防止轮毂和轮缘相对转动的刹车机轮轮毂及其设计方法与流程

1.本发明涉及飞机刹车机轮设计领域，具体是一种能够防止轮毂和轮缘之间相对转动、消除机轮轮毂和轮缘相对磨损的单腹板式刹车机轮轮毂及其设计方法。


背景技术：

2.单腹板式刹车机轮结构包括机轮组件和刹车装置，刹车装置位于机轮组件内腔。机轮组件由轮毂、轮缘、卡环、密封圈等部件组成。机轮组件与航空轮胎配套使用，轮缘套在轮毂外侧，通过卡环限制轮缘轴向位置并与航空轮胎组成封闭空腔，空腔内充入压缩空气，使用密封圈防止压缩空气泄漏，安装在飞机主起落架轮轴上承载飞机载荷,并随飞机的运动绕主起落架轮轴转动。
3.在机轮组件全寿命后期，机轮组件中轮毂和轮缘接触面经常会出现磨损。出现磨损的原因是机轮组件在使用的过程中会承受很大的飞机载荷和充气压力作用，导致轮毂和轮缘变形并使二者之间的间隙消失，产生交变接触应力；由于轮毂和轮缘在圆周方向的位置没有固定，随着机轮组件的高速转动，轮毂和轮缘之间在圆周方向上发生相对转动，产生接触疲劳磨损。随着飞机起落数的增加，磨损量逐渐增大，最终导致轮毂和轮缘提前失效，缩短了刹车机轮的使用寿命。统计试验结果表明，随着刹车机轮所承受的载荷不断增大，磨损现象的发生时间会逐步提前，最早甚至出现在试验仅完成30％时。因此，消除轮毂和轮缘之间磨损现象的发生对机轮组件的寿命保障具有现实意义。
4.目前，国内外普遍采用提高接触面耐磨性或降低接触面接触应力的方法来改善磨损问题，如通过涂抹耐磨涂层、极压润滑脂等处理方法提高接触面的耐磨损性能，从而提高刹车机轮的使用寿命；通过增加轮毂、轮缘刚度来减小变形并增大轮毂和轮缘接触面积的方法，降低轮毂与轮缘接触面之间的压力，减小接触应力，延缓磨损速度，从而延长刹车机轮的使用寿命。
5.采用表面处理的方法虽然能够提高耐磨性，延长寿命，但是在寿命试验过程中发现，在大载荷条件下，耐磨涂层只能维持100起落～200起落，无法满足大载荷条件下飞机机轮的使用要求。通过提高轮毂、轮缘刚度的方法来改善磨损问题，会使机轮组件的体积和重量增大、热库组件体积和重量减小，导致热库组件的刹车性能降低和工作温度偏高。
6.随着飞机制造技术的飞速发展，飞机的能量和载荷越来越大，但刹车机轮的重量要求却越来越轻，通过现有技术方法解决磨损问题，已无法满足飞机的使用要求；
7.通过在中华人民共和国国家知识产权局(http://www.sipo.gov.cn)检索关键词：机轮、轮毂、轮缘、磨损、刹车机轮、飞机、机轮组件、西安航空科技制动、张万顺、孟帅；相关发明专利如下：
8.在公开号为cn110154649a的发明创造中，公开了一种防滑转无内胎航空机轮。该发明通过防滑槽增加轮胎和机轮结合处的固持力，通过止动销防止活动轮缘滑动转动。该发明与本发明都属机轮结构设计，但该发明是通过增大轮胎对轮缘的固持力，同时在轮毂上加止动键槽来减少在大力矩情况下出现机轮滑动和转动的概率，但并不能完全消除轮毂
和轮缘之间的相对滑转。
9.未检索到能够消除机轮轮毂和轮缘的相对转动技术方案。


技术实现要素：

10.为克服现有技术中存在的在机轮使用过程中由于轮毂和轮缘之间的相对滑转所致得磨损，本发明提出了一种防止轮毂和轮缘相对转动的刹车机轮轮毂及其设计方法。
11.本发明提出的防止轮毂和轮缘相对转动的刹车机轮轮毂包括轮毂、轮缘和卡环。所述轮缘套装在轮毂上，通过安装在轮毂卡环槽内的卡环限位。所述轮毂安装活动轮缘一端的外圆周表面上均匀分布有9个轮毂止动槽，通过所述轮毂止动槽与位于卡环内圆周表面的止动键之间的配合，将所述卡环固定在该轮毂上。该轮毂止动槽槽口的宽度为11～23mm，深度为4～12mm；该轮毂止动槽的横截面为圆弧形或梯形或矩形。各所述不同横截面形状的轮毂止动槽的尺寸根据所述轮毂的外径确定；分别位于轮毂上的两个相邻的轮毂止动槽宽度方向的中心线之间的夹角为40
°
。
