飞机起落架及液压系统设计

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1、摘要：本文对飞机起落架进行了研究，对某些动态参数进行了设计。在起落架机构方面采用的是连杆机构，在本文中计算了起落架机轮所承受的各向载荷、活动部位的相对位移、起落架的投放高度、各部位的加速度等关键部位的参数。在机构设计中使用了一个比较新颖的设计方法，采用一些分析软件来实现机轮轮轴的空间定位，并且对其移动轨迹进行了模拟。通过分析各部位的爱力状态，建立了力学模型，确定了影响机轮载荷的因素，推导出了计算公式。另外在液压系统方面，作了简要的设计。关键词：起落架；数据采集和处理；软件；起落架液压系统；起落架运动分析。引言：众所周知，飞机起落架是飞机结构中一个极其重要的部件，主要用于飞机的起飞、着陆、地面滑

2、行和停放，承受并减缓飞机在地面运动时产生的不同程度的撞击，从而减轻飞机的受载。为了保证飞机的安全起飞、着陆，要求起落架具有足够的强度和刚度；为了使飞机离开地面后具有良好的性能，要求起落架尽可能的轻；为了满足经济性和商业竞争的需要，起落架还应当经久耐用，并且与机体结构同寿。飞机在着陆过程中，将受到时很大的撞击，撞击能量主要由起落架的缓冲系统吸收，剩下的通过起落架传递到时机身消散掉，因此，起落架应具有很好的缓冲性能。飞机起落架的设计与其它的飞机部件不同。一般来说，在飞机起落架的设计过程事，需要进行一第列的仿真实验。通过仿真实验来选择合适的尺寸和型式，调整起落架内部的参数，使设计的起落架能达到最佳状

3、态。因此，实验的结果的真实性是飞机起落架设计中的关键因素。为了模拟出起落架承受冲击的环境，需要使用很多的试验设备来模拟各种各样的情况，因此，必须测量出起落架各种各样的参数，根据这些参数来判断整个系统的工作情况。前三点式起落架，采用前三点起落架，与自行车式后三点式相比前三点式具有结构重量适中，前方界、地面滑行稳定性、起飞抬前轮、起飞过程中的操作、着陆接地的操作性能好，着陆速度使用的发动机不限的特点。起落架就是飞机在地面停放、滑行、起降滑跑时用于支持飞机重量、吸收撞击能量的飞机部件。简单地说，起落架有一点象汽车的车轮，但比汽车的车轮复杂的多，而且强度也大的多，它能够消耗和吸收飞机在着陆时的撞击能量

4、。概括起来，起落架的主要作用有以下四个：承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时的重力；承受、消耗和吸收飞机在着陆与地面运动时的撞击和颠簸能量；滑跑与滑行时的制动；滑跑与滑行时操纵飞机。在过去，由于飞机的飞行速度低，对飞机气动外形的要求不十分严格，因此飞机的起落架都由固定的支架和机轮组成，这样对制造来说不需要有很高的技术。当飞机在空中飞行时，起落架仍然暴露在机身之外。随着飞机飞行速度的不断提高，飞机很快就跨越了音速的障碍，由于飞行的阻力随着飞行速度的增加而急剧增加，这时，暴露在外的起落架就严重影响了飞机的气动性能，阻碍了飞行速度的进一步提高。因此，人们便设计出了可收放的起落架，当飞机在空中飞行

5、时就将起落架收到机翼或机身之内，以获得良好的气动性能，飞机着陆时再将起落架放下来。然而，有得必有失，这样做的不足之处是由于起落架增加了复杂的收放系统，使得飞机的总重增加。但总的说来是得大于失，因此现代飞机不论是军用飞机还是民航飞机，它们的起落架绝大部分都是可以收放的，只有一小部分超轻型飞机仍然采用固定形式的起落架飞机起落架设计目录一、设计任务二、设计方案与参数的确定.三、运动分析.四、动态静力分析.五、飞机起落架液压系统 一、 设计任务 飞机起飞和着陆时，须在跑道上滑行，起落架放下机轮着地，如方案图中实线所示，此时油缸提供平衡力；飞机在空中时须将起落架收进机体内，如图中虚线所示，此时油缸为主动

6、构件。要求如下：1：起落架放下以后，只要油缸锁紧长度不变，则整个机构成为自由度为零的刚性架且处在稳定的死点位置，活塞杆伸出缸外。2：起落架收起时，活塞杆往缸内移动，所有构件必须全部收进缸体以内。不超出虚线所示区域。采用平面连杆机构。3：采用平面连杆机构，油缸为单级。4：机构在运行过程中最小传动角大于或等于30。5：以知数据如下图所示。6：用不同颜色画出机构的两个位置。标注尺寸。 二、 设计方案的确定方案（一）该方案是最容易想到的，简单易行，结构简单，但是由于机构没有放大功能，要使起落架运行到位，液压缸走过的行程甚大，不容易安装。方案（二）在设计飞机起落架机构的方案的时候，把机构分成两部分，一部

