六轉軸起落架收放偏差分析及可行性研究

朱裕譜，鄒 衍，肖 鴻，裴華平

（航空工業洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

為了減阻通常將起落架收藏于機身或機翼內，由于起落架的收藏空間非常有限，而生產誤差和運動間隙又使起落架運動軌跡和收放的極限位置產生一定的偏離[1]，因此需要對起落架結構形式進行合理設計。某型起落架由支柱、支柱撐桿接頭、下撐桿、上撐桿和撐桿轉軸和收放作動筒等組成，如圖1 所示。

圖1 六轉軸型起落架

該起落架構成空間六桿機構[2]，支柱與撐桿轉軸安裝于機身上，支柱可繞機身旋轉，旋轉軸為OA；支柱撐桿接頭繞支柱軸線OB 旋轉；撐桿轉軸可繞機身旋轉，旋轉軸為OC；支柱撐桿接頭、下撐桿、上撐桿和撐桿轉軸依次通過轉軸連接，其結構模型如圖2 所示。為保證機構具有單一自由度，能在收放作動筒的驅動下進行收放，理論上需同時滿足：

圖2 起落架結構組成

1） 支柱轉軸OA、支柱軸線OB 和撐桿轉軸旋轉軸OC 必須交于O 點；

2） 另3 個旋轉軸DD1、EE1、FF1 平行且垂直于平面OBC。

由于加工和裝配誤差的存在，理論上三個軸線交于一點難以保證，通過CATIA 中DMU 仿真分析初步發現，當存在加工及裝配誤差后，起落架無法收放到位，運動至某一位置出現機構卡死現象。故需對該型結構的偏差情況進行研究，以保證起落架收放功能。

1 六轉軸起落架數學模型

1.1 誤差簡化模型

該型起落架的支柱轉軸OA 與支柱軸線OB 位于同一構件上，通過機械加工能較好控制誤差，故不考慮支柱轉軸OA 與支柱軸線OB 偏離的情況。支柱轉軸安裝耳片與撐桿轉軸安裝耳片位于不同框上，跨度大且為組合件，累計誤差較大，故需分析撐桿轉軸旋轉軸OC 偏離的情況。不考慮其他誤差，建立該機構誤差模型如圖3 所示，其中O′為撐桿轉軸的軸線O′C 與平面OAB 的交點，OO′定義為撐桿轉軸的軸線O′C 的偏離誤差。

圖3 起落架機構誤差模型

由于OA 與O′C 不共面，在不考慮其他誤差的情況下，上撐桿與撐桿轉軸在連接處會出現沿安裝軸軸線方向的偏離（即OA 與O′C 間的距離），如圖4 所示。

1.2 不同工況誤差偏離情況

通過CATIA 作圖的方法可求出上撐桿與撐桿轉軸在連接處沿安裝軸軸線方向的偏離值，不同工況下該機構收起全過程中的偏離情況如表1 所示。

其中，工況編號為X，0

圖5 工況1.7 偏離誤差圖示

由圖5 可知，任意工況可分解為工況1~工況4的組合。 以工況1.7 為例進行說明。

工況1 在坐標系Oxy 中的坐標為（1,0），工況2在坐標系Oxy 中的坐標為（0,1），工況1.7 在坐標系Oxy 中的坐標為（x1.7,y1.7）。 收放過程中任一時刻，工況1 的上撐桿與撐桿轉軸在連接處沿安裝軸軸線方向的偏離誤差為P1i，工況2 的偏離誤差為P2i，工況1.7的偏離誤差為P1.7i，則

按式（1），可根據工況1 和工況2 偏離誤差求解工況1.7 偏離誤差，繪制曲線與作圖法的數據對比如圖6 所示。

圖6 起落架收放過程撐桿接頭偏差

由圖6 可知，作圖法曲線與求解法曲線幾乎完全重合，故可用求解法估算任意工況偏離誤差。

小誤差時，誤差影響按線性估算，以工況1.7 為例，即若撐桿轉軸旋轉軸O′C 的偏離誤差（O O′）為d時，任一時刻工況1.7 的偏離誤差為

按式（2），可根據工況2 和工況3 偏離誤差求解撐桿轉軸旋轉軸O′C 的偏離誤差（OO′）為0.5mm 時工況2.7 偏離誤差，繪制曲線與作圖法數據對比如圖7 所示。

