1、前言 任何人造的飞行器都有离地升空的过程，而且除了一次性使用的 火箭导弹和不需要回收的航天器之外，绝大部分飞行器都有着陆 或回收阶段。对飞机而言，实现这一起飞着陆功能的装置主要就 是起落架。 起落架就是飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时用于支撑飞 机重力，承受相应载荷的装置。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。概括起来，起落架的主要 作用有以下四个： 1） 承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时的重力； 2） 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； 3） 滑跑与滑行时的制动； 4） 滑跑
2、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是固定的，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
3、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用飞机，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。 所以说设计设计一种安全可靠性能良好和轻便的飞机起落架液压 控制系统是十分必要的。本次设计就一这论题展开设计。 1 绪论 液压技术是一门古老而又兴起的学科,随着技术的不断革新近百年来又长足的进展 。它被广泛的应用在各行各业中,诸如,机床液压、矿山机械、石油化工、 冶炼技术以及航天航空等方面。可以说液压技术的发展,密切关系 着我国计民生的许多方面。 正确合理的设计和使用液压系统,对于提高各类液压机械装置的工作品质和技 术经济性能更具有
4、重要意义。飞机液压系统设计可以说是极具代表性能的液压系统 设计,现在就以飞机起落架液压系统作为本次设计。 本次设计飞机起落架液压系统设计主要包括下述内容： 1.1 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 典型工作剖面液压系统使用功率说明； 4 液压系统可靠性、温度估算； 5 方案总体评估说明。 1.2 确定液压系统主要参数
5、 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； 根据机构执行系统工况,负载及性能要求 ,确定各工作回路所要求的输出功率及泵源回路应提供的功率,从而确定： 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。 1.3 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指标要求,同时开展对辅助 附件的设计工作。 1.4 液压系统的安装调试 按液压系统的设计要求把整个系统在试
6、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得方向控制，有得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；另一类是伺服系统，它们要求液压部件跟随操纵指
7、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、污染和腐蚀情况对系统影响都
8、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
9、围，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 Table 2-1 takes in and puts away the timetable 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 78 2左右 1.5 前线轰炸机 20 远程轰炸机 25 2.5 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
10、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
11、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 Fig.3-1 Hydraulic scheme 3.2 液压系统原理方案说明 起落架收放系统的功能应
12、保证;再收起位置锁紧起落架与舱门起落架放下后锁 紧起落架与舱门;再收起落架过程中开锁,起落架及轮舱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。目前起落架收放回路基本上 采用两种类型:一种用行程开关和电磁阀的顺序回路;另一种用顺序液压缸和触动式 顺序阀的顺序回路。 本次设计即用顺序液压缸和触动式顺序阀的回路,供压部分来的高压油通到电 磁阀1。当驾驶员将舱内起落架开关置于放下位置时,电磁阀切换至右位,高压油管 先进入开锁液压缸2(顺序液压缸的无杆腔内推动活塞向外运动,打开上位锁,同时也 打开了中间油路。从中间油路流出的高压油分成两路:一路经应急活门3进入机轮护 板液压
13、缸的左腔,推动活塞向右运动,打开机轮护板;另一路经液压锁4进入主起架液 压缸左腔,推(右腔出口处安装有一单向节流阀5,起落架放下过程中单向阀处在关闭 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 可以使起落架放下速度比机轮护板打开速度慢些,起延时作用,以防止起落架撞坏机 轮护板。起落架放下后,驾驶员把收放开关放回中立位置,电磁阀断电, 阀芯恢复到中立位置。此时,液压缸收起起落架锁在放下位置,起双套保险作用。为 防止放下腔内被锁闭的油液因油温升膨胀超压,和单向液压锁一起并联安置了热安 全阀6。 为了保证放下的可靠,再一般飞机上,应急放起落架都应采用压缩空气作为应
14、急 能源。应急放下起落架时,驾驶员首先用手拉开上位锁,然后再打开应急放起落架冷 气开关,储存再冷气瓶中的高压气体通过应急活门3进入起落架与机轮护板液压缸放 下腔,将机轮护板打开并放下起落架.当驾驶员将起落架开关置于收上位置时,电磁 阀切换至左位,高压油通到收上管路。一方面高压油进入开锁液压缸,使起落架上位 锁锁钩复位;另一方面进入起落架液压缸右腔使起落架收起.为了保证先收起起落架 再关闭机轮护板的工作顺序,采用了处动式顺序回路。当起落架收起后,触动按压式 顺序阀7,使高压油进入机轮护板液压缸右腔,将机轮护板收上.触动式顺序阀有一个 泄露油口与回油相通,防止由于活门不气密机轮护板过早收上。 3.