7、分机构为传动机构，它是由杆AE，BC，CD组成，利用该四杆机构死点锁紧的特性固定飞机起落架。另一机构是动力机构，通过该机构给四杆机构一动力，使其能进行收放。四杆机构以定，方案的变化主要是通过改变动力机构，动力机构的方案有如下几种。1：油缸前推连杆放大动力机构如下： 该机构通过三角板与四杆机构的连杆CD相连，通过油缸与连杆的共同作用驱动三角板。从而是连杆进行收放。缺点结构不够紧凑，不是最简单。2：油缸浮动式动力机构如下：该机构油缸的一端直接与连杆CD相连另一端不是固定在机架上, 而是可以随着连杆CD的倾斜而运动, 故称为油缸浮动式机构。该机构的拉杆也与连杆CD相连, 也能给飞机四杆机构动力，从而

8、为液压缸适当的减下的负荷，缺点就是在运行过程中液压缸摆角较大，使得液压管路难于布置。还有就是不能在规定的范围内使整个机构顺利的收回。3：液压缸与三角板铰接在一起机构如下：该机构通过三角板与杆CD连接在一起，提供动力，液压缸与三角板铰接在一起，从而占用的空间较前两种动力机构少了较多，布置容易，能较好的满足题目的要求。这也是飞机起落架的最终动力机构。该机构各杆长度如下：Lbc=244mm Lcd=436mm Lec=100mm Lef=144mm Leg=269mm Lgf=131mm Lab=250mm液压杆的长度Ljf=为140mm, 液压缸长度为145mm各参数确定： 前三点式起落架的主要几

9、何参数包括：主轮距B、前主轮距b、停机角、着地角、防后倒立角、起落架高度h (1)停机角的确定: = 0 4按起飞要求，其最佳值应能使飞机起飞距离最小。根据经验取：=2(2)着地角的确定：按着陆迎角确定=16(3)防后倒立角的确定：应大于着地角=+2=18(4)前主轮距b的确定：fL=17.7(m) 取b=0.35*fL=6.195m) (5)起落架高度h 安装起滑安装着陆重心位置为0.5BL=8.85（m）前轮所承受的载荷最佳值为起飞重量的815%的条件及=18来确定前轮载荷QT，后轮载荷HT，飞机重量G 对主轮距取矩：QTb=Ge由此得出：e=（815%）b 取e=0.1b=0.6195

10、(m) 则h=e/tan=1.90(m)减震器参数：(1) 飞机下沉速度减震器的行程取决于飞机下沉速度(接地时的垂直速度)、减震材料和接地时机翼升力。不同类型飞机的下沉速度(vV)不同：陆基飞机为3m/s，垂直起落飞机为4.5m/s，舰载飞机为67m/s。(2) 起落架过载飞机垂直速度的减速率称为起落架过载，其决定了由起落架传到机体上的载荷的大小，影响结构重量和乘员/旅客的舒适性。不同类型飞机，起落架过载(ng)不同：大型轰炸机为23，商用飞机为2.73，通用航空飞机为3，空军战斗机为34，海军战斗机为56 三、运动分析 1、求各点的位移，见车厢举升机构运动简图：已知固定铰链点的坐标 杆长 求

11、点J： 求点F： 求点G： 求点E： 求点C： 根据CED三点共线和Lcd得： 求点B: 2、求各点的速度方程：分别对以上各点位移方程求对时间的一阶导数，即可得到各点的速度方程。3、求各点的加速度方程：利用求得的各点的速度，对其再求一阶导数，即可得到各点的加速度方程。4、各点的位移、速度、加速度曲线：构件AB运动的角速度，角加速度曲线：构件BC运动的位移，速度，加速度曲线： 构件CD运动的位移，速度，加速度曲线： 构件EG运动的位移，速度，加速度曲线：构件GF运动的位移，速度，加速度曲线： 构件FE运动的位移，速度，加速度曲线：构件HG运动的角速度，角加速度曲线：构件HL运动的角速度，角加速度

12、曲线：构件LF运动的位移，速度，加速度曲线： 四、动态静力及传动角分析飞机共有三个飞机起落架，查资料知中型飞机约重12t,飞机滚轮与地面的摩擦系数约为0.4，可知单个飞机起落架所受地面的支持力 Fn=40000N,与地面的摩擦力为Ff=Fn*0.4=16000N.为进行静力分析将机构分解如下：， 飞机起落架的动力机构负责提供动力，当到达死点时，将不再受力，固不进行分析。AB杆的平衡方程: BC杆的平衡方程: CD杆的平衡方程: 杆AB中的A与B点在运动中的受力与扭拒曲线如下：BC杆C点在运动中的受力与扭拒曲线如下：CD杆D点在运动中的受力与扭拒曲线如下：三角架点E在运动中的受力与扭拒曲线如下：

13、飞机起落架的传动角检验： 把飞机起落架机构按作用分成两个杆组，一个杆组是由AB，BC，CD杆组成的死点机构，另一杆组是由EFG三角架，HG，JH杆组成的动力机构，死点机构的传动角为角ABC。利用ADAMS软件进行测量，结果如下：由图可知在起落架整个过程中，死点机构的传动角均大于30度。动力机构的传动角如下图： 其在运动过程中角度变化如下： 由图可知在整个过程中传动角均大于30度，固机构的传动角符合要求。 5、 飞机起落架液压系统1 液压系统工作原理设计液压传动系统主要由供压部分(泵源回路)与工作部分(工作回路)所组成的。设计新的液压系统，首先根据飞机起落架总体对液压系统所提出的操纵要求,性能品

