CN103753176B - 置于圆柱舱段对接装置内的手动微调机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种置于圆柱舱段对接装置内的手动微调机构，所述圆柱舱段对接装置由平动钢架、升降钢架和开合钢架组成。三种钢架均通过滑块和滑轨，分别实现沿水平方向、铅垂方向和开合方向运动。手动微调机构置于圆柱舱段对接装置内，分别有平动手动微调机构、升降手动微调机构和开合手动微调机构。所述平动手动微调机构由换挡器、滑块和滑轨组成，利用换挡器实现自动控制对接定位和手动微调切换，通过人工施加水平推力实现所载圆柱舱段沿水平滑轨方向的手动微调。升降手动微调机构和开合手动微调机构主要由截锥螺旋弹簧及弹簧套筒构成，利用截锥螺旋弹簧刚度特性，通过人工施加推力实现所载圆柱舱段沿铅垂方向和开合方向的手动微调。

Description

置于圆柱舱段对接装置内的手动微调机构

技术领域

本发明涉及机械结构领域，进一步涉及机械装配工艺的对接定位调节机构，专指一种在圆柱舱段对接装置内的手动微调机构。

背景技术

近年来随着对工装系统兼容性和扩展性需求的不断凸显，柔性工装技术迅速发展。柔性工装技术是基于产品数字量尺寸协调体系的可重组的模块化、自动化装配工装技术。圆柱舱段柔性工装通过伺服系统实现其手动和自动控制，从而动态生成所需的工装定位。然而，对于圆柱舱段的对接装配而言，在圆柱舱段柔性工装自动控制定位后仍需要进行多次多自由度的手动微调以实现所载圆柱舱段的对接，传统工装系统无法高效地完成装配，一般通过外力摇晃工装的方式实现手动微调，既费时费力，又容易对工装造成损伤。

任春杰、周明阳所申请的专利“导弹舱段连接辅助工装”(申请号CN201220635080.4，申请日2012-11-27)公开了一种卡装固定在导弹舱段外周面上的卡箍。结构为圆环形卡箍，圆环上均布定位螺栓及紧固螺栓。其较好地解决了夹持装置对弹舱外壁的锁紧问题和在弹舱对接装配时的限位问题。但是该专利申请存在的不足之处是：未考虑弹舱对接装配时的必要的手动微调需求，无法通过此装置实现对舱段的手动微调。

刘喜所申请的专利“一种三维微调装置”(申请号CN201020144484.4，申请日2010-03-30)公开了一种三自由度的手动微调装置。其在一组滑块上加装两组不同向的滑轨及滑块，利用多组螺栓对三组滑块的调节作用，实现滑块升降、横向、纵向微调功能。但是该专利申请存在的不足之处是：整体结构过小，不能满足较大圆柱舱段的手动微调，且结构复杂，调节过程中需对多组螺栓进行操作，使得调节过程繁琐，无法实现反复快速进行的手动微调。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，研制一种配合大幅度自动化粗调的圆柱舱段对接装置的手动微调机构，使其满足圆柱舱段的对接装配要求，提高对接的精度，实现快速多自由度的手动微调。