15、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 Table 3-1 Other valve selection 附件名称 故障次数 10-6/h 下限 平均 上限 顺序阀 2.10 4.6 8.1 电动泵 2.25 8.7 27.4 固定节流孔 0.01 0.15 2.11 溢流阀 0
16、.224 3.92 7.25 三通电磁阀 1.87 4.6 8.1 液压缸 0.005 0.008 0.12 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。 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 Table 4-1 Oil target table 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/T
17、256 50C 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） 850 GB/T1884 4.2 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
18、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。 压力选取具体参照下图： 图4-1压力曲线图 Fig.4-1Pressure diagram of curves 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
19、 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： -55C 70C。 4.3 确定执行机构的参数 现在以起落架主起液压缸和溢流阀为设计实例 : 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=6.125104N； (2 输出动作时间 T 7s； (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
20、 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
21、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。 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P 2=0.05P1 那么输入力公式变为： P=(P1-P2F=(P1-0.05P1F=0.95P1F （4-
22、3） 则有效面积的计算公式为： F=P/0.95P1=22/(0.9519.84.41810-3 （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 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
23、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D w 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 Table 4-2 For circular cross-section rubber seal packing collar each request 密封形式 圆截面橡胶密封圈 密封原理 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
24、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- 60300 0c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 Fig.4-2 measurement of piston structural representation ; ; （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。 (
25、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 （4-10） 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 Fig.4-3 Cylinder structure size schematic drawing ； （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
26、 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 c
27、m3 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(
28、-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。 4.3.3 溢流阀设计 溢流阀的设计，通常式根据其工作所要求的压力和流量选择阀的基本结构形式 ，根据最大流量并按经验确定阀的各部分尺寸，根据静态特性要求确定弹簧系数， 然后计算静态特性。即按静态性能要求进行设计，之后可对动态特性能如压力超调 量，阀的自振频率等进行校验。下面我们对先导溢流阀为例来介绍溢流阀