12.若采用弧形轮毂止动槽：当该轮毂的外径a1为400mm～500mm时，该弧形的轮毂止动槽的弧长为20～30mm，半径为5～10mm；当该轮毂的外径a2为500mm～60时，该弧形的轮毂止动槽的弧长为35～45mm，半径为15～25mm。
13.若采用梯形轮毂止动槽：当该轮毂的外径b1为600mm～700时，该梯形的轮毂止动槽的宽度为70～80mm，深度为15mm～20mm；当该轮毂的外径b2为700mm～850时，该梯形轮毂止动槽的弧长为85～95mm，深度为20～25mm。
14.若采用矩形轮毂止动槽：当该轮毂的外径c1为850mm～950mm时，该矩形的轮毂止动槽的长度为100～110mm，宽度为60～70mm；当该轮毂的外径c2为950mm～1000mm时，该矩形止动槽的长度为110mm～115mm，半径为70～75mm。
15.所述卡环由二个半卡环合并形成一个整环，用于固定轮缘。对该卡环的改进之处在于，在该卡环内圆周表面增加了9个轮毂止动键，在该卡环外圆周表面增加了9个轮缘止动键。位于该卡环外圆周表面的各轮缘止动键与位于该卡环内圆周表面的各轮毂止动键错位排布，并使该轮缘止动槽宽度方向中心线与轮毂止动槽宽度方向中心线之间的夹角为20
°
。各所述轮毂止动和轮缘止动键槽的横截面为圆弧形或梯形或矩形。
16.所述轮毂止动键槽靠近该卡环内圆周表面的内缘处；所述轮缘止动键槽靠近该卡环的外圆周表面的外缘处。各所述轮毂止动键与相对应的各轮毂止动槽相嵌合，并有0.05mm～0.1mm的配合间隙；各所述轮缘止动键与相对应的各轮缘止动槽相嵌合，并有0.05mm～0.1mm的配合间隙。各所述轮毂止动键槽的根部与各轮缘止动键槽的根部均做圆弧处理，以消除该根部的集中应力。
17.本发明提出的所述防止轮毂和轮缘相对转动的刹车机轮轮毂的设计方法，其具体过程是：
18.步骤1，确定机轮轮毂的受力参数：
19.所述机轮轮毂所受力包括飞机的总重量、整个刹车过程中产生的能量、着陆过程中的冲击载荷。
20.6.如权利要求5所述防止轮毂和轮缘相对转动的刹车机轮轮毂的设计方法，其特征在于，步骤1所述的机轮轮毂的受力参数中：
21.飞机的总重量：所述飞机的总重量由飞机总体设计提供。
22.飞机在整个刹车过程中产生的能量：所述整个刹车过程中产生的能量as通过公式(1)得到：
23.as＝cwz
l
v2z
l
/1.21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
24.式中，as是整个刹车过程产生的能量；c是推荐的经验系数；wz
l
是设计的飞机着陆重量；vz
l
是设计的飞机着陆速度。
25.飞机在着陆过程中的冲击载荷：所述着陆过程中的冲击载荷通过公式(2)得到：
26.ms＝nmc
×
μmc
×
s
t
×
(ds ds)/4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
27.式中，nmc是摩擦面数目；μmc是摩擦偶的摩擦系数；s
t
是刹车盘的轴向压紧力；ds是刹车盘外径；ds是刹车盘内径。
28.步骤2，确定各止动键槽的尺寸：
29.所述止动键槽包括轮缘止动键槽和轮毂止动键槽；所述轮缘止动键槽和轮毂止动键槽的横截面包括弧形止动键槽或梯形止动键槽或矩形止动键槽。
30.第一步，确定各弧形止动键槽的尺寸：
[0031]ⅰ确定弧形止动键槽的初始设计尺寸
[0032]
根据步骤1得到的机轮轮毂的受力情况确定弧形止动键槽的初始设计尺寸。
[0033]
具体过程是：根据得到的整个刹车过程中产生的能量as，通过公式ug＝as/ws得到所述机轮轮毂单位质量能载ug；式中，ws为总体设计分配的机轮轮毂重量。
[0034]
将得到的机轮轮毂单位质量能载ug与已知现有机轮的单位质量能载ug1进行比较，若ug－ug1的绝对值为≤5，则认为机轮的外径满足设计要求；若ug－ug1的绝对值为＞5，则认为轮毂的外径不满足设计要求。当轮毂的外径不满足设计要求时，调整总体设计给定的机轮重量ws，使ug－ug1的绝对值为≤5；通过增加总体设计分配的机轮轮毂重量减小ug，以调整所述总体设计给定的机轮重量ws。
