量着陆停机压缩量起飞停机压缩量动载荷下的轮胎压缩量轮胎全压缩量e.设计载荷一个机轮

14、的径向设计载荷一个机轮的径一侧向联合设计载荷径向力侧向力侧向力作用点到机轮轴心的距离寿命:g.机轮重量不带轮胎的机轮总重量不大于h.协调与交联MPa kg NNNN mm 口1町1mm mm N N N mrr起落次数kg , 7 HBjZ126-88 轮被型面尺寸按HB5649标准或轮胎厂协调图纸。机轮的外廓及安装尺寸应符合与主机厂协调图纸或文件的规定轮轴直径mm 1.3.5 刹车前轮的设计数据对于刹车前轮除1.3.4规定的设计数据外，尚应补充1.3. 3中(d)一规定的设计数据.4 机轮主要指标的估算在机轮设计方案的论证阶段，有必要对机轮的某些主要指标进行估算，其目的是为了初步验证和分析与

15、主机所签署的技术协议上的技术指标和参数是否合理和能否实现这些技术指标。同时，还可与国内外同类型飞机机轮的技术参数相比较，以确定本设计方案在同类型产品中的先进性和经济性。并通过对国内现有的材料、工艺、成件如轴承的分析比较来判断实现这些指标的可能性。机轮主要指标的估算是设计方案论证阶段十分重要和必不可少的环节。,. 4. 1 机轮重量估算协议所给的机轮控制重量应不小于下列估算重量:a.无刹车机轮GL =守. . . . . . . . . . . . . . . . 式中:Pf一机轮起飞停机载荷F一单位重量载荷N N!kg K. p=一:.:.!_. . . . (幻KJK2 Kh K2和K分别由

16、表1、表2和图1中查得b.刹车机轮p一( . As G = GL + GII = ! + K一. . . (的p . - U, 式中:GL一机轮重量的计算方法同上Aa一刹车动能J U，一单位重量能载Jj同Ug根据摩擦材料的情况确定对于SFCu-1/25 C.州oV的摩擦偶可根据温度限制t.由表4中查得。t=500-tN-mN一剩草片的使用寿命K一系数，当粉末冶金刹车盘时.K=1.33.4.2 刹草装置容腔估算刹车容腔体积vg=?-di)By . . . . . . . . . 式中:Ds一刹车盘外径ds一刹车盘内径B萝一最大刹车容腔宽度8 式中:Dj一轮胎结合径I一轮载型面凹陷量t6一般缘壁厚

17、度h一导轨凸台高度L11一刹车盘与轮载间隙HB/Z126-88 Ds = Dj - 2(1 +也+h + L11) 9 HB/Z126-88 Faga x 。-剧4u 告慰嘟嘟楠iIi醒醒自量每4弘.1: 国d ，自11 ，、,c= 也，.咱回, . :lIII 。时o g 一。N10 喻。叫HB/ Z126-88 表1.Kl一轮载材料修正系数轮载材料问/X105 ZM- 5 0.92 ZM-1 1. 13 MG- 6 1. 31 LD- 7 L 28 ZL- 101 0.66 ZL-I02 O. 59 注z俨为树宿皮表2.Kz一机轮寿命修正系数机轮使用寿命300 500 600 1000 对

18、于铝镇合金机轮Ka值可用下式计算得kz=:民Kl 1 0.814 0.703 0.704 1. 388 1. 561 K2 1 1. 0585 1. 080 . 143 11 HB/Z126-88 表3各种热库材料的比热材料牌号比热(J/kg k) MK-8 711.79 SFCu-1 512.5 25C r2MoV 640. 6 30CrSiMoV 540 30CrMnSiA 519.2 MT1 669.9 10 464.76 20 468.9 表4摩擦材料限制温度U g. J/kg t C Ug J/kg t C 9.8XI0. 226 19. 6X 10. 408 10.78 X 10.

19、 245 20.58 X 10. 424 11. 76 X 10. 263 21. 56 X 10 439 12.74 X 10. 283 22 , 54 X 104 455 13.72 X 10( 302 23. 52 X 104 470 14. 7X 10. 319 24. 5X 10. 484 12 HB/Z126-88 续表4U g* J/kg tC Ug J/kg tC 15.68 X 10. 338 25. 48X 10 497 16. 66X 104 357 26.46 X 10. 508 17.64XI0. 375 27. 44X 10. 522 18. 62X 10. 392

20、 28.42X10. 529 一一一一岳阳一刹革贵阳库的单位置量能载Ds可按下列公式估算:(下式根据粉末冶金盘式刹车总结出来的，对碳刹车机轮要另行考虑)Dj370 DI370508 hhv、，RU机ul- n叫巴，=一RM民mm 盯卫mds = Dz十2(阳+tK + L1 2 + Lh) 式中:D.一轴承外环直径，t.一载部壁厚t.f(一-刹车壳体壁厚L12一载部与刹车载体间隙L13一刹车盘与刹车壳体间隙ds可按下列公式估算z轮轴直径35-45 ds=Dz+64mm 命50-80ds=Dz+80mm 190.U 0 ds=Dz+9Smm 1311 = B - t - tq - ,1. - ,