本发明实现上述发明目的采用的技术解决方案是：手动微调机构置于圆柱舱段对接装置中。圆柱舱段对接装置主要由平动钢架、升降钢架和开合钢架组成。所述平动钢架底部与水平滑块固连，通过安装于水平工作台的平行水平滑轨，实现沿水平滑轨方向的水平运动；所述升降钢架两侧与铅垂滑块固连，利用丝杠旋转带动升降钢架与铅垂滑块在平动钢架上端两侧铅垂滑轨上做升降运动；所述开合钢架为两片相对安置的结构，开合钢架底部与开合滑块固连，通过安装于水平载台的平行开合滑轨，实现沿水平方向的开合运动，开合运动方向与升降运动方向位于同一平面内，且此平面与平动钢架运动方向垂直。本发明的技术方案的特点在于，在对接装置内分别设有三种手动微调机构，即：平动手动微调机构、升降手动微调机构和开合手动微调机构。所述平动手动微调机构由换挡器、水平滑块和水平滑轨构成。换挡器与平动电机组合安装于平动钢架内底部上端面，一对水平滑块对称安装于平动钢架外底部下端面，两条平行水平滑轨安装于水平工作台。需要进行手动微调时，利用换挡器使电机齿轮与齿条脱离，通过人工施加水平推力于对接装置可以轻松实现所载圆柱舱段沿水平滑轨方向的手动微调。所述升降手动微调机构有两个，主要由第一上弹簧套筒、第一下弹簧套筒和第一截锥螺旋弹簧构成，第一上弹簧套筒和第一下弹簧套筒为相配合的圆柱筒，沿第一下弹簧套筒轴线方向设有第一圆柱导槽，沿第一下弹簧套筒轴线设有第一弹簧导柱，第一圆柱导槽套在第一弹簧导柱上往复运动，在手动微调时，第一上弹簧套筒带动第一截锥螺旋弹簧沿第一圆柱导槽的运动方向往复运动；在第一下弹簧套筒底部装有第一圆柱橡胶垫圈，与第一下弹簧套筒内壁紧密配合，用于限制第一上弹簧套筒下行位置，防止因第一截锥螺旋弹簧过度压缩而导致断裂。两个升降手动微调机构沿铅垂方向对称安装于升降钢架和开合钢架水平载台之间，并通过第一上弹簧套筒和第一下弹簧套筒分别与升降钢架和开合钢架水平载台固连，利用第一截锥螺旋弹簧的刚度特性，通过人工施加铅垂力于所载圆柱舱段外壁实现所载圆柱舱段沿铅垂方向的手动微调定位。所述开合手动微调机构有两个，主要由第二上弹簧套筒、第二下弹簧套筒和第二截锥螺旋弹簧构成，第二上弹簧套筒和第二下弹簧套筒为相配合的圆柱筒，沿第二上弹簧套筒轴线设有第二圆柱导槽，沿第二下弹簧套筒轴线设有第二弹簧导柱，第二圆柱导槽套在第二弹簧导柱上往复运动，在手动微调时，第二上弹簧套筒带动第二截锥螺旋弹簧沿圆柱导槽的运动方向往复运动；在第二下弹簧套筒底部装有第二圆柱橡胶垫圈，与第二下弹簧套筒内壁紧密配合，用于限制第二上弹簧套筒下行位置，防止因第二截锥螺旋弹簧过度压缩而导致的断裂；两个开合手动微调机构轴线呈120°夹角支撑圆柱舱段，通过第一下弹簧套筒分别与两开合钢架内侧对称固连，利用第一截锥螺旋弹簧的刚度特性，通过人工施加所载圆柱舱段外壁的力，产生沿第二截锥螺旋弹簧轴线方向的推力，实现圆柱舱段沿开合方向的手动微调定位。

所述平动手动微调机构中的换挡器由滑槽、升降齿条、换挡扳手、自动挡位、空挡位和旋转轴组成，所述滑槽固定在平动钢架内底部上端面，平动电机安装板置于滑槽内，旋转轴安装于滑槽左侧，换挡扳手绕旋转轴转动，升降齿条侧面与平动电机安装板固连，换挡扳手前端有齿与升降齿条相啮合，当对接装置自动控制定位时，换挡扳手置于自动挡位，电机齿轮与齿条啮合，平动电机通过减速器驱动电机齿轮旋转，实现对接装置沿水平滑轨方向的自动控制定位；自动控制对接定位后，必须要进行手动微调，沿逆时针方向转动换挡扳手至空挡位，换挡扳手前端齿与升降齿条啮合产生运动，使平动电机沿铅垂方向上升，并带动电机齿轮通过平动钢架底板上的圆孔沿铅垂方向上升，使得电机齿轮与齿条脱离，实现对接装置的自动控制定位与平动手动微调的切换，通过人工施加水平推力于对接装置使水平滑块沿水平滑轨滑动，实现所载圆柱舱段沿水平滑轨方向的手动微调。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、在圆柱舱段对接装置中增加手动微调机构，使其不仅具有自动定位功能，还具有手动微调功能，有效提高了对接精度，满足了圆柱舱段对接装配要求。