[0035]
当轮毂的外径确定后，根据轮毂的不同直径，按照大直径选大弧长和大深度、小直径选小弧长和小深度的原则，确定弧形止动键槽的初始设计尺寸。
[0036]
确定的弧形止动键槽的初始设计尺寸包括该弧形止动键槽的初始半径和初始深度。所述弧形止动键槽的初始半径＝轮毂直径
×
5％；所述弧形止动键槽的初始深度＝轮毂直径
×
2％。
[0037]ⅱ校核轮毂的强度。
[0038]
将得到的弧形止动键槽的初始半径和弧形止动键槽的初始深度均输入abaqus软件中，通过该abaqus软件计算轮毂在爆破压力载荷、径向设计载荷以及径
‑
侧联合设计载荷工况下的最大应力，以确定该轮毂的强度。所述爆破压力载荷、径向设计载荷以及径
‑
侧联合设计载荷工况由设计提供。
[0039]
所述校核轮毂的强度的具体过程是：
[0040]
ⅰ
判定爆破压力载荷下机轮的最大应力是否满足该设计指标要求：
[0041]
将总体设计提供的轮毂爆破压力载荷代入abaqus软件中计算，得到爆破压力载荷下机轮的最大应力。将得到该爆破压力载荷下机轮的最大应力与设计指标进行比较，确认是否满足该设计指标要求。当该爆破压力载荷下机轮的最大应力＜该设计指标时满足设计要求；当该爆破压力载荷下机轮的最大应力≥该设计指标时不满足设计要求。
[0042]
ⅱ
判定径向设计载荷下机轮的最大应力，机轮轮毂否满足该设计指标要求：
[0043]
将总体设计提供的径向设计载荷代入abaqus软件中计算，得到径向设计载荷下机轮的最大应力。将得到该径向设计载荷下机轮的最大应力与设计指标进行比较，确认是否满足该设计指标要求。当该径向设计载荷下机轮的最大应力＜该设计指标时满足设计要求；当该径向设计载荷下机轮的最大应力≥该设计指标时不满足设计要求。
[0044]
ⅲ
判定径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力是否满足该设计指标要求：
[0045]
将总体设计提供的径
‑
侧联合设计载荷代入abaqus软件中计算，得到径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力。将得到该径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力与设计指标进行比较，确认是否满足该设计指标要求。当该径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力＜该设计指标时满足设计要求；当该径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力≥该设计指标时不满足设计要求。
[0046]
ⅳ
综合判定爆破压力载荷下机轮的最大应力、径向设计载荷下机轮的最大应力和径
‑
侧向联合设计载荷下机轮的最大应力是否均满足设计指标要求：
[0047]
对
ⅰ
～
ⅲ
中得到的各判定结果进行综合判定，当各判定结果均满足设计指标要求，则以确定弧形止动键槽的尺寸作为最终设计尺寸；当各比较结果中有一项不满足设计指标要求时，则修改弧形止动键槽的初始尺寸。
[0048]
所述的判定结果是指爆破压力载荷下机轮的最大应力与设计指标比较的结果、径向设计载荷下机轮的最大应力与设计指标比较的结果，以及径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力与设计指标比较的结果。
[0049]ⅲ修改弧形止动键槽的尺寸。
[0050]
所述修改弧形止动键槽的初始尺寸时，按先减小深度再减少弧长的原则，依次交替减少该弧形止动键槽的深度和弧长，得到第一次修正后的弧形止动键槽深度。在减少所述弧形止动键槽的初始深度时，将该弧形止动键槽的初始深度减少2mm，得到第一次修正后的弧形止动键槽深度。
[0051]
