【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直升机主旋翼轴设计，特别地，涉及一种碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法及试验装置。
技术介绍
1、热喷涂技术是一种重要的表面工程技术，它能够赋予材料表面耐磨损、耐腐蚀、耐高温、隔热等优良性能，因此在航空航天、冶金、机械、造纸、石油化工等多个领域均具有非常广泛的应用。国外许多实际应用效果表明，热喷涂技术已经成为支撑众多高端装备制造不可或缺的高附加价值制造技术，如：飞机、航空发动机及燃气轮机制造，数以千计的飞机零部件经热喷涂加工后可靠性和稳定性均得到了显著的提升。在全球热喷涂技术应用领域中，航天航空所占比例达到35％，地面燃气轮机所占比例为25％，可见热喷涂技术已经确立了在以航天航空领域为代表的高端装备制造领域中不可或缺的地位。热喷涂碳化钨涂层技术是热喷涂技术发展的一个重要分支。由于wc硬质颗粒具有极高的硬度、强度、弹性模量和化学稳定性，对抵抗外界摩擦、磨损和腐蚀具有重要作用，热喷涂碳化钨硬质合金涂层因具有极高的表面硬度、良好的耐磨损性能和优异的耐腐蚀性能等而被广泛地应用于工程领域中。
2、国外航空领域热喷涂碳化钨涂层标准主要为美国宇航材料规范(即ams标准)，具体包括ams2435、ams2447和ams2448。美国早在1960年就发布了热喷涂碳化钨涂层标准ams2435，随后分别经过2001年的修订以及2007年和2012年的非稳定版，目前最新版为2017年发布的稳定版本ams2435h；ams2447标准发布于1998年，经过2012年标准修订，目前最新版为2019年发布的ams2447d；ams2448
3、航空领域热喷涂碳化钨涂层国内外标准中热喷涂工艺方法和涂层材料对比见表1，可以看出：在工艺方法方面，由于爆炸喷涂和超音速火焰喷涂具有焰流速度快、焰流温度相对适中的特点，从而能够制备出孔隙率更低、结合强度和涂层硬度更高的碳化钨涂层，因此在工程应用方面国内外热喷涂碳化钨涂层的主流工艺为爆炸喷涂和超音速火焰喷涂，其中ams2435h和hb7627-1998主要针对爆炸喷涂工艺，ams2447d、ams2448a和hb 20396-2016主要针对超音速火焰喷涂工艺；在涂层材料方面，针对爆炸喷涂工艺的ams2435h和hb7627-1998主要采用碳化钨/钴系列涂层，其中ams2435h涉及碳化钨涂层的钴含量为7％、11％、14％，而hb7627-1998涉及碳化钨涂层的钴含量为9％、12％、13％、15％和17％，两项爆炸喷涂工艺碳化钨涂层标准在涂层材料成分方面并无重叠；针对超音速火焰喷涂工艺的ams2447d、ams2448a和hb 20396-2016在碳化钨涂层材料成分方面存在一定的交叉重叠，3项标准均涉及wc-17％co和wc-10％co4％cr涂层材料，说明wc-17％co和wc-10％co4％cr是目前超音速火焰喷涂碳化钨涂层的主流材料。其中ams2448a仅涉及wc-17％co和wc-10％co4％cr涂层材料，因ams2448a主要针对超高强钢基体材料，说明在工程应用中超高强度钢表面超音速火焰喷涂碳化钨涂层主要为wc-17％co和wc-10％co4％cr涂层；与ams2448a相比，hb 20396-2016增加了wc-12％co涂层材料，而ams2447d增加了wc-10％ni和wc-12％co两种涂层材料，同时hb 20396-2016和ams2447d对喷涂涂层基体材料的要求也更为宽泛，涉及铝合金、钛合金、钢、镍基和钴基合金等多种基体材料。
4、直升机传动系统是直升机的三大动部件之一，主减速器是传动系统最重要的减速器，主减速器不仅需要承受主旋翼的气动载荷和操纵载荷，而且需要将功率和转速通过转换传递给尾传动轴和附件单元，主旋翼的气动载荷通过主旋翼轴传递给主减速器，主减速器机匣将主旋翼的气动载荷和操纵载荷传递给机身平台。