2、通过安装平动手动微调机构、升降手动微调机构和开合手动微调机构，实现了对接装置在三个自由度方向上的手动微调，增大了对接装置空间可调性。

3、利用滑块、滑轨和截锥螺旋弹簧刚度特性，通过外力作用可实现对接装置的快速手动微调，使圆柱舱段对接装配更加快捷、轻松。

4、截锥螺旋弹簧所具有非线性刚度特性使其可有效减小因圆柱舱段自重差异而造成的对接装配高度差，并且可在最大载荷下通过人力实现3mm压缩量。

5、手动微调机构由滑块、滑轨、截锥螺旋弹簧等构件构成，其整体结构简单，易于装配和维护。

6、截锥螺旋弹簧下套筒底部加装有圆柱橡胶垫圈，可防止由于过大冲击载荷作用而导致的截锥螺旋弹簧断裂，极大的提高了升降手动微调机构和开合手动微调机构的安全性。

附图说明

图1是本发明的手动微调机构在对接装置内安装位置示意图；

图2是本发明的平动手动微调机构结构示意图；

图3是本发明的升降手动微调机构结构示意图；

图4是本发明的升降手动微调机构轴面剖视图；

图5是本发明的开合手动微调机构结构示意图；

图6是本发明的开合手动微调机构轴面剖视图。

具体实施方式

参见图1，本发明手动微调机构置于圆柱舱段对接装置中，所述圆柱舱段对接装置主要由平动钢架1、升降钢架2和开合钢架3组成。所述平动钢架1底部与水平滑块4固连，通过安装于水平工作台6的平行水平滑轨5，实现沿水平滑轨5方向的水平运动；所述升降钢架2两侧与铅垂滑块7固连，利用丝杠旋转带动升降钢架2与铅垂滑块7在平动钢架1上端两侧铅垂滑轨8上做升降运动；所述开合钢架3底部与开合滑块11固连，通过安装于水平载台10的平行开合滑轨12，实现沿开合滑轨12方向的开合运动，开合运动方向与升降运动方向位于同一平面内，且此平面与平动钢架运动方向垂直。所述对接装置中设有三种手动微调机构，即：平动手动微调机构19、升降手动微调机构9和开合手动微调机构13。所述平动手动微调机构19由换挡器15、滑块4和滑轨5构成。换挡器15与平动电机16组合安装于平动钢架1内底部上端面，水平滑块4对称安装于平动钢架1外底部下端面，平行水平滑轨5安装于水平工作台6。在自动控制对接定位时，齿条17与一对水平滑轨5平行安装于水平工作台6，电机齿轮18与齿条17相啮合，平动电机16通过减速器驱动电机齿轮18旋转，使电机齿轮18与齿条17产生啮合运动，实现对接装置沿水平滑轨5方向的自动控制定位。在自动控制对接定位后，必须进行手动微调，利用换挡器15使电机齿轮18通过平动钢架1底板上的圆孔沿铅垂方向上升与齿条17脱离，通过人工施加水平推力于对接装置使水平滑块4沿水平滑轨5滑动，实现所载圆柱舱段14沿水平滑轨5方向的手动微调。所述升降手动微调机构9沿铅垂方向对称安装于升降钢架2和水平载台10之间，在自动控制对接定位后，通过人工施加铅垂力于所载圆柱舱段14外壁实现圆柱舱段14沿铅垂方向的手动微调。所述开合手动微调机构13底部分别与两开合钢架3内侧对称固连，并且一组开合手动微调机构轴线呈120°夹角支撑圆柱舱段14。在自动控制对接定位后，通过人工施加所载圆柱舱段14外壁的力，产生沿开合手动微调机构13轴线方向的推力，实现圆柱舱段14沿开合方向的手动微调。