重复所述步骤ⅱ中校核轮毂的强度尺寸的过程，将第一次修正后的弧形止动键槽深度和弧形止动键槽的初始半径均输入abaqus软件中，通过该abaqus软件得到轮毂在爆破压力载荷、径向设计载荷以及径
‑
侧联合设计载荷工况下的新的最大应力，并重复所述步骤
ⅰ
～
ⅲ
中判定爆破压力载荷下机轮的新的最大应力是否满足该设计指标要求、判定径向设计载荷下机轮的新的最大应力否满足该设计指标要求和判定径
‑
侧联合设计载荷下机轮新的的最大应力是否满足该设计指标要求的过程，并重复步骤
ⅳ
中综合判定该新的最大应力是否均满足设计指标要求。
[0052]
若该新的最大应力满足设计指标要求，进入下一步骤；反之，修改弧形止动键槽的初始半径。
[0053]
在修改弧形止动键槽的初始半径时，将该弧形止动键槽的初始半径减小5mm，得到第一次修正后的弧形止动键槽半径。重复所述校核轮毂的强度尺寸的过程，将第一次修正后的弧形止动键槽深度和第一次修正后的弧形止动键槽半径均输入abaqus软件中，通过该abaqus软件再次得到轮毂在爆破压力载荷、径向设计载荷以及径
‑
侧联合设计载荷工况下的新的最大应力，并重复所述步骤
ⅰ
～
ⅲ
，判定再次得到的爆破压力载荷下机轮的新的最大应力是否满足该设计指标要求、判定再次得到的径向设计载荷下机轮的新的最大应力否满
足该设计指标要求和判定再次得到的径
‑
侧联合设计载荷下机轮新的最大应力是否满足该设计指标要求的过程，并综合判定再次得到的在该新的最大应力是否均满足设计指标要求。
[0054]
若满足设计指标要求，进入下一步骤；反之，重复所述依次修改弧形止动键槽深度及校核的过程和修改弧形止动键槽半径及校核的过程，直至该轮毂的最大应力满足设计指标。
[0055]
至此，确定了该弧形止动键槽的中间尺寸。
[0056]ⅳ校核轮毂的疲劳寿命。
[0057]
通过abaqus软件及fe
‑
safe插件对轮毂进行疲劳寿命估算。
[0058]
将步骤1中确定的机轮轮毂的各受力参数分别代入abaqus软件中的fe
‑
safe插件中，采用现有技术计算该机轮轮毂的实际疲劳寿命估算值。所述机轮轮毂的受力参数包括飞机的总重量、整个刹车过程中产生的能量、着陆过程中的冲击载荷。
[0059]
将得到的该疲劳寿命估算值与设计提出的预期疲劳寿命评估值进行比较，判断该实际疲劳寿命估算值是否满足设计要求。若疲劳寿命估算值≥预期疲劳寿命评估值时，轮毂的疲劳寿命满足设计要求；若疲劳寿命估算值＜预期疲劳寿命评估值时，轮毂的疲劳寿命不满足设计要求。
[0060]
当轮毂的疲劳寿命不满足设计要求时，重复所述轮毂强度校核中修改弧形止动键槽的尺寸的过程，通过依次修改所述弧形止动键槽的中间尺寸，使该轮毂的疲劳寿命满足设计要求。
[0061]
当校核后轮毂的强度和疲劳寿命均满足设计要求时，确定当前的弧形止动键槽尺寸为最终设计尺寸。
[0062]
第二步，确定各梯形止动键槽的尺寸：
[0063]
所述各梯形止动键槽的尺寸包括该止动键槽的深度和宽度。
[0064]
重复第一步的过程，按所述第一步中确定各弧形止动键槽的尺寸的方法确定各梯形止动键槽的尺寸。
[0065]
在修改该止动键槽的尺寸时，先修改深度，再修改宽度。
[0066]
第三步，确定各矩形止动键槽的尺寸：
[0067]
所述各矩形止动键槽的尺寸包括该止动键槽的长度和宽度。
[0068]
重复第一步的过程，按所述第一步中确定各弧形止动键槽的尺寸的方法确定各矩形止动键槽的尺寸。
[0069]
在修改该止动键槽的尺寸时，先修改宽度，再修改长度。
[0070]
至此，完成了对该机轮轮毂的设计。
[0071]
本发明针对机轮结构进行了改进，设计了新结构的轮毂、轮缘和卡环，彻底解决轮毂和轮缘的相对滑移问题，能够满足新一代飞机重量越来越轻，能量和载荷越来越大的使用要求。
[0072]
与现有技术相比较，本发明取得的有益效果是：
[0073]
