CN104526346B - 具有顺应结构的高压转子立式智能化装配装备 - Google Patents
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Abstract
一种发动机领域的具有顺应结构的航空发动机高压转子智能化装配装备，包括：用于调整转子沿空间Z轴负方向运动的三自由度龙门式主动运动机构、五自由度远中心顺应机构和转子夹具，其中：五自由度远中心顺应机构与三自由度龙门式主动运动机构滑动连接，转子夹具与五自由度远中心顺应机构固定连接，五自由度远中心顺应机构通过平动或转动使得转子受到的力或力矩降至装配工艺允许值以内。本发明能够提高发动机的生产效率及装配质量。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种发动机领域的装置，具体是一种具有顺应结构的航空发动机高压转子智能化装配装备。
背景技术
当前我国大型航空发动机高压转子装配过程中，仍大量采用手工借助吊车完成转子的调姿和定位，很容易造成磕碰和卡滞，效率低，工人的操作经验是影响装配质量的关键因素。而随着高性能发动机的研发，联接配合的精度要求越来越高，手工装配已满足不了要求，针对这一重大问题，研制一套智能化装配装备来完成发动机的高压转子的装配任务，在提高装配质量的同时提高生产线的生产效率。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN103899367 A公开日2014-07-02，公开了一种航空发动机转子堆叠装配方法与装置，其测量方法与装置是基于气浮回转轴系确定回转基准；依据光电编码器确定转台的角度定位；基于四测头测量装置，提取转子径向装配面的径向误差和轴向装配面的倾斜误差，得到该转子对装配后转子同轴度的影响权值；分别测量装配所需的全部转子，得到各转子对装配后转子同轴度的影响权值；将各转子的权值进行矢量优化，得到各转子的装配角度。但是此种装配方法需要测量的参数众多，过程繁杂，装配效率相对较低，不适合大型航空发动机的高效生产。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103291493，公开日2013-09-11，公开了一种运动解耦的轴对称矢量喷管调节机构，包括：以机匣作为静平台F，以调节环作为动平台M。以及两端分别与调节环和机匣相连的第一、二、三被动支路和第四、五、六主动支路；第一、二被动支路包括：依次串联的万向副、下转动副、上转动副。第三被动支路包括：依次串联的上、下转动副以及万向副；第四、五、六主动支路包括：依次串联的下球铰副、移动副以及上球铰副。但该现有技术与本申请相比，其不足之处在于该机构只能实现一移动两转动的三个自由度运动，不能满足大型航空发动机高压转子立式装配五个自由度运动的需求，不能应用于高压转子立式智能化装配。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有顺应结构的高压转子立式智能化装配装备，用于完成各级转子的装配，装置结构布置紧凑、控制方式简单、操作精度高、装配效率高，能够提高发动机的生产效率及装配质量。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：用于调整转子沿空间Z轴负方向运动的三自由度龙门式主动运动机构、五自由度远中心顺应机构和转子夹具，其中：五自由度远中心顺应机构与三自由度龙门式主动运动机构滑动连接，转子夹具与五自由度远中心顺应机构固定连接，五自由度远中心顺应机构通过平动或转动使得转子受到的力或力矩降至装配工艺允许值以内。
所述的三自由度龙门式主动运动机构包括：由下而上依次设置的X轴移动基座、竖直支撑架、中部运动横梁和顶部横梁，其中：竖直支撑架与X轴移动基座滑动连接，中部运动横梁与竖直支撑架滑动连接，顶部横梁与竖直支撑架固定连接，中部运动横梁与五自由度远中心顺应机构的吊梁滑动连接。
所述的滑动连接通过移动驱动组件实现，该移动驱动组件包括：分别设置于一个滑动对象两端的一对导轨组及一对螺母滑块、分别设置于一对导轨组上的滚珠丝杠及其驱动电机，其中：滚珠丝杠的运动部分和固定部分分别与两个滑动对象相连。
所述的五自由度远中心顺应机构包括：吊梁、外部环绕式静平台、内部上端动平台、三根竖直弹性体支链、三根斜置弹性体支链和内部下端动平台，其中：设置于外围的三根竖直弹性体支链的两端分别与外部环绕式静平台、内部上端动平台固定连接，且三根竖直弹性体支链圆周向呈120°均匀设置；三根斜置弹性体支链的两端分别与内部上端动平台、内部下端动平台固定连接，圆周向呈120°均匀设置，且单个斜置弹性体支链与两端的内部上端动平台、内部下端动平台的夹角为75°。
所述的内部上端动平台位于外部环绕式静平台的顶面下方，内部下端动平台与外部环绕式静平台的底部端面相平行，内部上端动平台的外形直径大于内部下端动平台的外形直径。
所述的竖直弹性体支链的结构具体为：在距离支链两端五分之一处各设置左右对称的长条结构缺口，缺口的结构为直径为支链直径三分之一的半圆柱体。
