CN104400414B - 基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心方法与装置 - Google Patents

基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心方法与装置 Download PDF

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Abstract

基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心方法与装置属于精密仪器及机械技术领域；该方法通过圆形底盘、夹层和运动台的复合运动实现，夹层布置在运动台和圆形底盘中间，夹层上布满小孔，小孔内嵌入球形滚动体；当运动台沿X方向运动时，圆形底盘和夹层均保持静止，圆形底盘和运动台之间进行滚动摩擦，X向导向系统与夹层上的导向槽配合起导向作用；当运动台沿Y方向运动时，底盘保持静止，夹层与运动台同步运动，圆形底盘和夹层之间进行滑动摩擦，Y向导向系统与夹层上的导向槽配合起导向作用；本发明建立了一种兼顾高精度、高稳定性和大承载的二维运动调整装置。

Description

基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心方法与装置
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置。
背景技术
近年来，随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展，特别是航空发动机性能的不断提升，对发动机加工装配的精度要求越来越高，尤其是在追求更高推重比的同时，由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能的影响逐渐突显出来。这就对发动机的测试装备性能提出了严峻的挑战，因而也对所使用的调整定位工作台性能有了更高的要求。
2000年，法国Compiegne工业大学的Samir Mckid等人于研制的摩擦驱动工作台通过液体静压导轨支撑，并使用了零膨胀材料微晶玻璃制作导轨，从而能够降低对环境的要求。该工作台行程为220mm，定位精度可达16nm.(Mekid S.High precision linear slide.Part I:design and construction[J].International Journal ofMachine Tools and Manufacture,2000,40(7):1039～1050)。
2001年，东京工业大学的Shinno等人研制了混合直线电机驱动的两级驱动大行程超精密平台，采用直线电机进行粗定位，音圈电机精密定位(Shinno H,Hashizume H.High speed nanometer positioning using a hybrid linear motor[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology,2001,50(1):243～246)。
台湾淡江大学的Chao C L等人也对精密调整定位工作台展开了研究，他们采用摩擦轮驱动和气体支撑的方式对工作台进行了设计，使用激光干涉仪作为反馈测量装置。该工作台在温度20±1℃和湿度60±5％的环境中，其定位精度优于15nm(Chao C L,Neou J.Model reference adaptive control of air-lubricatedcapstan drive for precision positioning[J].Precision engineering,2000,24(4):285～290)。
2003年，东京工业大学的Mao J、Tachikawa H等人，成功研制了采用直线电机驱动和空气静压丝杠驱动技术的超精密纳米定位工作台，并使用空气静压导轨进行支撑和导向，整个工作台的定位精度可以达到±2nm(Mao J,TachikawaH,Shimokohbe A.Precision positioning of a DC-motor-driven aerostatic slidesystem[J].Precision engineering,2003,27(1):32～41)。
上述运动平台都具有较高的定位精度和位移分辨力，但都是在轻载情况下工作，无法满足航空发动机装配中几百公斤的负载要求。