一是为了保证改进后的机轮轮毂依然能够满足高承载、大能量、高冲击的工作要求，经过仿真分析确定了直径为600～850mm的机轮轮毂，选择深度为70～95mm和宽度15～25mm的梯形槽，以防止轮毂和轮缘之间的相对滑转，同时也能够保证机轮轮毂的使用要求，
为防止机轮组件中轮毂和轮缘之间的相对转动提供了有效的设计思路和方法。
[0074]
二是保持机轮轮毂和轮缘的平衡度。通过轮毂外圆均匀分布的9个止动槽及轮缘内圆均匀分布的9个止动槽分别与卡环内外圆上对应的配合面上均匀分布的9个止动键的相互配合，从根本上消除轮毂和轮缘之间的相对转动，平衡度相比正常机轮提高了40％，进而保持机轮轮毂和轮缘的平衡度。
[0075]
三是保证刹车机轮的使用寿命。本发明的机轮轮毂与现有技术中的机轮轮毂相比，避免发生磨损的效果良好。通过轮毂外圆均匀分布的9个轮毂止动槽及轮缘内孔均匀分布9个轮缘止动槽与卡环结合面上止动键的相互配合，有效地消除了机轮轮毂、轮缘之间的磨损问题，经试验验证表明，本发明延长了机轮寿命2500km左右，彻底解决了由于磨损导致的机轮组件提前失效的问题。
[0076]
四是不影响刹车装置的布置空间。本发明设计的机轮组件结构与原有的机轮组件结构相比，避免了轮毂、轮缘体积的增大，不会导致轮毂容腔变小，刹车装置的布置空间不会受到影响。
附图说明
[0077]
图1是机轮组件的结构示意图。
[0078]
图2是图1的侧视图。
[0079]
图3是轮毂的结构示意图。
[0080]
图4是图3的侧视图。
[0081]
图5是图4中b部位的局部放大图。
[0082]
图6是卡环的结构示意图；其中，图6a是主视图，图6b是图6a中a部位的局部放大图，图6c是图6a中b部位的局部放大图。
[0083]
图7是轮缘的示意图；其中，图7a是主视图，图7b是图7a中a部位的局部放大图。
[0084]
图8是梯形止动键槽圆弧示意图。
[0085]
图9是矩形止动键槽圆弧示意图。
[0086]
图中：1.轮毂；2.轮缘；3.卡环；4.轮毂止动槽；5.卡环轮毂止动键槽；6.卡环轮缘止动键槽；7.轮缘止动槽；8.梯形槽圆弧过渡；9.矩形键圆弧过渡。
[0087]
实施例一
[0088]
本实施例是一种适用于某型飞机的单腹板式刹车机轮的机轮组件。
[0089]
如图1所示，该机轮组件包括轮毂1、轮缘2和卡环3。所述轮缘2套装在轮毂1上，安装在轮毂1卡环槽内的卡环3用来防止轮缘2沿轴向脱落，密封圈安装在轮毂1上的密封圈槽内与轮缘2一起起到密封作用。
[0090]
所述轮毂1采用现有技术，为单辐板式锻造铝合金轮毂，其剖面为双“u”形；在辐板上开有9个减重孔。
[0091]
所述轮毂1安装活动轮缘一端的外圆周表面上均匀分布有9个轮毂止动槽，通过所述轮毂止动槽与位于卡环内圆周表面的止动键之间的配合，将所述卡环3固定在该轮毂上。该轮毂止动槽槽口的宽度为11～23mm，深度为4～12mm；该轮毂止动槽的横截面为圆弧形或梯形或矩形。各所述不同横截面形状的轮毂止动槽的尺寸根据所述轮毂的外径确定：
[0092]
若采用弧形轮毂止动槽：当该轮毂的外径a1为400mm～500mm时，该弧形的轮毂止
动槽的弧长为20～30mm，半径为5～10mm；当该轮毂的外径a2为500mm～60时，该弧形的轮毂止动槽的弧长为35～45mm，半径为15～25mm。
[0093]
若采用梯形轮毂止动槽：当该轮毂的外径b1为600mm～700时，该梯形的轮毂止动槽的宽度为70～80mm，深度为15mm～20mm；当该轮毂的外径b2为700mm～850时，该梯形轮毂止动槽的弧长为85～95mm，深度为20～25mm。
[0094]
若采用矩形轮毂止动槽：当该轮毂的外径c1为850mm～950mm时，该矩形的轮毂止动槽的长度为100～110mm，宽度为60～70mm；当该轮毂的外径c2为950mm～1000mm时，该矩形止动槽的长度为110mm～115mm，半径为70～75mm。
[0095]
分别位于轮毂上的两个相邻的轮毂止动槽宽度方向的中心线之间的夹角为40