14、质要求,可靠性要求选用合适的泵源回路与各操纵机构的液压工作回路组成整个起落架液压系统。1) 液压系统方案原理图设计；2) 液压原理方案说明书；3) 液压系统可靠性、温度估算；4) 方案总体评估说明。2 确定液压系统主要参数液压系统参数应满足标准化与规范化要求,为此进行系统参数设计前按总体要求首先确定：1) 液压系统所用液压油；2) 液压系统的工作压力等级；3) 液压系统的工作范围；4) 液压装置的尺寸及性能；5) 液压系统的额定流量；6) 各管段的导管直径。.3 选择液压附件,开展对新研制附件的设计工作 根据工作原理图对附件的功能要求与所确定的系统主要参数选择定型的液压附件,对新研制的附件提出

15、指标要求,同时开展对辅助附件的设计工作。4 液压系统的安装调试通过试装，把附件导管和主机机体结构的连接关系最后确定下来，这这个基础上可绘制液压系统安装图，固定连接件的零构件图及编制导管表。5液压系统工作性能核算 在完成液压系统设计工作后，系统有关参数已基本确定，在生产、装配与试验前，应用计算机对系统性能进行数字仿真核算，检查所设计的液压系统是否满足性能指标要求，以便消除设计中的缺陷，改进设计，以保证生产出来的液压系统能满足性能指标要求。对飞机液压系统应进行：（1） 系统工作性能核算；（2） 系统工作温度核算；（3） 系统频率相应核算；（4） 系统瞬态相应核算 ；（5） 系统机械振动核算。6液压

16、系统安装、调试及性能试验 按液压系统的设计要求把整个系统在试验室里组装起来，通过1:1地面模拟试验，对液压系统进行全面的性能考核，通过模拟试验能在飞机试飞前考核液压系统性能，并对飞机产生过程中系统的重大更改作出鉴定，为进一步改进液压系统设计和提高系统安全性提供重要保证。2 液压系统设计指标及要求2.1 使用方面要求一个液压系统往往包括多个工作部分，对它们各自都有不同的使用要求，大致可分为以下几方面：2.1.1 不同的操纵特点工作部分液压部件的操纵特点基本上可以划分为两类型：一类是传动系统，它们有得要求完成一位或多位的方向控制，有的要求进行一级或多级的压力控制，有的要求进行一速或多速控制；另一类

17、是伺服系统，它们要求液压部件跟随操纵指令变化而动作，常用的有机液伺服与电液伺服两类系统。2.1.2不同的操纵顺序按照整个系统的要求，了解整个使用过程中各液压部件操纵的先后顺序，哪些是单独工作的，哪些复合运动的。对影响安全的液压部件，还应了解在应急情况下有关部件的操纵情况。对不同的飞机还会有一些不同的使用要求。上述要求对液压系统的布局与参数选择有很大的影响。例如对伺服系统要求供压泵源保持恒压，而流量有变化要小。对某些危机及安全的液压部件应采用冗余措施，应备有应急操纵系统和应急泵源。2.2 工作环境要求系统工作环境如最高与最低温度、振动频率与幅值、冲击强度、过载大小、湿度大小、噪音强度、污染和腐蚀

18、情况对系统影响都比较大，所以应注意。2.3 外载荷作用在液压装置上的外载荷基本有下述几种类形:1) 质量力作用在作动部件活动部分的重心上，它包括作动部件的重量和因飞机作加速运动或作动部件本身加速运动时产生的惯性矩。2) 外力（接触力） 作用在作动部件表面上的力，例如飞机操纵面上作用的气动力，压紧机构的压紧力等。除了上述的主要载荷外，对液压作动部件本身有上开锁力，轴承与密封装置产生的摩擦力及粘性阻尼力等。但这些力一般都比较小，在计算时通常按基本载荷的百分之几加以估算。2.4 性能要求飞机总体对各动作部件所提出的性能要求时液压系统设计的主要原始依据，它包括：动作部件的行程（或转角），运动速度范围，

19、加速度范围，动作部件的位置误差和同步动作的时间误差等。下面列举飞机液压系统各个动作部件的收放时间的大致要求: 表2-1收放时间表机型收放起落架时间(s)收放减速板时间(s)刹车时间(s)歼击机782左右1.5前线轰炸机20远程轰炸机252.5 可靠性要求可靠性指标是液压系统的一项重要指标,它往往被设计者忽略,液压系统在使用过程中是较容易发生故障的系统之一,如果液压系统的可靠性低,会使系统失去其使用价值。液压系统可靠性指标有:1) 系统基本可靠性系统可靠性用平均无故障工作时间MTBF表示,该指标主要反应对系统使用维护及修理后与后勤保障方面的要求。2) 工作寿命系统的返修期与报废期,系统经合理维修

20、与更换附件其工作寿命应与整系统同寿。3) 系统故障容错要求除了提高组成系统附件可靠性外,还应该对系统的结构冗余组成提出故障容错要求。对关键液压系统的泵源部分应满足一次故障工作,二次故障安全的故障容错要求。这样对泵源最少有三套独立系统。对关键工作部分应满足故障安全的容错要求。应有正常与应急两套相互独立系统。2.6 重量要求对飞机上的液压系统重量指标应控制在整机重量的1左右，这个指标是比较严的，在实际中往往要超过这个数字的。按实际系统设计而定。3 液压系统原理图设计与参数初步估算根据整个液压系统所提出的要求,选择合适的工作回路与泵源回路组成液压系统。工作部分要满足各动作部件功能、可靠性能等方面的需