参见图2，本发明平动手动微调机构19的换挡器15由滑槽21、升降齿条22、换挡扳手23、自动挡位24、空挡位25和旋转轴26组成。所述滑槽21固定在平动钢架1内底部上端面，平动电机安装板20置于滑槽21内，沿滑槽21在铅垂方向升降，旋转轴26安装于滑槽21左侧，换挡扳手23绕旋转轴26转动，升降齿条22侧面与平动电机安装板20固连，换挡扳手23前端有齿与升降齿条22相啮合，通过转动换挡扳手23实现平动电机16和电机齿轮18沿铅垂方向运动。当自动控制对接定位时，换挡扳手23置于自动挡位24，电机齿轮18与电机减速器转轴27固连，且与齿条17啮合，平动电机16通过减速器驱动电机齿轮18旋转，使电机齿轮18与齿条17产生啮合运动，实现对接装置沿水平滑轨5方向的自动控制对接定位。自动控制对接定位后，必须要进行手动微调，沿逆时针方向转动换挡扳手23至空挡位25，换挡扳手23前端齿与升降齿条22啮合产生运动，使平动电机16沿铅垂方向上升，带动电机齿轮18通过平动钢架1底板上的圆孔28沿铅垂方向上升，使得电机齿轮18与齿条17脱离，实现对接装置的自动控制定位与平动手动微调的切换，通过人工施加水平推力于对接装置使水平滑块4沿水平滑轨5滑动，实现所载圆柱舱段沿水平滑轨5方向的手动微调。

参见图3，本发明升降手动微调机构9有两个，由第一上弹簧套筒9-1、第一下弹簧套筒9-2、第一截锥螺旋弹簧9-3、第一圆柱橡胶垫圈9-4、第一弹簧导柱9-5和第一圆柱导槽9-6构成。所述第一上弹簧套筒9-1和第一下弹簧套筒9-2为相配合的圆柱筒，沿第一上弹簧套筒9-1轴线设有第一圆柱导槽9-6，沿第一下弹簧套筒9-2轴线设有第一弹簧导柱9-5，第一圆柱导槽9-6套在第一弹簧导柱9-5上往复运动，在手动微调时，第一上弹簧套筒9-1带动第一截锥螺旋弹簧9-3沿第一圆柱导槽9-6的运动方向作往复运动。在第一下弹簧套筒9-2底部加装有第一圆柱橡胶垫圈9-4，与第一下弹簧套筒9-2内壁紧密配合，用于限制第一上弹簧套筒9-1下行位置，防止因第一截锥螺旋弹簧9-3过度压缩而导致的断裂。

参见图4，本发明升降手动微调机构9中的第一截锥螺旋弹簧9-3材料为60Si2CrVA弹簧钢II类，弹簧钢丝直径为7mm，弹簧钢丝小端头曲率半径为20mm，弹簧钢丝大端头曲率半径为30mm，弹簧自由高度为120mm，弹簧工作圈数为7.25，在最大载荷1300N下，弹簧剪切应力小于材料许用剪切应力，符合剪切强度要求，且在对接装置承载最重圆柱舱段时，人工施加沿铅垂方向的外力于圆柱舱段外壁，第一截锥螺旋弹簧9-3微小压缩3mm，实现圆柱舱段的升降手动微调。升降手动微调机构9的第一上弹簧套筒9-1和第一下弹簧套筒9-2底部均有4个沉头螺纹孔9-7用于与相应钢架的固连，沉头设计可消除螺帽对第一截锥螺旋弹簧9-3安装时的阻碍。

参见图5，本发明升降手动微调机构13有两个，其结构与升降手动微调机构雷同但尺寸不同，由第二上弹簧套筒13-1、第二下弹簧套筒13-2、第二截锥螺旋弹簧13-3、第二圆柱橡胶垫圈13-4、第二弹簧导柱13-5和第二圆柱导槽13-6构成。所述第二上弹簧套筒13-1和第二下弹簧套筒13-2为相配合的圆柱筒，沿第二上弹簧套筒13-1轴线设有第二圆柱导槽13-6，沿第二下弹簧套筒13-2轴线设有第二弹簧导柱13-5，第二圆柱导槽13-6套在第二弹簧导柱13-5上往复运动，在手动微调时，第二上弹簧套筒13-1带动第二截锥螺旋弹簧13-3沿第二圆柱导槽13-6的运动方向作用往复运动。在第二下弹簧套筒13-2底部加装有第二圆柱橡胶垫圈13-4，与第二下弹簧套筒13-2内壁紧密配合，用于限制第二上弹簧套筒13-1下行位置，防止因第二截锥螺旋弹簧13-3过度压缩而导致的断裂。