°
。
[0096]
所述活动轮缘是对现有技术改进得到。所述改进之处在于，在该活动轮缘外端的内表面均布有9个轮缘止动槽，装配后使该活动轮缘上的各轮缘止动槽与位于所述卡环外圆周表面上止动键的配合，将该卡环固定在该活动轮缘上。各轮缘止动槽的横截面为圆弧形或梯形或矩形，各所述不同横截面形状的轮缘止动槽的尺寸根据所述轮缘的外径确定。
[0097]
分别位于轮缘上的两个相邻的轮缘止动槽宽度方向的中心线之间的夹角为40
°
。
[0098]
所述卡环3是对现有技术改进得到。该卡环由二个半卡环合并形成一个整环，用于固定轮缘2。对该卡环的改进之处在于，在该卡环内圆周表面增加了9个轮毂止动键，在该卡环外圆周表面增加了9个轮缘止动键。位于该卡环外圆周表面的各轮缘止动键与位于该卡环内圆周表面的各轮毂止动键错位排布，并使该轮缘止动槽宽度方向中心线与轮毂止动槽宽度方向中心线之间的夹角为20
°
。各所述轮毂止动和轮缘止动键槽的横截面为圆弧形或梯形或矩形。
[0099]
所述轮毂止动键槽靠近该卡环内圆周表面的内缘处；所述轮缘止动键槽靠近该卡环的外圆周表面的外缘处。各所述轮毂止动键与相对应的各轮毂止动槽相嵌合，并有0.05mm～0.1mm的配合间隙；各所述轮缘止动键与相对应的各轮缘止动槽相嵌合，并有0.05mm～0.1mm的配合间隙。各所述轮毂止动键槽的根部与各轮缘止动键槽的根部均做圆弧处理，以消除该根部的集中应力。
[0100]
本实施例通过所述各止动键与止动槽的配合限制轮毂和轮缘之间的相对转动，从而消除磨损问题。
[0101]
实施例二
[0102]
本实施例是一种适用于某型飞机的单腹板式刹车机轮轮毂的设计方法。
[0103]
所述机轮轮毂直径d为400～1000mm。
[0104]
本实施例的具体过程是：
[0105]
步骤1，确定机轮轮毂的受力参数：
[0106]
所述机轮轮毂所受力包括飞机的总重量、整个刹车过程中产生的能量、着陆过程中的冲击载荷。
[0107]
所述飞机的总重量由飞机总体设计提供。
[0108]
所述整个刹车过程中产生的能量通过公式(1)得到：
[0109]
as＝cwz
l
v2z
l
/1.21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0110]
式中，as是整个刹车过程产生的能量；c是推荐的经验系数；wz
l
是设计的飞机着陆重量；vz
l
是设计的飞机着陆速度。
[0111]
所述着陆过程中的冲击载荷通过公式(2)得到：
[0112]
ms＝nmc
×
μmc
×
s
t
×
(ds ds)/4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0113]
式中，nmc是摩擦面数目；μmc是摩擦偶的摩擦系数；s
t
是刹车盘的轴向压紧力；ds是刹车盘外径；ds是刹车盘内径。
[0114]
步骤2，确定各止动键槽的尺寸：
[0115]
所述止动键槽包括轮缘止动键槽和轮毂止动键槽；所述轮缘止动键槽和轮毂止动键槽的横截面包括弧形止动键槽或梯形止动键槽或矩形止动键槽。
[0116]
第一步，确定各弧形止动键槽的尺寸：
[0117]ⅰ确定弧形止动键槽的初始设计尺寸。
[0118]
根据步骤1得到的机轮轮毂的受力情况确定弧形止动键槽的初始设计尺寸。
[0119]
具体过程是：根据得到的整个刹车过程中产生的能量as，通过公式ug＝as/ws得到所述机轮轮毂单位质量能载ug；式中，ws为总体设计分配的机轮轮毂重量。
[0120]
将得到的机轮轮毂单位质量能载ug与已知现有机轮的单位质量能载ug1进行比较，若ug－ug1的绝对值为≤5，则认为机轮的外径满足设计要求；若ug－ug1的绝对值为＞5，则认为轮毂的外径不满足设计要求。当轮毂的外径不满足设计要求时，调整总体设计给定的机轮重量ws，使ug－ug1的绝对值为≤5；通过增加总体设计分配的机轮轮毂重量减小ug，以调整所述总体设计给定的机轮重量ws。