专利CN201310166438“大行程微驱动精密二维工作台”提出了一种大行程微驱动精密二维工作台，主要由底座、二维平面内互为垂直的X、Y双向进给装置、以及进给装置顶部工作台面组成，Y向进给装置设置在X向进给装置之上；X向进给装置包括X向大行程进给装置和X向微进给装置，Y向进给装置包括Y向大行程进给装置和Y向微进给装置；Y向大行程进给装置设置于X向微进给装置之上且能随X向微进给装置的进给动作而移动；底座的过渡连接板与机床连接。
专利CN200620072502“大行程高精度二维工作台”提出一种大行程高精度二维工作台，采用复合式磁浮－滑动导轨，设置二维移动工作台的顶部导向面与测量光栅的测量面相重合的结构形式，设置驱动区和工作区二级隔离。
专利CN200920177016“单层小行程二维工作台”提出一种单层小行程二维工作台，要由固定滑块，过渡滑块，目标滑块，板式弹簧和调节螺钉组成，采用环状板式结构，通过调节螺钉和板式弹簧的共同作用，使目标滑块在同一水平层中完成X轴、Y轴二维方向的移动，解决普通双层结构的二维工作台占用较大空间且刚性不足的问题。
上述现有技术存在的共性问题是大载荷的情况下，无法保证调整装置的高精度和高分辨力，然而在航空发动机装配中，叶片等回转体组件重达几百千克，且叶片装配是直接在工作台上进行，这就要求使用的调整工作台能够承受大载荷并有很高的调整定位精度。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出一种通过密珠将承重的运动台与底盘间的摩擦力减小，并将底盘、夹层与运动台的运动相复合的大承载两自由度调整定位方法，达到精密运动台在大承载下沿X方向和Y方向高稳定性运动的目的。本发明还提供了一种基于上述方法的基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置。
上述目的通过以下的技术方案实现：
一种基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置，该装置包括圆形底盘、夹层、运动台、X向驱动装置、X向回复装置、X向导向系统、Y向驱动装置、Y向回复装置和Y向导向系统。所述的夹层上固连有减磨块，减磨块与圆形底盘接触配合；在所述的夹层上布置有通孔，通孔内嵌有球形滚动体，运动台置于夹层上并与球形滚动体接触配合。
所述的Y向驱动装置和Y向回复装置沿Y轴方向固连在圆形底盘上；Y向导向系统包括导向块A、减磨片A、预紧块A、预紧弹簧A；所述的导向块A固连在圆形底盘上，通过预紧弹簧A驱动预紧块A进行微量弹性运动，预紧块A压紧导向块A，实现导向块A与夹层上的第一导向槽a1的紧密配合；在所述导向块A的两侧贴有减磨片A；夹层上的第二导向槽a2与第一导向槽a1关于X轴对称布置。
所述的X向驱动装置和X向回复装置沿X轴方向固连在夹层上；X向导向系统包括导向块B、减磨片B、预紧块B、预紧弹簧B；所述的导向块B固连在运动台上，通过预紧弹簧B驱动预紧块B进行微量弹性运动，预紧块B压紧导向块B，实现导向块B与夹层上的第三导向槽a3的紧密配合；在所述导向块B的两侧贴有减磨片B；夹层上的第四导向槽a4与第三导向槽a3关于Y轴对称布置。
圆形底盘保持固定不动，Y向导向系统引导夹层沿Y轴运动，Y向驱动装置驱动运动台沿Y轴负向运动；Y向回复装置驱动运动台沿Y轴正向运动；X向导向系统引导运动台沿X轴运动，X向驱动装置驱动运动台沿X轴负向运动；X向回复装置驱动运动台沿X轴正向运动。
该装置采用滚动摩擦与滑动摩擦复合结构，圆形底盘和夹层之间为滑动摩擦，圆形底盘和运动台之间为滚动摩擦。
通孔直径大于球形滚动体直径，球形滚动体的直径大于夹层的厚度与减磨块的厚度之和。
夹层上的预紧弹簧A和预紧弹簧B的弹性力可根据需要进行调节。
一种基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心方法，其该方法通过圆形底盘、夹层和运动台的复合运动实现，夹层布置在运动台和圆形底盘中间，夹层上布满通孔，通孔内嵌入球形滚动体；当运动台沿X方向运动时，圆形底盘和夹层均保持静止不动，通过球形滚动体使运动台和圆形底盘之间进行滚动摩擦，且运动台沿X方向的运动由X向导向系统和固连在运动台上的导向块B联合作用，引导运动台沿X方向运动，X向导向系统关于Y轴对称配装且微弹性可动；当运动台沿Y方向运动时，圆形底盘保持静止不动，通过减磨块使夹层和圆形底盘之间进行滑动摩擦，夹层与运动台同步运动，且运动台沿Y方向的运动由Y向导向系统和固连在圆形底盘的导向块A联合作用，引导运动台沿Y方向运动，Y向导向系统关于X轴对称配装且微弹性可动。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置中使承重的工作台放置在底盘上的密珠上，将工作台与底盘的摩擦力变为滚动摩擦，极大地降低了摩擦力，从而保证工作台在大承载的情况下具有高位移灵敏度，提高工作台调整的精确性；