21、要;泵源部分应满足与工作部分协调一致。液压系统工作部分工作时,系统泵源应能立即提供所要求的功率;液压系统停止工作时候应能自动转入卸荷状态。选择好的原理方案，是设计出高质量液压系统的基础。下面原理是经过几个方案比较比较实际实用的一种，本次设计就以本系统展开。3.1 原理图参照以前资料将液压系统设计为下图所示：图3-1液压系统图3.2 液压系统原理方案说明起落架收放系统的功能应保证;收起位置时，锁紧起落架，钩子用于与设置在起落架上的碰锁箍协作保持起落架在收起位置。起落架放下后，用支柱液压缸锁紧起落架;在收起落架过程中开锁,起落架收放与上锁等动作顺序应协调.起落架收放回路主要是由一些基本顺序回路组成

22、。本设计力求用于操作飞机起落架系统提供一种简化的系统设计。操作如下：从飞机处于飞行中和起落架处在收起的状态开始，驱动计算机6通过控制使隔断阀3打开（接通阀的右位）开始，这样就允许液压泵4提供的高压流体通过隔断阀3进入油管路达到选择器1（二位三通阀），由于此时三位四通电磁阀7是处于中位，所以上下两管路都是连通于回油管路。随后驱动计算机6将三位四通电磁阀7置于左边位置，使压力流体进入下管路，而上管路被保持连通于回油管路。于是，各起落架舱门被打开，各钩子被液压缸12控制而释放各起落架，各起落架在液压缸9作用下向下运动到放下位置，在这个位置上放开液压缸11把支柱锁住，由此将各起落架稳定在它们的放下位置

23、。在飞机已经着陆和随后再起飞时，只需把三位四通电磁阀7置于右边位置，就可使上管路连通压力流体而下管路被保持连通于回油管路。这时收起液压缸11释放支柱，从而使各起落架可在各自的液压缸9的驱动下被收起。一旦起落架达到了收起位置，钩子就勾在起落架的碰锁箍上而把起落架保持在收起位置。随后起落架舱门重新关闭，而三位四通电磁阀7（还有舱门选择器）被返回到中位。起落架放下过程中节流阀8中的单向阀处在关闭位置,回油只能经过节流阀流出,减少了起落架.放下时的速度,缓和了撞击.此外,还可以使起控制落架放下速度的液压缸9比比控制钩子和支柱的液压缸12、11伸出速度慢些,起延时作用,以防止起落架撞坏机轮护板等。然而，

24、只要停止对隔断阀3世家控制信号，它就会回到其停止位置，在这一位置上，二位三通阀1进被连通于回油管路。3.3 系统基本可靠性估算可根据附件类型，工作环境条件，从非电子附件可靠性手册中查出附件的失效率，下表给出一般液压附件失效率数据，查出失效率，查出有关附件的失效率，乘上环境因子K后，可按下式估算出系统的平均无故障工作时间。故障时间公式: (3-1)式中 为某类的附件数目; L为附件种类数目; 某附件的失效率; K 环境因子取80。表3-1其他阀选取表附件名称故障次数 10-6/h下限平均上限电动泵2.258.727.4固定节流孔0.010.152.11溢流阀0.2243.927.25三通电磁阀1

25、.874.68.1液压缸0.0050.0080.12压力软管0.1573.935.22发动机驱动泵1.128.7431.3液压系统原理放案最后通过评比确定，目前常用的评比办法是记分法，把评比的内容按其重要性的主次给以一定分值，总分值最高的方案为当选方案。用这样方法所选定的方案能够比较全面的满足总体提出要求。虽然在统计上发生的可能性很小，但是某些故障情况仍可能妨碍起落架的放下。例如，可以考虑发生了三位四通电磁阀7被卡死在某一中间位置，而将上、下管路都关断的情况。在这种情况下，液压缸9的环形腔室内的液压油不可能排出，因而各起落架被憋死，为了消除这一缺点，使这种液压回路有安装在各起落架附近的三个卸压

26、阀14，各卸压阀14在常态下是关闭的，但是在紧急时可以控制它们而使下管路和上管路连通于回油管路，这样就可消除液压油被锁在液压缸9、11、12的腔室里的任何危险。为此目的，各卸压阀14、各二位三通阀1以及各钩子都设有机电驱动元件，在这里，每个驱动元件由两个在应急计算机13的控制下的电动机构成，在液压回路的正常工作中出现故障时，飞行员可启动应急计算机13，以及把控制从驱动计算机6转换到应急计算机13.应急计算机13一旦被启用，它就驱动二位三通阀1而阻止压力流体进入回路，并把进油管路连通于回油管路。随后应急计算机13控制各卸压阀14，而将下管路、上管路都连通于回油管路。最后，应急计算机13控制个钩子

