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金屬軟管具有重量輕、體積小、壓力高、耐腐蝕、耐高低溫、抗疲勞、柔韌性好等優點,能吸收振動、補償安裝偏差和管道位移,廣泛應用于航空、航天、船舶和武器等領域。目前,航空發動機中的金屬軟管主要用于補償制造偏差和熱偏差,而大排量補償在我國大中型渦噴發動機和渦扇發動機的發展中還沒有得到應用。本文對金屬軟管的位移補償能力進行了分析和研究
金屬軟管由網體部分和兩端連接接頭焊接而成。網體由金屬波紋管、管子、環和鋼絲網套焊接而成。受金屬波紋管結構的限制,金屬軟管不能承受超限和軸向載荷,在承受扭轉應力或交變應力時,使用壽命將大大縮短。因此,金屬軟管需要在發動機有限的空間內正確安裝和固定,很難滿足運動位移補償的要求。
1.系統要求
(1) 實現發動機與裝備的飛機附件箱之間的管道接口連接。
(2) 發動機與配備的飛機附件殼體共用潤滑油系統,金屬軟管實現潤滑油系統工作介質的輸送,如圖1所示。1.2結構尺寸要求
(3) 根據某型發動機、飛機附件齒輪箱的空間位置和接口,金屬軟管采用硬管與軟管復合結構,兩端由硬管部分將發動機與飛機附件齒輪箱的接口空間角轉換成平面角,使軟管柔性件1平面1弧形結構。金屬軟管的結構尺寸。
2.長度計算
軟管長度的計算主要包括兩個步驟:確定軟管路徑和計算路徑長度。根據材料力學原理,均勻軟管的中心線在兩端約束后,其形狀至少應滿足二階光滑連續;根據高等數學原理,給出曲線的起點、終點坐標和切向矢量,得到一個三次曲線樣條曲線可以唯一確定。
提供的接頭端面中心坐標是軟管起始面和結束面的中心坐標,接頭端面外的矢量是軟管端面內的矢量。樣條曲線用于擬合軟管路徑。具體擬合方法如下:
以起點為原點O,以終點為終點,根據一定的工況條件,通過樣條曲線擬合得到其路徑。當出現其他位移補償條件時,軟管的形狀必然會改變,曲率半徑也會改變。本文采用有限元法計算其它工況下的變形。軟管分析建模采用以下假設:
(1) 與軟管本體相比,管接頭及相關部件相對剛性。假設在位移補償中,關節的端面只有平動而沒有轉動。
(2) 軟管中波紋管的波長相對于長度較小,壁厚較薄,網套沿長度方向相對均勻。假設軟管管體截面的慣性距離沿長度方向均勻分布。
具體實施步驟如下:
(1) 建立了樣條曲線條件下軟管的路徑曲線模型;
(2) 利用管道單元劃分路徑曲線;
(3) 輸入管段尺寸參數和材料信息;
(4) 一端施加完全零位移約束,另一端根據補償工況要求的位移值施加平移位移,約束轉動位移;
(5) 幾何非線性解。
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