2、本发明方法与装置中充分利用导向系统与导向槽的联合作用，即利用导向块对工作台进行运动方向引导，预紧块确保导向面与导向槽紧密接触，并且其接触力可根据需要通过预紧弹簧进行调控，一方面避免了约束过多易产生运动干涉的问题，另一方面也显著降低了核心部件的加工制造难度和成本。
本发明方法与装置特别适用于航空发动机转静子装配测量场合，解决大负载或超大负载场合下，对被装配测量试件进行精确调整及定位的问题。
附图说明
图1为带有运动台的基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置示意图；
图2为基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置结构示意图；
图3为Y向导向系统结构示意图；
图4为X向导向系统结构示意图。
图中：1、圆形底盘；2、夹层；3、运动台；4、减磨块；5、球形滚动体；6、通孔；7、X向驱动装置；8、X向回复装置；9、X向导向系统；10、Y向驱动装置；11、Y向回复装置；12、Y向导向系统；13、导向块A；14、减磨片A；15、预紧块A；16预紧弹簧A；17、导向块B；18、减磨片B；19、预紧块B；20、预紧弹簧B；a1、第一导向槽；a2、第二导向槽；a3、第三导向槽；a4、第四导向槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
一种基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置，该装置包括圆形底盘1、夹层2、运动台3、X向驱动装置7、X向回复装置8、X向导向系统9、Y向驱动装置10、Y向回复装置11和Y向导向系统12；所述的夹层2上固连有减磨块4，减磨块4与圆形底盘1接触配合；在所述的夹层2上布置有通孔6，通孔6内嵌有球形滚动体5，运动台3置于夹层2上并与球形滚动体5接触配合。
所述的Y向驱动装置10和Y向回复装置11沿Y轴方向固连在圆形底盘1上；Y向导向系统12包括导向块A13、减磨片A14、预紧块A15、预紧弹簧A16；所述的导向块A13固连在圆形底盘1上，通过预紧弹簧A16驱动预紧块A15进行微量弹性运动，预紧块A15压紧导向块A13，实现导向块A13与夹层2上的第一导向槽a1的紧密配合；在所述导向块A13的两侧贴有减磨片A14；夹层2上的第二导向槽a2与第一导向槽a1关于X轴对称布置。
所述的X向驱动装置7和X向回复装置8沿X轴方向固连在夹层2上；X向导向系统9包括导向块B17、减磨片B18、预紧块B19、预紧弹簧B20；所述的导向块B17固连在运动台3上，通过预紧弹簧B20驱动预紧块B19进行微量弹性运动，预紧块B19压紧导向块B17，实现导向块B17与夹层2上的第三导向槽a3的紧密配合；在所述导向块B17的两侧贴有减磨片B18；夹层2上的第四导向槽a4与第三导向槽a3关于Y轴对称布置。
圆形底盘1保持固定不动，Y向导向系统12引导夹层2沿Y轴运动，Y向驱动装置10驱动运动台3沿Y轴负向运动；Y向回复装置11驱动运动台3沿Y轴正向运动；X向导向系统9引导运动台3沿X轴运动，X向驱动装置7驱动运动台3沿X轴负向运动；X向回复装置8驱动运动台3沿X轴正向运动。
该装置采用滚动摩擦与滑动摩擦复合结构，圆形底盘1和夹层2之间为滑动摩擦，圆形底盘1和运动台3之间为滚动摩擦。
通孔6直径大于球形滚动体5直径，球形滚动体5的直径大于夹层2的厚度与减磨块4的厚度之和。
夹层2上的预紧弹簧A16和预紧弹簧B20的弹性力可根据需要进行调节。
一种基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心方法，该方法通过圆形底盘、夹层和运动台的复合运动实现，夹层布置在运动台和圆形底盘中间，夹层上布满通孔，通孔内嵌入球形滚动体；当运动台沿X方向运动时，圆形底盘和夹层均保持静止不动，通过球形滚动体使运动台和圆形底盘之间进行滚动摩擦，且运动台沿X方向的运动由X向导向系统和固连在运动台上的导向块B联合作用，引导运动台沿X方向运动，X向导向系统关于Y轴对称配装且微弹性可动；当运动台沿Y方向运动时，圆形底盘保持静止不动，通过减磨块使夹层和圆形底盘之间进行滑动摩擦，夹层与运动台同步运动，且运动台沿Y方向的运动由Y向导向系统和固连在圆形底盘的导向块A联合作用，引导运动台沿Y方向运动，Y向导向系统关于X轴对称配装且微弹性可动。