27、，使它们释放各起落架，使各起落架在重力作用下下降到放下位置，在这个位置上，各支柱被弹簧机械地锁住。4 系统主要参数的确定与估算4.1选择系统所用液压油系统液压油选择一般按飞机的总体要求确定,本次设计选取10号航空专用液压油。下面是其性能指标:表4-1油指标表项目质量指标实验方法外观红色通明液体目测运动黏度GB/T25650C 不小于 10-50C 不大于1250机械杂质 无GB/T511油膜质量（65C+1C） 合格GB/T264密度（20C）850GB/T18844.2 选取系统工作压力等级与系统工作温度范围4.2.1 系统压力确定液压系统工作压力是系统的最基本参数之一，它对整个系统的性能有

28、很大影响，随着液压系统输出功率增大，系统工作压力等级有日益提高的趋势。现研究主要着眼于寻求最轻液压系统重量的所谓最佳压力.最早的结论是28MPa后来又以选择不同的压力等级来设计液压系统,结果表明在现有的材料条件下把现有的21MPa分别提高到28MPa,35MPa和42MPa,系统重量分别比原来轻5%,6%和4.5%所以认为系统的最佳压力为32-35MPa.提高工作压力等级对液压系统会带来密封困难,附件加工精度高,附件生产成本高,发热量加大可靠性和寿命降低.因此在选取压力等级时不能一味追求高压结合实际情况选取本设计选取28MPa,由于要设计起落架根据材料选取22 MPa作为设计压力。压力选取具体

29、参照下图： 图4-1压力曲线图4.2.2 系统主参数给定液压系统主要参数应满足标准化与规范化的要求，在此进行系统参数设计设定。1) 泵的输出压力Pg=22MPa；2) 主起落架液压缸的输入压力为P1=19.8MPa；3) 溢流阀工作压力P=26.4MPa；4) 液压系统的工作温度范围：-55C70C。4.3 确定执行机构的参数 在飞机液压系统中，液压缸被广泛应用于舵面的操纵，起落架，襟翼和减速板的收放，发动机尾喷口、进气锥和燃油泵的操纵等场合。现在以起落架主起液压缸为设计实例:4.3.1 液压缸设计1) 液压缸的设计通常要求满足下述最基本技术要求：(1) 承受最大的负载力，即输出力P=6.12

30、5104N；(2) 输出动作时间T7s；(3) 最大工作行程L=47.8。以上数据是由被操作对象的要求提出来的。例如起落架收放液压缸的负载力P是根据作用在起落架上的空气动力负载，起落架本身的重量以及惯性等来确定的。最大速度或动作时间t则是根据飞机的战术技术所规定的收放时间提出来的，最大工作行程L则是根据起落架传动图从收起位置到放下位置之间的运动范围提出的。为了满足所提出的技术要求，设计液压缸最基本的内容在于保证其一定的有效面积，强度和不漏油，并满足性能指标及使用要求。2）设计步骤和方法(1) 液压缸的输入压力P是根据系统的工作压力来确定液压缸的输入压力p是根据系统的工作压力来确定的，通常有三种

31、不同的观点：其一，按最小重度观点。经理论计算和实验检验，航空液压系统总重量与系统工作压力有关，目前系统认为的最佳压力应为Pg=22MPa。所以，液压缸的输入压力P1在考虑进油管路损失时，取： P1=0.9Pg=220.9=19.8MPa其二，按最佳强度观点，此观点在本质上还是为了减小元件的尺寸和重量，不过是以材料强度为依据罢了，其结果形式为： （4-1）式中为液压缸缸壁材料的许用应力。这就是说，此种方法是按照液压缸材料来确定压力的 ，其壁厚应满足筒内外径比值其三，按液压泵的实际工作压力确定液压缸的最大输入压力。即 （4-2）这种方法不能满足最佳性能的要求，但却是一种按具体问题采取具体解决的方法

32、。式子种的系数，是考虑到传输管路和控制阀的压力损失。(2) 确定有效面积F内径D和杆径d以双面活塞杆液压缸为例，根据经验数据取回油腔的压力为P2=0.05P1那么输入力公式变为： P=(P1-P2)F=(P1-0.05P1)F=0.95P1F （4-3）则有效面积的计算公式为： F=P/0.95P1=22/(0.9519.8)4.41810-3 （4-4）为了确定液压缸内径D和活塞杆直径d，按经验引入一个结构系数即 m=d/D=0.250.7 （4-5）取m=0.56，式中m为结构系数，低速小负载下取小反之取大值，由得下式 ；d=md （4-6）将 F=4.41810-3;m=0.56代入;得

33、 D=7.8 ; d=4.4;(3) 确定壳体壁厚和外径Dw根据（16D/3）计算公式 （4-7）式中为强度系数，（无缝钢管 =1），c为考虑壁厚公差及侵蚀的附加厚度0.2cm=1.06+0.2=1.26cm据统计，飞机液压缸一般属于中等壁厚，故推荐用中等壁厚公式。壁厚确定后，按下式确定外径Dw Dw=D+2=7.8+2.6=10.4 （4-8）(4) 确定密封装置的型式和尺寸 液压缸的密封装置广泛地采用圆界面橡胶圈。这种形式结构简单，装卸方便，寿命长，在30MPa压力下具有良好的密封性能。密封装置按不同的工作条件来选择。表4-2如下表为圆截面橡胶密封圈的各项要求密封型式圆截面橡胶密封圈密封原