[0121]
当轮毂的外径确定后，根据轮毂的不同直径，按照大直径选大弧长和大深度、小直径选小弧长和小深度的原则，确定弧形止动键槽的初始设计尺寸。
[0122]
确定的弧形止动键槽的初始设计尺寸包括该弧形止动键槽的初始半径和初始深度。所述弧形止动键槽的初始半径＝轮毂直径
×
5％；所述弧形止动键槽的初始深度＝轮毂直径
×
2％。
[0123]ⅱ校核轮毂的强度。
[0124]
将得到的弧形止动键槽的初始半径和弧形止动键槽的初始深度分别输入abaqus软件中，通过该abaqus软件计算轮毂在爆破压力载荷、径向设计载荷以及径
‑
侧联合设计载荷工况下的最大应力，以确定该轮毂的强度。所述爆破压力载荷、径向设计载荷以及径
‑
侧联合设计载荷工况由设计提供。具体过程是：
[0125]
ⅰ
判定爆破压力载荷下机轮的最大应力是否满足该设计指标要求：
[0126]
将总体设计提供的轮毂爆破压力载荷代入abaqus软件中计算，得到爆破压力载荷下机轮的最大应力。将得到该爆破压力载荷下机轮的最大应力与设计指标进行比较，确认是否满足该设计指标要求。当该爆破压力载荷下机轮的最大应力＜该设计指标时满足设计要求；当该爆破压力载荷下机轮的最大应力≥该设计指标时不满足设计要求。
[0127]
ⅱ
判定径向设计载荷下机轮的最大应力，机轮轮毂否满足该设计指标要求：
[0128]
将总体设计提供的径向设计载荷代入abaqus软件中计算，得到径向设计载荷下机轮的最大应力。将得到该径向设计载荷下机轮的最大应力与设计指标进行比较，确认是否满足该设计指标要求。当该径向设计载荷下机轮的最大应力＜该设计指标时满足设计要求；当该径向设计载荷下机轮的最大应力≥该设计指标时不满足设计要求。
[0129]
ⅲ
判定径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力是否满足该设计指标要求：
[0130]
将总体设计提供的径
‑
侧联合设计载荷代入abaqus软件中计算，得到径
‑
侧联合设
计载荷下机轮的最大应力。将得到该径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力与设计指标进行比较，确认是否满足该设计指标要求。当该径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力＜该设计指标时满足设计要求；当该径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力≥该设计指标时不满足设计要求。
[0131]
ⅳ
综合判定爆破压力载荷下机轮的最大应力、径向设计载荷下机轮的最大应力和径
‑
侧向联合设计载荷下机轮的最大应力是否均满足设计指标要求：
[0132]
对
ⅰ
～
ⅲ
中得到的各判定结果进行综合判定，当各判定结果均满足设计指标要求，则以确定的弧形止动键槽的尺寸作为最终设计尺寸；当各比较结果中有一项不满足设计指标要求时，则修改弧形止动键槽的初始尺寸。
[0133]
所述的各判定结果是指爆破压力载荷下机轮的最大应力与设计指标比较的结果、径向设计载荷下机轮的最大应力与设计指标比较的结果，以及径
‑
侧联合设计载荷下机轮的最大应力与设计指标比较的结果。
[0134]ⅲ修改弧形止动键槽的尺寸。
[0135]
所述修改弧形止动键槽的初始尺寸时，按先减小深度再减少弧长的原则，依次交替减少该弧形止动键槽的深度和弧长，得到第一次修正后的弧形止动键槽深度。在减少所述弧形止动键槽的初始深度时，将该弧形止动键槽的初始深度减少2mm。
[0136]
重复所述步骤ⅱ中校核轮毂的强度尺寸的过程，将第一次修正后的弧形止动键槽深度和弧形止动键槽的初始半径均输入abaqus软件中，通过该abaqus软件得到轮毂在爆破压力载荷、径向设计载荷以及径
‑
侧联合设计载荷工况下的新的最大应力，并重复所述步骤
ⅰ
～
ⅲ