Claims (5)

1.一种基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置，该装置包括圆形底盘(1)、夹层(2)、运动台(3)、X向驱动装置(7)、X向回复装置(8)、X向导向系统(9)、Y向驱动装置(10)、Y向回复装置(11)和Y向导向系统(12)；其特征在于：所述的夹层(2)上固连有减磨块(4)，减磨块(4)与圆形底盘(1)接触配合；在所述的夹层(2)上布置有通孔(6)，通孔(6)内嵌有球形滚动体(5)，运动台(3)置于夹层(2)上并与球形滚动体(5)接触配合；
所述的Y向驱动装置(10)和Y向回复装置(11)沿Y轴方向固连在圆形底盘(1)上；所述的Y向导向系统(12)包括导向块A(13)、减磨片A(14)、预紧块A(15)、预紧弹簧A(16)；所述的导向块A(13)固连在圆形底盘(1)上，通过预紧弹簧A(16)驱动预紧块A(15)进行微量弹性运动，预紧块A(15)压紧导向块A(13)，实现导向块A(13)与夹层(2)上的第一导向槽(a1)的紧密配合；在所述导向块A(13)的两侧贴有减磨片A(14)；夹层(2)上的第二导向槽(a2)与第一导向槽(a1)关于X轴对称布置；
所述的X向驱动装置(7)和X向回复装置(8)沿X轴方向固连在夹层(2)上；所述的X向导向系统(9)包括导向块B(17)、减磨片B(18)、预紧块B(19)、预紧弹簧B(20)；所述的导向块B(17)固连在运动台(3)上，通过预紧弹簧B(20)驱动预紧块B(19)进行微量弹性运动，预紧块B(19)压紧导向块B(17)，实现导向块B(17)与夹层(2)上的第三导向槽(a3)的紧密配合；在所述导向块B(17)的两侧贴有减磨片B(18)；夹层(2)上的第四导向槽(a4)与第三导向槽(a3)关于Y轴对称布置；
圆形底盘(1)保持固定不动，Y向导向系统(12)引导夹层(2)沿Y轴运动，Y向驱动装置(10)驱动运动台(3)沿Y轴负向运动；Y向回复装置(11)驱动运动台(3)沿Y轴正向运动；X向导向系统(9)引导运动台(3)沿X轴运动，X向驱动装置(7)驱动运动台(3)沿X轴负向运动；X向回复装置(8)驱动运动台(3)沿X轴正向运动。
2.根据权利要求1所述的基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置，其特征在于：该装置采用滚动摩擦与滑动摩擦复合结构，圆形底盘(1)和夹层(2)之间为滑动摩擦，圆形底盘(1)和运动台(3)之间为滚动摩擦。
3.根据权利要求1所述的基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置，其特征在于：通孔(6)直径大于球形滚动体(5)直径，球形滚动体(5)的直径大于夹层(2)的厚度与减磨块(4)的厚度之和。
4.根据权利要求1所述的基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心装置，其特征在于：夹层(2)上的预紧弹簧A(16)和预紧弹簧B(20)的弹性力可根据需要进行调节。
5.一种基于密珠滚动支承的航空发动机装配测量一体化调心方法，其特征在于:该方法通过圆形底盘、夹层和运动台的复合运动实现，夹层布置在运动台和圆形底盘中间，夹层上布满通孔，通孔内嵌入球形滚动体；当运动台沿X方向运动时，圆形底盘和夹层均保持静止不动，通过球形滚动体使运动台和圆形底盘之间进行滚动摩擦，且运动台沿X方向的运动由X向导向系统和固连在运动台上的导向块B联合作用，引导运动台沿X方向运动，X向导向系统关于Y轴对称配装且微弹性可动；当运动台沿Y方向运动时，圆形底盘保持静止不动，通过减磨块使夹层和圆形底盘之间进行滑动摩擦，夹层与运动台同步运动，且运动台沿Y方向的运动由Y向导向系统和固连在圆形底盘的导向块A联合作用，引导运动台沿Y方向运动，Y向导向系统关于X轴对称配装且微弹性可动。
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