34、理基于密封圈和被密封表面间的接触压力和侧压力作用而加强密封性密封材料硅橡胶；氟橡胶四塑料特殊技术要求要正确的计算和选择压缩率，正确选择槽宽度配合精度和光度在超过15mpa的压力下，一般增设保护挡圈，性能更可靠优缺点及应用结构简单装卸方便成本低可用于35mpa以下压力和温度在-603000c范围内工作在飞机液压系统中得到广泛应用关于密封装置得原理理论计算在设计中修正了圆截面橡胶密封圈得 经验公式:图4-2活塞密封圈示意图 ; （4-9） 式中的s为活塞于内腔的间隙，一般可用二级配合，压力越高，s值越小。(5)确定液压缸长度缸未伸出长度为L；活塞宽度;行程长；导向长度；结构长度；导向套长度 （4-

35、10）式中k为隔离套长度。将式中的已知量带入得：（见图）图4-3 缸结构尺寸示意图 （4-11） （4-12） （4-13） （4-14）(6) 验算活塞杆纵向弯曲强度和稳定性在一般情况下当杆与杆径之比小于15时候，可不用验算活塞杆纵向弯曲强度和 稳定性比值大时候，可按下式公式进行验算： （4-15）式中的为缸筒的惯性矩 为杆的惯性矩 因为 所以需要验算 P=6.125104N故满足条件。(7) 缸体与缸盖的焊缝强度计算其焊缝应力公式为： （4-16）式子 带入可得： （4-17）故符合要求。4.3.2 确定液压泵参数液压泵的两个主要参数为所承受的最大压力于应提供的最大流量.液压泵所承受的最大

36、压力有所选定的系统工作压力确定.液压泵应提供的流量可按下述步骤确定:1) 计算液压缸所需提供的流量已知液压缸尺寸及其收放或收方速度要求,可按照下式计算液压缸所需要的流量: （4-18）式中: -液压缸有效工作面积;-液压缸要求的收放速度;-液压缸工作行程;-收方时间。2) 确定所有工作部分所需用的流量 （4-19）主起落架收放液压缸与工作容积为cm3前起落架收放液压缸与工作容积为cm3根据总体要求,起落架收起时间为7S,这起落架收放系统所需用的流量3) 确定液压泵供油量液压泵供油量根据上面算出的式子有以下公式可得:(1) 液压系统存在内部泄漏；(2) 带动液压泵的发动机转速下降时,液压泵的流量

37、下降；(3) 长期使用液压泵使供油量下降；(4) 系统中有些控制阀直接流回油箱。因此,液压泵的供油量应为: （4-20）故液压泵的供油量为故选取泵型号: CB-FD40理论排量/mLr(-1): 40.38压力/MPa|额定: 22压力/MPa|最高: 25转速/rmin(-1)|额定: 2000转速/rmin(-1)|最高: 3000转速/rmin(-1)|最低: 600容积效率/%: 91总效率/%: 82驱动功率/kW(额定工作状况): 31液压系统的主要参数就是压力和流量，他们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定与外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。5 确定

38、系统其他附件及指标要求5.1阀5.1.1 液压阀的选用（1） 溢流阀.溢流阀的基本功能是限定系统的最高压力，防止系统过载或维持压力近似恒定。本系统中选用二级同心先导式溢流阀，安装在泵的出油口处，用来恒定系统压力，防止超压，保护系统安全运行。（2）单向阀.系统中多处要用到单向阀，也是必不可少的元件，它用来防止油液倒流，从而使执行元件停止运动，或保持执行元件中的油液压力。还可是保持一定的背压。（3） 电磁阀. 电磁阀就是用电磁力开启或关闭的阀门。用在气路或液路上。（4） 节流阀.在一定的阀口压差作用下，通过改变阀口的通流面积，来调节其通过流量，因而可对液压执行原件进行调速。另外，节流阀实质上还是一

39、个局部的可变液阻，因而还可利用它对系统进行加载。5.1.2溢流阀的主要性能（一）静态特征溢流阀的静态特征主要是指它的启闭特性，其次，它的压力调节范围与卸荷压力等也是要满足的性能指标。启闭特性溢流阀开启和关闭过程中压力随流量而变化的关系称为启闭特性。溢流阀在开启过程中，随着流量的加大，阀口必须开打，这就要求进口压力克服较大的弹簧力。因此，进口压力不断升高。即溢流阀控制的压力随流量加大而升高。同样，在关闭过程中，随着流量的减小，阀口关小，控制的压力也不断降低。因此，溢流阀控制的压力实际上并不是一个恒定值，而是随流量变化，如图5-1（a）所示。图中为调定压力（通过额定流量时的压力），为开启压力，为闭

40、合压力。图中的曲线称为溢流阀的启闭特性曲线。对应于一定的调定压力，溢流阀的开启压力和闭合压力均较低。开启压力、闭合压力与调定压力之差称为调压差值。从曲线可见，闭合过程的调压差值稍大于开启过程的调压差值。这事因为开启与闭合过程中流量相同时，阀口开度相同，使弹簧力也相同，而开启过程与闭合过程中阀芯上力的平衡关系不相同。 开启过程： 弹簧力+阀芯摩擦力=液压力 比和过程: 弹簧力+阀芯摩擦力+液压力（a） （b）图5-1 溢流阀的启闭特性故相同流量时，闭合过程的液压力稍小于开启过程的液压力，闭合过程的调压差稍大于开启过程的调压差值。启闭特性曲线如图5-1（b）所示。希望调压差值尽量小，使压力随流量的