由圖7 可知，作圖法曲線與求解法曲線幾乎完全重合，故可用式（2）估算任意工況偏離誤差。

2 誤差分析

2.1 撐桿偏差分析

撐桿轉軸旋轉軸偏離誤差為0.5mm 時，各工況上撐桿與撐桿轉軸在連接處會出現沿安裝軸軸線方向的偏離誤差，如圖8 所示。

圖8 撐桿運動工況間隙

由圖8 可知，撐桿平面偏移誤差在-0.5mm~0.5mm之間，因此為保證六轉軸起落架正常收放，上撐桿與撐桿轉軸在連接處沿安裝軸軸線方向必須保證有2倍的撐桿轉軸偏離誤差的間隙。

2.2 撐桿收起變形分析

當撐桿襯墊修配未到位時，起落架收放時會迫使撐桿完全變形（見圖9）。

圖9 撐桿變形部位

對于撐桿，上撐桿與下撐桿連接處為薄弱部位，假設變形都發生在該部分。將撐桿受力變形簡化為圖10 所示模型[3]。 F1 和F2 分別為上撐桿和下撐桿配合耳片處的軸向力，FA為下撐桿與支柱撐桿接頭間的軸向力，FB 為上撐桿與撐桿轉軸間的軸向力，上、下撐桿間相互作用力F1和F2 迫使上撐桿耳片變形，撓度分別為ω1 和ω2，其他部位按剛體計算。 撐桿變形

圖10 上下撐桿受力變形

根據受力平衡，有：

帶入數值，故可求得：

利用Adams 建立起落架動力學模型，同時將上述計算得到的撐桿安裝軸軸向力轉換為影響撐桿折疊的摩擦力，計算某一狀態起落架收放載荷，如圖11所示。

圖11 起落架收放載荷

由圖11 可知，考慮撐桿變形后，起落架收放載荷在前段略有增加，經統計，增大量約為5%；末端增加明顯，并隨著收放角度增加而逐漸加大，最大增大量約22%。

3 六轉軸起落架結構參數確定

該六轉軸起落架各構件擬采用H8／f7 的配合公差，各構件的間隙如表2 所示。

表2 起落架結構件間隙表

支柱與支柱轉軸配合間隙、撐桿轉軸與機身配合間隙影響撐桿轉軸偏離誤差的大小，最嚴酷情況引起的撐桿轉軸偏離誤差為（0.089／2＋0.03／2）＝0.0595mm。機身撐桿轉軸配合孔擬總裝后利用支柱轉軸安裝工裝定位后精加工而成。設定加工誤差為0.3mm，故撐桿轉軸偏離總誤差為0.0595+0.3=0.3595mm， 近似取0.4mm。 根據上述分析，為保證起落架收放正常，上撐桿與撐桿轉軸在連接處沿安裝軸軸線方向需預留最大0.8mm 的間隙。

支柱與支柱撐桿接頭配合間隙、支柱撐桿接頭與下撐桿配合間隙、下撐桿與上撐桿配合間隙、上撐桿與撐桿轉軸配合間隙影響上撐桿與撐桿轉軸在連接處沿安裝軸軸線方向的間隙大小，產生的最大間隙為±（0.125／2＋3*0.106／2）＝0.2215mm， 最小間隙為±（0.036／2＋3*0.03／2）＝0.063mm。 顯然0.2215＜0.8，故安裝時需對配合處襯墊進行修配，最大修配量為（0.8－0.063）＝0.737mm，最小修配量為（0.4－0.2215）＝0.1785mm。

因此，理論上通過對配合處襯墊進行修配，可以保證起落架正常收放。

4 結語

撐桿變形對起落架的收放載荷最大增加22%，通過六轉軸起落架建模分析和計算，得出上撐桿與撐桿轉軸在連接處沿安裝軸軸線方向有2 倍的撐桿轉軸偏離誤差的間隙時，能消除撐桿變形帶來的載荷。通過對配合處襯墊進行修配，可以保證六轉軸起落架的正常收放，滿足飛機狹小空間起落架布置要求。