5、主旋翼轴将主旋翼产生的气动载荷通过轴承传递给主减速器机匣，典型主旋翼轴设置有2个轴承支点，自主旋翼轴的桨毂中心沿轴线往下，主旋翼轴的上端轴承是滚子轴承，仅承受主旋翼气动载荷产生的径向力载荷；主旋翼轴的下端轴承为双列球轴承组，不仅需要承受主旋翼气动载荷产生的径向力载荷，同时也需要承受主旋翼气动载荷产生的升力载荷，典型主旋翼轴的轴承支撑布局见图1。
6、目前，先进直升机传动系统的技术指标中不仅有高传输效率和高可靠性要求，也有新材料和新结构的应用要求，目的是为了减轻传动系统的重量，提高传动系统的功重比。常规主旋翼轴的材料为高强度钢，为了减轻传动系统的重量，提高传动系统的功重比，国外先进直升机传动系统的主旋翼轴已经采用钛合金材料，但是，国内的钛合金主旋翼轴的工程应用处于起步阶段，由于主旋翼轴属于长径比较大的薄壁空心轴，同时钛合金材料的密度和弹性模量较低，相比高强度钢主旋翼轴，在相同的载荷工况下，钛合金主旋翼轴的变形更大，导致主旋轴的轴承位置的微动摩擦更严重，考虑到钛合金材料的表面硬度软、耐磨性差，钛合金主旋翼轴的轴承位置需要应用热喷涂技术，热喷涂技术是一项重要的表面工程技术，它能够赋予材料表面耐磨损、耐腐蚀、耐高温、隔热等优良性能，常规高强度钢主旋翼轴的轴承位置采用超音速火焰喷涂工艺，碳化钨涂层的材料采用目前超音速火焰喷涂碳化钨涂层的主流材料wc-10％co4％cr(材料牌号为wc-10co4cr)。航空领域热喷涂碳化钨涂层国内外标准中对超音速火焰喷涂工艺和碳化钨涂层材料wc-10co4cr均有详细的规定，表明超音速火焰喷涂工艺和材料均非常成熟。目前，国内外公开文献检索的钛合金主旋翼轴的轴承位置喷涂碳化钨涂层的疲劳寿命研究的资料比较少，而且鲜少见到适用于工程应用的钛合金主旋翼轴的轴承位置的碳化钨涂层疲劳寿命的试验和评估方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法及试验装置，以解决钛合金主旋翼轴的轴承位置的碳化钨涂层疲劳寿命难以评估的技术问题。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，包括如下步骤：碳化钨涂层的载荷传递路径分析；碳化钨涂层的试验载荷谱分析；开展钛合金旋翼轴的非线性接触算法的有限元仿真分析，获得轴承的寿命试验载荷谱下上轴承位置的接触应力；确定模拟钛合金主旋翼轴的疲劳寿命试验载荷谱；确定碳化钨涂层的疲劳寿命评估方法。
3、可选的，所述碳化钨涂层的试验载荷谱分析包括如下步骤：根据钛合金主旋翼轴的设计载荷谱，制定轴承寿命试验载荷谱；根据轴承寿命试验载荷谱，计算钛合金主旋翼轴的轴承位置的接触应力；通过一种模拟钛合金主旋翼轴的碳化钨涂层疲劳寿命的试验装置，施加考核碳化钨涂层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，用于钛合金主旋翼轴的轴承位置的碳化钨涂层疲劳寿命评估，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
9.根据权利要求7所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
10.一种碳化钨涂层疲劳寿命的试验装置，用于权利要求1-9任一项所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，用于钛合金主旋翼轴的轴承位置的碳化钨涂层疲劳寿命评估，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的碳化钨涂层疲劳寿命的试验方法，其特征在于：
【专利技术属性】
技术研发人员：刘星，邓平平，孙炫琪，李坚，蒋祖发，万振华，杨显昆，赵思波，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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