29、的设计。 以下为尺寸示意图： 图4-4 阀结构尺寸示意图 Fig.4-4 measurement of valve structural representation 1 设计要求 一般提出以下设计要求： (1 额定压力 MPa (2 额定流量 (3 调压范围 MPa (4 背压 (5 调成最高调成压力 时，导阀的开启压力 (6 调成最高调成压力 时，主阀的开启压力 ；此时的溢流量 (7 调成最高调成压力 时，主阀的闭合压力 ；此时的溢流量 (8 卸荷压力 MPa 2）主要的结构尺寸的初步确定 (1 进油口尺寸确定按照额定流量和允许流速来决定则： （4-21） 式中V一般取6m/L; 额定流量
30、，将已知量带入可得： cm (2 主阀芯直径 按经验取 cm （4-22） (3 主阀芯活塞直径 cm （4-23） 对阀的静态特性影响很大。按上式选取 时，对额定流量小的阀选较大的值。 (4 主阀芯上段直径 按经验取主阀芯活塞下边面积 与上边面积 之比为： 根据上式子可得： cm （4-24） 活塞下边面积稍小于上边面积，主阀关闭时的压紧力主要靠这个面积差形成液 压力作用在主阀芯上。主阀弹簧只是在低压和无压力时使主阀关闭，因此主阀弹簧 刚度可以很小。 (5 主阀芯半锥角 ，主阀座半锥角 和扩散角 按经验取： 稍大于 ，使主阀芯与主阀座近似为线接触（接触线的直径近似于 ），密封 性较好。 (6
31、 尾碟（消振尾）直径 、长度 、过度直径 尾碟的作用是消除液动力引起的振动。其尺寸 、 、 可参考已定型阀的尺寸 选取。无尾碟时，作用在主阀芯上的液动力方向向上；有了尾碟时，液动力方向向 下。 (7 节流孔直径 、长度 按经验取: cm （4-25） cm （4-26） 节流孔的尺寸 和 对溢流阀性能有重要影响。如果节流孔太大或太短，则节流作 用不够，将使阀的启闭特性变差，而且工作中会出现较大的压力振摆；反之，如果 节流孔太小或太长，则阀的动作会不稳定，压力超调量液会加大。按上式取 和 时，对额定流量小的阀选较小的值。要求通过节流孔的流量小于或等于额定流量的 1时所造成的压降足以使主阀开始打开
32、。因此，要通过静态特性计算对选定的 和 进行适当的调整。 (8 导阀芯的半锥角 按经验取 ： 20 取得小一些，密封性能较好但太小使阀芯与阀座得接触应力加大，影响使用寿 命。 (9 导阀座孔的孔径 和 按经验取 cm （4-27） cm （4-28） 取得大则导阀弹簧要硬，使尺寸加大；取得太小又影响阀的稳定性能。 不能取的太大，否则容易发生尖叫和振动。 (10 主阀芯溢流口的直径 和长度 和 可根据结构来确定。 不要太小，以免产生的压差太大，不利于主阀的开 启。 (11 主阀座的孔径 按经验取 （4-29） (12 阀体沉割直径 、沉割宽度 按经验取 （4-30） 按结构确定，应保证进油口直径
33、的要求。 本设计中取 （4-31） (13 主阀芯与阀盖的间距 应保证主阀芯的位移要求，即 是主阀的最大开度， 的大小见静态特性计算。 (14 导阀弹簧的装配长度 （4-32） 式中的 为弹簧的自由长度。为了使溢流阀能够卸荷，调节手轮全松开时 应使导阀弹簧恢复其自由长度 ，留有 的间隙. 的数值要在导阀弹簧设计 后才确定。 (15 主阀弹簧的装配长度 （4-33） 式中 主阀弹簧的自由长度； 主阀弹簧的预压缩量, 的数值要在弹簧设计后才能确定. 3）静态特性计算 (1 基本方程式 先导式溢流阀的静态特性决定于导阀、主阀和节流口结构参数。因此，计算静态 特性时要列写流量方程式和力平衡方程式，作为
34、计算静态特性的基础。 如图所示主口示意图： 图4-5 主阀口示意图 Fig.4-5 mostly valve port representation a.主阀阀口节流方程式 (4-34 式中 通过主阀的流量； 主阀流量系数； 主阀节流面积。 将式子整理得： b.主阀芯受力平衡方程式 主阀芯轴线方向所受的作用力包括弹簧力、重力、摩擦力、主阀芯溢流孔 压降 引起的作用力、A腔和B腔压力的作用力、阀口溢流时产生的液动力。如主阀芯等速 上升，则可列出受力平衡方程式为: (4-35 式中 主阀弹簧刚度； 主阀弹簧预压缩量； 主阀芯重量； 主阀芯所受的摩擦力； 主阀芯溢流孔 压降引起的作用力； 主阀芯所受
35、的液动力； 根据图所示液流情况， 可按下式计算: (4-36 式中 阀口流速； 尾碟处液体流出速度 的轴向分量。 因为尾碟附近过流面积远大于阀口截面积，而且尾碟与主阀芯轴线垂直。所以 ，尾碟附近流速的轴向分量接近于零，即 0。阀口流速 可按下式计算： (4-37 在局部阻力系数 时，流速系数 。因此可得： 由式可知， 的作用方向于 相同。计算出来的稳态液动力略为偏大一些。 若尾碟过大，出口通道过小，即尾碟附近截流面积减小，则 加大。这样， 实际液动力会比计算出来的小，若主阀开度较大则使得 过小 过大则稳态液动力 可能出现零值甚至反向。所以，设计尾碟和选取半锥角 时要加以注意。 将上式联立可得主
36、阀芯平衡方程式： (4-38 c.节流孔流量方程 当截流孔中流动为层流时，流过节流孔的流量 与节流孔前后压差（ ）成正比；当节流口中的流动为紊流时，流量 与 成比例。实际上节流 孔中的流动多处于从流层到紊流的过渡状态，所以 与 成比例。 可按 下述经验公式计算，式中的单位必须是米、公斤、秒制。 (4-39 式中 通过节流孔的流量； 节流孔截面积； 油的运动粘度； 油的重度。 d.导阀阀口节流方程式 由式(4-39得： (4-40 式中 -通过导阀得流量； -导阀流量系数； -导阀节流面积； (4-41 式中 导阀得开度。 将 看成近似等于零，则： (4-42 f.导阀芯受力平衡方程 导阀芯轴线