41、变化尽量小，使溢流阀在不同溢流量下能尽量保持恒定的系统压力，即启闭特性曲线要陡。这就要求弹簧刚度小。但另一方面还希望溢流阀能控制的压力高，使调压范围大。这就要求弹簧刚度大。直动式溢流阀对然结构简单，但不能克服上述两方面性能对弹簧结构要求矛盾，启闭特性较差（曲线较平稳）。只适于低压小流量的情况，多用于远程调压阀或安全阀。先导式溢流阀利用导阀调节压力，利用主阀通过大流量。导阀弹簧刚度大，使调压范围大，而且灵敏度高；主阀弹簧刚度小，使主阀可以通过大流量而启闭特性曲线可以很陡。因此，先导式溢流阀性能好，适用于高压大流量的情况。先导式溢流阀的启阀特性见图5-2。图中，为主阀的开启与闭合压力，、为导阀开启

42、与闭合压力，为主阀流量，为导阀流量；曲线段为导阀工作段，（+）=曲线段为导阀与主阀同时工作段。启闭特性主要与弹簧刚性、主阀芯活塞直径、活塞上下边面积差、阻尼孔参数有关，此外还与阀芯摩擦力及液动力有关。实际上随着调定压力的变化，调压差值也变化。调成最高调定压力时，调压差值最大。开启压力和闭合压力是衡量起笔特性的指标。由于开启压力和闭合压力不容易测得很准，因此二级式溢流阀一般取额定流量Q的1%对应的压力为开启压力和闭合压力。/称为闭合压力比。两个压力比越大，两个压力比越接近，说明启闭特性越好。一般要求开启压力比/95%，闭合压力比/90%。图5-2先导式溢流阀的启闭特性2. 压力调节范围溢流阀的压

43、力调节范围表示它可以使用的压力范围。不但要求压力调节范围大，而且要求调节压力时压力均匀地变化。压力调节范围决定于调压弹簧刚度。但弹簧刚度太大则调压灵敏度高，这会给中低压范围的压力调节带来困难。因此往往用几根不同刚度的弹簧来分段调节压力。3. 卸荷压力溢流阀可作卸荷阀使用。要求卸荷时压力损失尽量小。卸荷压力就是溢流阀以额定流量卸荷时的压力损失。它反应卸荷状态下液压泵的功率损失程度。卸荷压力的大小主要决定于主阀弹簧、主阀活塞和主阀阀口的结构参数。主阀弹簧是软弹簧，有的阀当主阀上的节流孔压力降为0.080.1Mpa时，作为在阀芯上的液压力足以将弹簧压至最大压缩量，阀口完全打开，使卸荷压力为0.10.

44、2Mpa。（二）动态特性1. 压力超调量和压力超调稳定时间在执行原件换向、或停止运动、或负载突然加大时，液压系统中将因为油液流动突然受阻而产生压力冲突。压力冲击可能引起原件损坏、导管破裂或其它故障。如果系统中的溢流阀反应速度快，能够立即打开阀口作相应的溢流，则冲击压力的峰值可以减小。其次，在溢流阀处于溢流情况下，工作机构突然运动时，由于流量不能即使充分供应，系统压力可能会暂时下降。如果溢流阀反应速度快，能够即使将阀口关小，减小溢流量，则压力下降程度就小。快速性是动态性能之一，可以通过动态试验来了解溢流阀这一动态性能。使溢流阀在零压力、不溢流的情况下，突然变为在额定压力作额定流量溢流，则系统压力

45、会出现瞬时压力峰值。这个压力峰值超过额定压力的数值称为压力超调量，用表示。从溢流阀突然溢流到出现压力峰值，再到系统压力稳定在额定压力水平上，需要一定的时间，即压力超调稳定时间，用表示。希望溢流阀的压力超调量小，压力超调稳定时间短。图5-3所示为溢流阀的动态过程曲线。图5-3溢流阀的动态过程曲线图 5-4溢流阀的卸荷及压力回升曲线溢流阀的开始卸荷与停止卸荷过程也是动态过程。有卸荷时间与压力回升时间两个动态指标。卸荷时间是指卸荷信号发出后，溢流阀从额定压力降至卸荷压力所需的时间，用表示（见图5-4）.压力回升时间是指停止卸荷信号发出后，溢流阀从卸荷压力回升到额定压力所需的时间，用表示。一般=0.5

46、1.5s，=0.030.09s。从图5-4可见，用停止卸荷过程试验也可取得压力超调量及超调稳定时间。2. 压力稳定性当溢流阀作定压阀用时，由于液压泵有流量脉动，系统负载有波动，会使溢流阀的导阀和主阀产生振动，引起系统压力在调定压力附近作频繁的压力波动。用压力表指示出来的这种压力波动称为压力摆振。这是溢流阀的压力稳定性问题，也是一个动态性能。压力稳定性差，压力振摆值就大。严重时会使溢流阀产生剧烈的振动和发出呼啸声，使系统不能正常工作。引起压力振摆也有溢流阀本身的因素，如锥阀与阀座接触不良或磨损，油液污染使节流孔不通畅引起主阀芯运动不正常，主阀芯与阀体配合不良使运动不灵活。要提高压力稳定性，一方面