参见图6，本发明开合手动微调机构13中的第二截锥螺旋弹簧13-3材料为60Si2CrVA弹簧钢II类，弹簧钢丝直径为8mm，弹簧钢丝小端头曲率半径为15mm，弹簧钢丝大端头曲率半径为25mm，弹簧自由高度为160mm，弹簧工作圈数为12，在最大载荷2200N下，弹簧剪切应力小于材料许用剪切应力，符合剪切强度要求，且在对接装置承载最重圆柱舱段时，人工施加于所载圆柱舱段外壁铅垂方向的外力，产生沿第二截锥螺旋弹簧13-3轴线方向的推力，第二截锥螺旋弹簧13-3微小压缩3mm，从而实现圆柱舱段的开合手动微调。开合手动微调机构13的第二上弹簧套筒13-1和第二下弹簧套筒13-2底部均有4个沉头螺纹孔13-7用于与相应钢架的固连，沉头设计可消除螺帽对第二截锥螺旋弹簧13-3安装时的阻碍。

Claims (4)

1.一种置于圆柱舱段对接装置内的手动微调机构，所述圆柱舱段对接装置由平动钢架(1)、升降钢架(2)和开合钢架(3)组成，所述平动钢架(1)底部与水平滑块(4)固连，在平行水平滑轨(5)上实现水平运动；所述升降钢架(2)的两侧与铅垂滑块(7)固连，利用丝杠旋转带动升降钢架(2)与铅垂滑块(7)在平动钢架(1)上端两侧的铅垂滑轨(8)上做升降运动；所述开合钢架(3)为两片相对安置的结构，开合钢架底部与开合滑块(11)固连，通过安装于水平载台(10)上的平行开合滑轨(12)，实现沿水平方向的开合运动，其特征在于：在所述对接装置中设置三种手动微调机构，分别为平动手动微调机构(19)、升降手动微调机构(9)和开合手动微调机构(13)，所述平动手动微调机构(19)由换挡器(15)、水平滑块(4)和水平滑轨(5)构成，换挡器(15)与平动电机(16)组合安装于平动钢架(1)内底部的上端面，一对水平滑块(4)对称安装于平动钢架(1)外底部下端面，两条水平滑轨(5)安装于水平工作台(6)上，利用换挡器(15)实现对接装置的自动控制定位与平动手动微调切换，通过人工施加水平推力于对接装置，使水平滑块(4)沿水平滑轨(5)滑动，实现所载圆柱舱段(14)沿水平滑轨(5)方向的手动微调；所述升降手动微调机构(9)有两个，由第一上弹簧套筒(9-1)、第一下弹簧套筒(9-2)和第一截锥螺旋弹簧(9-3)构成，第一上弹簧套筒(9-1)和第一下弹簧套筒(9-2)为相配合的圆柱筒，沿第一上弹簧套筒(9-1)轴线设有第一圆柱导槽(9-6)，沿第一下弹簧套筒(9-2)轴线设有第一弹簧导柱(9-5)，第一圆柱导槽(9-6)套在第一弹簧导柱(9-5)上往复运动，在手动微调时，第一上弹簧套筒(9-1)带动第一截锥螺旋弹簧(9-3)沿第一圆柱导槽(9-6)的运动方向往复运动；在第一下弹簧套筒(9-2)底部装有第一圆柱橡胶垫圈(9-4)，与第一下弹簧套筒(9-2)内壁紧密配合，用于限制第一上弹簧套筒(9-1)下行位置，防止因第一截锥螺旋弹簧(9-3)过度压缩而导致断裂；两个升降手动微调机构(9)轴线均与升降钢架(2)和水平载台(10)垂直，通过第一上弹簧套筒(9-1)和第一下弹簧套筒(9-2)分别与升降钢架(2)和水平载台(10)固连，利用第一截锥螺旋弹簧(9-3)的刚度特性，通过人工施加铅垂力于所载圆柱舱段(14)外壁实现圆柱舱段(14)沿铅垂方向的手动微调定位；所述开合手动微调机构(13)有两个，由第二上弹簧套筒(13-1)、第二下弹簧套筒(13-2)、第二截锥螺旋弹簧(13-3)构成，第二上弹簧套筒(13-1)和第二下弹簧套筒(13-2)为相配合的圆柱筒，沿第二上弹簧套筒(13-1)轴线设有第二圆柱导槽(13-6)，沿第二下弹簧套筒(13-2)轴线设有第二弹簧导柱(13-5)，第二圆柱导槽(13-6)套在第二弹簧导柱(13-5)上往复运动，在手动微调时，第二上弹簧套筒(13-1)带动第二截锥螺旋弹簧(13-3)沿第二圆柱导槽(13-6)的运动方向往复运动，在第二下弹簧套筒(13-2)底部装有第二圆柱橡胶垫圈(13-4)，与第二下弹簧套筒(13-2)内壁紧密配合，用于限制第二上弹簧套筒(13-1)下行位置，防止因第二截锥螺旋弹簧(13-3)过度压缩而导致的断裂；两个开合手动微调机构(13)轴线呈120°夹角支撑圆柱舱段(14)，通过第一下弹簧套筒(9-2)与开合钢架(3)内侧对称固连，利用第一截锥螺旋弹簧(9-3)的刚度特性，通过人工施加所载圆柱舱段(14)外壁的铅垂力，产生沿第二截锥螺旋弹簧(13-3)轴线方向的推力，实现圆柱舱段(14)沿开合方向的手动微调。