37、方向所受得作用力有弹簧力、液动力、导阀前腔C中压力 得作用 力等。受力平衡方程为： (4-43 式中 -导阀座孔径 处的截面积 导阀弹簧刚度； 导阀弹簧预压缩量； 导阀芯所受的液动力。 液动力 的求法与 相似，得： (4-44 式(4- 44中的流量系数 、 是难以精确确定的。严格的说，在阀的不同工作情况下， 流量系数又不同的数值。通常将流量系数看成常数，带来的误差并不大，却可以大 大地减化计算。主阀与导阀的阀口处的流量系数可分别取为： 静态特性计算的目的，一方面是根据对静态特性设计要求，求出主阀弹簧和导 阀弹簧的刚度和预压缩量，作为进行弹簧设计的依据；另一方面是校核上面所确定 的主要结构尺寸
38、，看能否满足对静态特性的要求,并进行必要的调整与复算，直到 特性满足要求为止。 (2弹簧刚度和预压缩量计算 a.主阀弹簧刚度 和预压缩量 由式子（4-38），可得当主阀刚要打开，还未打开时可得： (4-45 利用上式可求出 和 ，但必须先做以下工作： (a主阀刚要打开，还未打开， 为主阀的开启压力 取 为最高调定压力 下的开启压力，即： (4-47 ， 此时候流量为： (b由（4-39）节流孔流量方程式求 取节流孔流量 ，得: (4-48 将已知量带入： 可得： (4-49 (c主阀芯摩擦力 包括主阀芯上段直径 处和活塞直径 处得摩擦力，可表示为: (4-50 式中 -摩擦系数； - 处的侧压
39、力； - 处的侧压力。 侧压力与缝隙两端压力差 、缝隙长度 、圆柱直径 成正比。将其他因数用系 数 表示，并取摩擦系数 ，则 可表示为： (4-51 将压力 看成近似等于零，则: (4-52 式中 为系数， ，直径小、接触长度短时取大值。 (d求主阀芯溢流孔 压降引起的作用力 溢流孔 压降 由沿程阻力和进口、出口处的局部阻力所组成。 可表示为： (4-53 式中 进口处局部阻力系数； 出口处局部阻力系数； 沿程阻力系数。 通过主阀芯溢流孔的流量等于通过导阀的流量 ，取近似 。于是， 主阀芯溢流孔流速为： (4-54 雷诺数的表示式为： 由于 很小， 很小，主阀芯溢流孔内流动为层流，可以 ， ，
40、 。于是，由压降 引起的作用力为 ： (4-54 (e求出主阀最大开度 在卸荷情况下（通过额定流量 ）主阀由最大开度， 由此可得： (4-55 6.9 式中 为卸荷压力。 然后按经验取： (4-56 将上式子带入主方程可得： 所以： (f 主阀芯重量G 由已知初选结构尺寸计算，活塞面积F3和F4之比按经验取为 。在做 好以上准备工作之后，即可求出主阀弹簧刚度k。而主阀弹簧预压缩量h1已经定出选 取h1时，额定流量小的阀选小的值。 K1和h1是以乘积的形式出现在静态特性方程中 的这给计算带来了苦难。因此上面我们先根据公式来假定h1的值，然后再带入方程 求出k1的值。这样的出k1与h1值还需要反复
41、进行比较验算。如果出现矛盾，就要 对静 态特性方程式中的一些可变因素进行调整。 主阀弹簧的结构参数，既要保证弹簧给主阀芯以足够的复位力和密封力，又能保证 阀的灵敏性。因此，刚度K1要小，预压缩量h1要大，即弹簧要软而长。这给主弹簧的 设计带来难度。但是k1的影响远不如的F3/F4影响来得大，尤其当F4较大时候更是这 样。就是说的K1h1取值范围很宽的。这就把相互制约的设计要求给主阀弹簧的设计 带来的困难，转化为正确的 选取主阀活塞两侧面积比F3/F4的问题这正是这种结构 溢流阀 的一个优点。由此可见，面积比F3/F4是个影响静态的重要因素。 b.导阀弹簧刚度 和预压缩量 由公式可知：当导阀要打
42、开，还未打开时， (4-57 此时 为导阀的开启压力。取 为最高调定压力 下的开启压力，即 因此得： 将由（4- 54）式求出的 代入式子并取 ，即得出导阀弹簧再开启压力为 时的导阀开度。 (4-58 将已知量带入(4-58中得： 所以有： 5 确定系统其他附件及指标要求 5.1 选取其它阀 系统其他阀部分选取标准件，具体选取按照下表： 表5-1其它 阀选取表 Table 5-1 Other valve selection table 名称 额定流量 额定压力 型号确定 电磁阀 36.2 22 34WEH28 单向阀 32 22 SV6PB 梭阀 32 22 SFZ0O 节流阀 32 22 M
43、KG12 5.2 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.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
44、算公式为 : (5-2 式中的 为油箱体积，取 m2得: 当系统产生得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: (5-3 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。 5.2 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。 表5-2滤油器选取表 Table 5-2 Oil filter selection table 系统(um 附件(um 低压系统 100150 7 MPa 50 速度控制 10-15 伺服控制 10 2
45、1-35 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 不同安装位置对滤油器及吸油管的要求: (1 油箱吸入口滤油器把过滤元件直接安排在油箱内,这样安排结构简单,但维护不便.其 过滤精度一般为125um.在吸油管路上一般不装滤油器,如果液压泵要求在吸油管上 安装滤油器,应保证滤油器的压力降不妨碍液压系统工作,滤油器内应装有安全活门. (2 液压泵出口滤油器与回油滤油器.液压泵出口滤油器应有足够的强度,在选用滤油器 时应注意过滤元件的温度要求,其过滤精度一般为 .