47、要避免阀的自振频率与外界扰动频率相重合或成倍数，另一方面要求阀芯运动时有一定的阻尼，或在阀的结构上采取一些消振措施。系统阀部分选取标准件，具体选取按照下表：表5-1阀选取表名称额定流量额定压力型号确定溢流阀36.226.4DBD6-30单向阀3222SV6PB电磁阀36.22234WEH28节流阀3222MKG125.2 油箱的确定与散热面积估算油箱的总容积包括两部分:一部分是油液所占空间;另一部分是空气所占的空间。估算油箱容积一般是以停机加油状态的油面做为计算时的标准.对油箱提出一下要求：（1） 油箱应能储存足够的油液，以满足液压传动系统正常工作的需要；（2） 油箱应有足够的表面面积，以利于

48、散发工作中产生的热量，保证油液在允许的温度范围内工作；（3） 油箱应能保证外部的污物不易侵入，保证液压油泵正常吸油，保证回流油耶有分离气体与沉淀杂物的过程。（4） 油箱应提供使油液进、出较方便且合理的位置，并便于注油与放油；（5） 用于飞机的油箱还应使其体积小，重量轻、而且便于检查维护，满足飞行要求。根据飞机飞行的各个阶段绘制油箱油面变化图,最后确定油箱的总容积。本次设计取油箱容积为20L。5.2.1 系统散热功率计算系统产生的热量主要由油箱散热,由于管道散热于吸热基本平衡,可以忽略不计,油箱散热功率按下式计算: (5-1)式中 -油箱散热系数;取 -系统达到热平衡的温度;-环境温度;-油箱散

49、热面积;当油箱的三边比的机构尺寸比例为1:1:1-1:2:3,油面高度是油箱高度的80%时,其散热面积A的近似计算公式为:(5-2)式中的为油箱体积，取m2得: (5-3)当系统产生的热量全部被散热表面散发系统达到热平衡,这样液压系统达到热平衡这时液压系统得温升为: (5-4)式中 液压泵的输入功率；液压系统总效率，故液压系统应该加冷气源。5.3选择滤油器根据滤油得承压能力,过滤精度,流通能力,阻力压降及过滤容量等方面要求来选择滤油器.对不同用途于压力等级得系统与附件来选取滤油器得过滤精度。对每个滤油器使其使用时间的长短，却绝与液压系统中杂质污粒的数量、大小及种类，以及通过的流量，油液的粘度和

50、温度，过滤介质本身的性质，施加于滤油器介质表面的压力的大小，使介质破坏，应使压力降保持在一个最低限度下。影响压力降的因素很多：如滤油器过滤精度越高，通过液压油时阻力也就越大；单位时间通过过滤介质的流量越大，则压力降也越大；油液粘度越高，阻力也越大。因此，设计滤油器时，原则上必须根据流量、系统所用液压油通过滤油器允许的压力降、工作压力、过滤精度的要求和使用寿命来选取滤芯材料和通流面积。滤油器的有效过滤面积，对其性能起着决定性的作用。选用滤油器应考虑一下诸因素：（1）根据液压系统的要求，确定滤油器的过滤精度，按进油路、压力油路、回油路等不同的过滤精度选择合适的滤油器。（2）通流能力，应按液压系统的

51、流量要求使之满足，而且应有一定的裕量。（3）滤芯应有足够的机械强度，能承受所允许的压力降。（4）应使滤油器在系统允许的温度范围内确保工作正常。（5）选择滤油器时，要考虑所用油液的类型和滤芯，壳体和密封件的相容性。（6）滤油器在系统中应便于安装和维护，易于清洗和更换滤芯。表5-2滤油器选取表系统(um)附件(um)低压系统 1001507 MPa 50速度控制 10-15伺服控制 1021-35 MPa 10电液伺服系统 5高精度伺服系统 2.5滑阀 1/3最小间隙节流孔 1/7孔径橡胶动密封 25安全阀 25-30溢流阀 25-30流量控制阀 15-20滤油器的型式确定以后，可根据流量的要求，

52、选择合适的滤油器。但是自行设计时，要根据：工作压力的要求；过流量的大小、过滤精度、尺寸、重量等要求。选择滤芯材料，进行一系列计算，最后确定其结构。关于滤芯有效面积的计算（片式、磁性滤油器除外）如下： （5-5）式中 F有效过滤面积；Q过流量（）；油液的动力粘度系数（Pa s）; 压力降（Pa）; 滤芯材料的单位通油能力（）对于棉布=0.006，毛毡=0.015，细密金属网=0.05，工业滤纸=0.45，过滤纸=0.15。对于滤油器性能主要以过滤精度作为评定的指标。又将过滤精度分为：绝对过滤精度与名义过滤精度。过滤效率 (5-6)过滤效率；过滤前油液中污粒质量过滤后油液中尚存污粒质量。污粒质量除此之外，还有过流能力、工作压力、工作温度、相容性、纳污容量等评定指标。整个机构的简图：参考文献： 1 机械原理 高等教育出版社 谢进 万朝燕等编 2 机械原理课程综合设计西南交通大学出版 2007 3 ADAMS虚拟技术入门与提高机械工业出版社 4 ADAMS 入门详解与实例国防工业出版社 1997