2.根据权利要求1所述的置于圆柱舱段对接装置内的手动微调机构，其特征是：所述平动手动微调机构(19)中的换挡器(15)由滑槽(21)、升降齿条(22)、换挡扳手(23)、自动挡位(24)、空挡位(25)和旋转轴(26)组成，所述滑槽(21)固定在平动钢架(1)内底部上端面，平动电机安装板(20)置于滑槽(21)内，旋转轴(26)安装于滑槽(21)左侧，换挡扳手(23)装在旋转轴(26)上并绕轴转动，升降齿条(22)侧面与平动电机安装板(20)固连，换挡扳手(23)前端有齿与升降齿条(22)相啮合，当对接装置自动控制定位时，换挡扳手(23)置于自动挡位(24)，电机齿轮(18)与齿条(17)啮合，平动电机(16)通过减速器驱动电机齿轮(18)旋转，实现对接装置沿水平滑轨(5)方向的自动控制定位；自动控制对接定位后，必须要进行手动微调，沿逆时针方向转动换挡扳手(23)至空挡位(25)，换挡扳手(23)前端齿与升降齿条(22)啮合产生运动，使平动电机(16)沿铅垂方向上升，并带动电机齿轮(18)通过平动钢架(1)底板上的圆孔(28)沿铅垂方向上升，使得电机齿轮(18)与齿条(17)脱离，实现对接装置的自动控制定位与平动手动微调的切换，通过人工施加水平推力于对接装置使水平滑块(4)沿水平滑轨(5)滑动，实现所载圆柱舱段(14)沿水平滑轨(5)方向的手动微调。

3.根据权利要求1所述的置于圆柱舱段对接装置内的手动微调机构，其特征是：所述升降手动微调机构(9)的第一截锥螺旋弹簧(9-3)材料为60Si2CrVA弹簧钢II类，弹簧钢丝直径为7mm，弹簧钢丝小端头曲率半径为20mm，弹簧钢丝大端头曲率半径为30mm，弹簧自由高度为120mm，弹簧工作圈数为7.25，在最大载荷1300N下，弹簧剪切应力小于材料许用剪切应力，符合剪切强度要求。

4.根据权利要求1所述的置于圆柱舱段对接装置内的手动微调机构，其特征是：所述开合手动微调机构(13)中的第二截锥螺旋弹簧(13-3)材料为60Si2CrVA弹簧钢II类，弹簧钢丝直径为8mm，弹簧钢丝小端头曲率半径为15mm，弹簧钢丝大端头曲率半径为25mm，弹簧自由高度为160mm，弹簧工作圈数为12，在最大载荷2200N下，弹簧剪切应力小于材料许用剪切应力，符合剪切强度要求。