21、1 式中!B.一机轮刹车装置总宽度t，一辐板厚度tq一汽缸座厚度.14一辐板与刹车壳体间隙A一松刹车间隙B，可按下列公式估算:B,=BL- B1 mm 13 HBjZ126-88 或B，= B - 91 mm B一轮胎宽度对于对开式机轮，应以号或号代入上式热库体积VK=豆豆X103 cm3 . . . . (5) ，j 式中:GK =元一热库重量，可由重量估算中获得，j一一热库材料的平均密度热库宽度BK = n + C . ,. . . (6) 式中:一一每一对刹车盘的厚度对于小尺寸粉末冶金盘对于大尺寸粉末冶金盘= 16., 20mm = 20., 25mm = 32-44mm 对于碳刹车盘c

22、一考虑压紧盘与承压盘需增加的结构尺寸，一般考虑10.-.15mm，对钢刹车壳体可以取小值，对铝刹车壳体应取大值。n一刹革盘对数，接下列公式计算z2M8 (7) 阳凡自(P8-dP)(D.十d)饵计算结果要圆整到整数式中:Ps一刹车压力AP一压力损失，如无确切数据，可按10%Ps估算&一一个活塞的面积一几一千h一活塞数量活塞的数目和直径(0108、d.J受汽缸座尺寸和布置的限制，同时还应核算摩擦偶的比压摩擦面的平均比压:p.i = 1. 57主立二缸. . . . . . . . . . . . . . . (的吨Di- di 对于现用的粉末冶金摩攘材料当u，20000 X 9. 8J Jkg时

23、，Pmpj一般不要超过0.78MPa当u，运20000X 9. 8J JKg时，Pmp;也不宜超过1.08MPa 刹车容腔的判别条件:若VIVk一一表示容腔体积够若ByBk一一表示轴向宽度够否则，意味着机轮的空腔容纳不下刹车装置，应增大轮胎结合径或机轮宽度，或者允许刹车装置凸出机轮之外.14 HB/Z126-88 1.4. 3 真官指标估算一pa.单位重量载荷P-J. . (9) G 式中:qJ一一机轮的起飞停机载荷G，一一机轮(不包括刹车装置)重量b.单位重量寿命机轮(不包括刹车装置单位重量寿命几-AW一一-N 起落次数/每公斤H. . (10) 刹车装置单位重量寿命=-=- Ns I U

24、C-一Gk 式中:NL一一机轮的使用寿命Ns一一刹车片的使用寿命C.单位重量能载(见4摩擦偶设计)d.单位面积能载(见摩擦偶设计)e.热库体容温度(见2.3热载计算f.摩擦面线速度(见摩擦偶设计g.摩擦面比压见摩擦偶设计)在计算时可暂取面积重叠系数=0.8 h.单位摩擦功率(见摩擦偶设计i.机轮转速nL = 2.65仨转每分(或T/min) . . . . . . (11) .pl 式中IVj-起飞着陆时最大的滑跑速度Km/hJ.经济性指标单位质量戚本每次起落成本对无刹机轮Zg =号元/每公斤. .*. . . . . (山Z十ZZnl =一万r-元/每次起落.(13) Z十Zsb十Z对刹车机

25、轮Zns = 兀/每次刹车. . . (14) N LS 式中:Z一为每套机轮成本Z曲一为每套机轮提供的各种备件成本。ZIII一刹车机轮在整个寿命期内的维护成本eNc，1J一计及刹车片备件后的刹车机轮总寿命。2 性能计算2. 1 着陆滑跑性能计算2. ,. , 榄述着陆滑跑性能计算的目的是计算着陆滑跑过程中机轮载荷、飞机水平动能、各制动部件吸15 HB/Z126-88 收的动能、滑跑距离、滑跑时间等参数，它们是机轮和刹车装置设计的原始参数.着陆滑跑性能计算是依据飞机质心水平运动动力学方程、飞机垂直方向的力平衡方程、飞机绕质心转动的力矩方程以及空气动力学方程进行的.计算中均忽略了惯性力的影响.着

26、陆滑跑性能计算影响因素较多，可以根据不同情况和要求，进行不同的简化，因而得到不同的计算方法。本章计算中所采用的是飞机前轮无刹车时着陆滑跑中的物理数学模型，当前轮有刹车时应考虑前轮刹车摩擦力。计算方法类似。图2是飞机滑跑过程中的受力情况。v -图2飞机滑跑中受力图平衡方程为1idV W一一T+ Q. + Qxs + 2F, +gd ( 9 - Y) = 0. . .(l日dt Y + Pq + 2Ph - W 9 = 0 (16) P, -q + 2Jt:lt )H - 2PZ1Jl + QIS HZ,S - THr = 0 . . . . . . . . . . . . . . (1 式中z1