46、在满足系统反压的要求下 可选用精度较高的回油滤油器. (3 高精度附件入口处的滤油器.在通向助力器,舵机及各种精密附件的管路上均安置保 护滤油器.滤油器中不允许加载安全阀,滤油器的过滤精度应按附件要求选取. (4 液压泵循环管路滤油器.循环管路内油液往往会带有磁性的金属杂质,在管路上安装 磁性滤油器.安装在循环管路上的滤油器其助力不应影响液压泵正常工作。 6 结论 飞机起落架的的正常工作保障了对整个飞机的安全性，设计可靠安全的液压系 统是力在毕行。在安全性能保证的情况下提高效率和减少重量和空间也是十分必要 的。再设计中却遇到了安全性能和实用性能的冲突。本次设计最后以保证其安全性 能的前提下，最
47、大限度的设计良好的实用性能。达到一定的预期效果。 本次设计液压系统基本能实现控制起落架动作的正常完成，基本上达到其安全和使 用性能要求。设计的零部件也基本上达到其应有的性能和结构要求。本次设计已经 达到预期效果，但由于设计时间和本人能力及知识有限，所以有诸多不完善和不正 确的地方还请老师多教导。 致谢 论文的完成得意于王慧老师及其他老师的悉心的指导、关怀和帮助,从论文的 选题、方案设计、方案选取、参数给定、零件设计到最后的定稿无不浸透导师的心 血。这让我很感谢。尤其在这期间导师的渊博、导师的平易近人、导师的严谨治学 的态度、忘我工作作风无时无刻不感染着我,使我深受教益。我深信我四年的学习 必将
48、对我以后的学习、生活、工作产生重要深远的影响。导师的教诲我永记于心。 寥寥数语我无法表达自己的感激之情。只能在次衷心的祝愿导师和帮助过的老师同 学们。 最后,向评审本论文的论文的各位老师表示由衷的感谢。 参考文献 1 陈嘉上主 编.2006版实用液压气动技术手册.北京：中国知识出版社 2006； 2 成大先主 编.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2002； 3 周世昌主 编，液压系统设计图集，北京：机械工业出版社,2004； 4 张伟主编，液压设备设计生产 技术改进与故障诊断监测及国内外 标准规范实用手册，北京： 北方工业出版社，2006； 5 章宏甲，液压与气压传动，北京：机械工业出版社
49、， 2006； 6 周涌明等，液压传动设计指导书，武汉：华中工学院出版社，1987； 7 朱龙根主编， 简单机械零件设计手册，北京：机械工业出版社，2003； 8 Pattom W.J.Mechanical Power Transmission.New Jersey:Prinrice-Hall,1980; 9 Mechanical Drive(Reference Issue.Machine Design,1980; 10 Kuehnel M R.Toroidal Drive Cinmines Concepts.Product Engineering.Aug.1979； 11 胡邦喜主编，设备润滑基础，北京，冶金工业出版社，2002； 12 隗金文 王慧主编，液压传动，东北大学出版社，2001； 13 吴根茂，邱敏秀，王庆丰，魏建华等编著.新编实用电液比例技术.杭州：浙江大学 出版社，2006； 14 李壮云主编.液压元件与系统.北京：机械工业出版社，2005； 15 那成烈著.轴向柱塞泵可压缩流体配流原理.兵器工业出版社，2003； 16 路甬祥主编.液压气动