中判定爆破压力载荷下机轮的新的最大应力是否满足该设计指标要求、判定径向设计载荷下机轮的新的最大应力否满足该设计指标要求和判定径
‑
侧联合设计载荷下机轮新的的最大应力是否满足该设计指标要求的过程，并重复步骤
ⅳ
中综合判定该新的最大应力是否均满足设计指标要求。
[0137]
若该新的最大应力满足设计指标要求，进入下一步骤；反之，修改弧形止动键槽的初始半径。
[0138]
在修改弧形止动键槽的初始半径时，将该弧形止动键槽的初始半径减小5mm，得到第一次修正后的弧形止动键槽半径。重复所述校核轮毂的强度尺寸的过程，将第一次修正后的弧形止动键槽深度和第一次修正后的弧形止动键槽半径均输入abaqus软件中，通过该abaqus软件再次得到轮毂在爆破压力载荷、径向设计载荷以及径
‑
侧联合设计载荷工况下的新的最大应力，并重复所述步骤
ⅰ
～
ⅲ
，判定再次得到的爆破压力载荷下机轮的新的最大应力是否满足该设计指标要求、判定再次得到的径向设计载荷下机轮的新的最大应力否满足该设计指标要求和判定再次得到的径
‑
侧联合设计载荷下机轮新的最大应力是否满足该设计指标要求的过程，并综合判定再次得到的在该新的最大应力是否均满足设计指标要求。
[0139]
若满足设计指标要求，进入下一步骤；反之，重复所述依次修改弧形止动键槽深度及校核的过程和修改弧形止动键槽半径及校核的过程，直至该轮毂的最大应力满足设计指标。
[0140]
至此，确定了该弧形止动键槽的中间尺寸。
[0141]ⅳ校核轮毂的疲劳寿命。
[0142]
通过abaqus软件及fe
‑
safe插件对轮毂进行疲劳寿命估算。
[0143]
将步骤1中确定的机轮轮毂的各受力参数分别代入abaqus软件中的fe
‑
safe插件中，采用现有技术计算该机轮轮毂的实际疲劳寿命估算值。所述机轮轮毂的受力参数包括飞机的总重量、整个刹车过程中产生的能量、着陆过程中的冲击载荷。
[0144]
将得到的该疲劳寿命估算值与设计提出的预期疲劳寿命评估值进行比较，判断该实际疲劳寿命估算值是否满足设计要求。若疲劳寿命估算值≥预期疲劳寿命评估值时，轮毂的疲劳寿命满足设计要求；若疲劳寿命估算值＜预期疲劳寿命评估值时，轮毂的疲劳寿命不满足设计要求。
[0145]
当轮毂的疲劳寿命不满足设计要求时，重复所述轮毂强度校核中修改弧形止动键槽的尺寸的过程，通过依次修改所述弧形止动键槽的中间尺寸，使该轮毂的疲劳寿命满足设计要求。
[0146]
当校核后轮毂的强度和疲劳寿命均满足设计要求时，确定当前的弧形止动键槽尺寸为最终设计尺寸。
[0147]
第二步，确定各梯形止动键槽的尺寸：
[0148]
所述各梯形止动键槽的尺寸包括该止动键槽的深度和宽度。
[0149]
重复第一步的过程，按所述第一步中确定各弧形止动键槽的尺寸的方法确定各梯形止动键槽的尺寸。
[0150]
在修改该止动键槽的尺寸时，先修改深度，再修改宽度。
[0151]
第三步，确定各矩形止动键槽的尺寸：
[0152]
所述各矩形止动键槽的尺寸包括该止动键槽的长度和宽度。
[0153]
重复第一步的过程，按所述第一步中确定各弧形止动键槽的尺寸的方法确定各矩形止动键槽的尺寸。
[0154]
在修改该止动键槽的尺寸时，先修改宽度，再修改长度。
[0155]
至此，完成了对该机轮轮毂的设计。
[0156]
本实施例以700mm直径的机轮为例，通过仿真分析，比较矩形键或圆弧键或梯形键与相应的矩形槽或圆弧槽或梯形槽配合处应力分布及强度大小。比较结果证明，梯形键在控制应力余量的基础上还能保证机轮具有足够的强度。
[0157]
键的形式确定为梯形键后，通过调整梯形键的宽度及深度，在保证机轮强度和寿命的前提下，通过静强度仿真分析得出键槽的深度及宽度范围，确保键槽不会影响机轮的正常使用。
[0158]
本实施例中，所述梯形槽槽口宽度75～95mm深度15～25mm，既不影响机轮轮毂的强度及寿命等使用要求，又能达到消除轮毂和轮缘之间的相对转动，从而消除磨损问题的效果。