27、6 W一一飞机滑跑时的重量g一一重力加速度V一一飞机滑跑时的速度t一一飞机滑跑时间T一-发动机慢车推力或反推力(当为反推力时.T取负号Q.一一飞机气动阻力，计算公式为:也=rZ. . . . . (1 8) C川一一飞机着陆或滑跑时的阻力系数一一当地机场空气密度S一一机翼面积HB/Z12S- 88 Qx, -阻力伞气动阻力，计算公式为:Q =专弘Sv2. . . . .,. . . . . . (19) Ox产一阻力伞阻力系数81.5一一阻力伞迎风面积F. -刹车产生的轮胎与地面间的刹车摩擦力计算公式为zF. =s凡. (20) s一刹车摩擦系数Rh-单个主轮停机载荷陆一一滚动摩擦系数，一般取

28、o.05 Y一一飞机升力，计算公式为自Y=tedsvE . . . . . . . . (21) Cy.zn一一飞机着陆或滑跑时的升力系数Pw一一前轮停机载荷a一一飞机重心垂线距主轮接地点水平距离b一一飞机重心垂线距前轮接地点水平距离几一一前轮与地面间的摩擦力，计算公式为sFq =Pq 且一-_主轮与地面间的摩擦力，计算公式为tF瑞=F. +gh H一飞机重心距地面的高度s一一阻力伞伞阻力作用线与飞机重心水平线间距离HI一发动机推力线与飞机重心水平线间距离2. .2 着陆滑跑性能工程估算当设计新的机轮和刹车装置而数据不全时，通常采用简便的工程估算方法。2. 1. 2. 1 刹车装置吸收正常能量

29、的估算方法z采用机轮设计规范推荐的计算公式zAs = CWZLVd1. 21 . . . (23) 式中:A.-全机刹辜装置应吸收的动能，单位，JC一推荐的经验系数对一般的飞机取c=O. 03675(直升机取此值时，Vn不大于72km/h); 对后三点式起落架飞机，取c=0.02989 WZL._-一飞机设计着陆重量单位.kgVZL 飞机设计着陆速度，单位.km/h2. 1.2. 2 滑跑过程中性能估算方法2.1.2.2. 假设现假定着陆滑跑过程为匀减速运动，各种力参数取其速度的平均值。2. .2.2.2 各种力的估算公式E17 HB/ Z126-88 8.平均升力FfV) 1 ._ _ ,

30、,_ _ , 1 p8C Y=i4V28CpV/(Vr - V2) =一Y，Vr的一VDJV2Zr- -,_. , ,-, - v 6V)-V2 = 州州8C帆b.平均气动阻力。 y 1 1 _ _ _ ._ ,_ _ _ 1 D8C Ux=| ，V2SC.dV /(V)一几)=一-L-(VJ-VJ)Jv22r -.- , . ., 6V) -V2 . . . (24) 寸.SO.(V12+川+V22) . . . . . . . . . . . . . . . C.阻力伞阻力。目rv) 1型1p8zsC-n zs = I _ : pV2SzsCxsV !(V) - Vz) =一一一一一(Vj

31、3- Vz3) J v226Vl-V2 ztpaw仆叭十阶. . .例d.发动机慢车推力或反推力T(当为反推力时取一号T=j:;TdV/(V1-V2) e.刹车摩擦力F.(27) F. = M. /RL . . . (28) 其中且=j:;皿叫卜V川L为轮胎力短半径。亦可用M明或M.js代替鼠2. ,. 2. 2. 3 平均减速率L滑跑距离L、时间t、能量的估算公式a.平均减速率22=伊-Q. - Qxs-2F.一句(W 9 - Y) . (29) 1一V1S- V2S _= ,_ 1 _ V13 - V!3 或量=一71-一(80.-CxsSxs)一一-L-2R-MW-g-一8C一一-lW

32、L. 6 ，. VXs.l V1 - Vz .s ,.,c - 01 6 Y - . V1 - Vz 18 b.滑跑时间tV1 - Vz (30 ) 呈C.滑跑距离LL = Vt-士.:t2. . . . . . . . . . . . . . . . (31) d.阻力伞消艳的能量A皿Axs = QxsL . . . . . (32) e.飞机气动阻力消艳的能量AaAr = Q,L (33) f.刹车力消耗的能量A. s = F. L . (34) g.轮胎滚动阻力消耗的能量Ao或Ao = A. 坐立spj 1.Js HB /Z126-88 u.M .L Ao = A. .!:!乙之二门的P

33、sjsM唔jLs h.轮胎消耗的能量ATA2 = A叫+Ao . . .的i.刹车机轮吸收的能量ALAL = A. + A7 . . . . . . ( 37) j.刹车装置消耗的能量As (应减去轮胎地面滑动所消耗的能量)A. = (1一As. . (38) k.慢车推力或反推力产生的能量AA = TL (39) 2. .2.3 非正常能量估算方法非正常能量是指大动能状态及中止起飞状态，其要求已由机轮设计规范规定.估算方法采用经验公式及按2.1. 2.2方法.2. . 2. 3. , 大动能估算方法a.经验公式:A.e = 1. 25.4. . .的Ase-如j车装置应吸收的大动能，b.工程估算方法(2.1. 2. 2)公式:As.e= A : + A . . . . . . ( 41) 2.2.3.2 中止起飞动能估算方法a.经验公式:As.max = 1. 67A s .