所述的斜置弹性体支链的结构具体为：在距离支链两端五分之一处各设置左右对称的长条结构缺口，缺口的结构为直径为支链直径三分之一的半圆柱体。
所述的转子夹具包括：整体三爪卡盘式夹具，该整体三爪卡盘式夹具固定设置于五自由度远中心顺应机构的内部下端动平台上，且实现转子的装夹，使得转子安装轴沿着空间Z轴负向。
技术效果
与现有技术相比，本发明将快速精确移动技术和远中心顺应机构被动运动结合起来，通过两者的统一协调运动，使得转子安装轴能够快速、准确安装进安装孔中，不仅提高了装配的效率，使转子受到的外力更小，减小了变形，提高了装配精度，延长了使用寿命，同时，设备的控制系统简单，控制难度较低。
附图说明
图1为本发明立体示意图；
图2为本发明正视图；
图3为本发明左视图；
图4为本发明俯视图；
图5为五自由度远中心顺应机构示意图；
图6为五自由度远中心顺应机构的受力平动示意图；
图7为五自由度远中心顺应机构的受力矩转动示意图；
图8为驱动组件示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1至图4所示，本实施例包括：三自由度龙门式主动运动机构a、五自由度远中心顺应机构b、转子夹具c，其中：五自由度远中心顺应机构b滑动设置于三自由度龙门式主动运动机构a中部运动横梁4上，转子夹具c固定设置于五自由度远中心顺应机构b的内部下端动平台上。
所述的三自由度龙门式主动运动机构a包括：X轴移动基座1、竖直支撑架2、顶部横梁3、中部运动横梁4。其中：竖直支撑架2与X轴移动基座1滑动连接，中部运动横梁4与竖直支撑架2滑动连接，顶部横梁3与竖直支撑架2固定连接。
如图1至图3及图5所示，五自由度远中心顺应机构b包括：设置于中部运动横梁4上的吊梁10、设置于吊梁10上的外部环绕式静平台11、三根竖直弹性体支链12、三根斜置弹性体支链13、内部上端动平台14、内部下端动平台15，其中：设置于外围的三根竖直弹性体支链12两端分别与外部环绕式静平台11、内部上端动平台14固定连接，且三根竖直弹性体支链12沿圆周呈120°均布；另外三根斜置弹性体支链13两端分别与内部上端动平台14、内部下端动平台15固定连接，亦沿圆周呈120°均布，且单个斜置弹性体支链13与两端内部上端动平台14、内部下端动平台15的夹角为75°。
竖直弹性体支链12的结构具体为：在距离支链两端五分之一处各设置左右对称的长条结构缺口，缺口的结构为直径为支链直径三分之一的半圆柱体。
斜置弹性体支链13的结构具体为：在距离支链两端五分之一处各设置左右对称的长条结构缺口，缺口的结构为直径为支链直径三分之一的半圆柱体。
如图6所示，当内部下端动平台15受到转子夹具16施加的外力作用时，外围三根竖直弹性体支链12在缺口处产生变形，使得内部上端动平台14产生相对于外部环绕式静平台11的平动；
如图7所示，当内部下端动平台15受到转子夹具16施加的外力矩作用时，内部三根斜置弹性体支链13亦在缺口处产生变形，使得内部下端动平台15产生相对于内部上端动平台14的绕X轴、Y轴及Z轴的转动。
如图1和图8所示，所述的X轴移动基座1、竖直支撑架2、中部运动横梁4之间的两处滑动连接相同，分别由移动驱动组件5、6和7、8实现任意距离的移动，以X轴移动基座1和竖直支撑架2的滑动连接为例，包括：设置于X轴移动基座1上的两组平行的导轨组19、24及其相应螺母滑块21、26，以及分别设置于导轨组19、24上的滚珠丝杠20、25及其驱动电机23、28和电机座22、27，其中：导轨组19、24分别与X轴移动基座1的两端固定连接，螺母滑块21、26分别与竖直支撑架2底部固定连接。
所述的中部运动横梁4与五自由度远中心顺应机构的吊梁10之间的滑动连接由移动驱动组件9实现任意距离的移动，其具体形式与移动驱动组件5相同。
所述的转子夹具c包括：整体三爪卡盘式夹具16，该整体三爪卡盘式夹具16固定设置于五自由度远中心顺应机构的内部下端动平台15上，且实现转子17的装夹，使得转子安装轴沿着空间Z轴负向。
本实施例通过以下方式进行工作：将需要装配的转子17装夹在转子夹具c上，使得转子安装轴沿着Z轴负向，确定安装孔的位置，将转子安装轴中心点的运动轨迹分为X轴，Y轴和Z轴的平动，确定每个移动组件的移动量，保证安装轴对准安装孔并且接触到安装孔。根据装配工艺要求，确定Z轴负向的移动速度和移动量，控制龙门架沿Z轴负方向小量运动，转子17受到孔施加给轴的力和力矩的作用，迫使五自由度远中心顺应机构b产生较小的平动及转动，使得转子17受到的力和力矩降至装配工艺允许值以内，继续控制龙门架沿Z轴负方向小量运动直至完成这一级转子的装配，堆叠在装配完成的转子18上。
Claims (7)
1.一种具有顺应结构的高压转子立式智能化装配装备，其特征在于，包括：用于调整转子沿空间Z轴负方向运动的三自由度龙门式主动运动机构、五自由度远中心顺应机构和转子夹具，其中：五自由度远中心顺应机构与三自由度龙门式主动运动机构滑动连接，转子夹具与五自由度远中心顺应机构固定连接，五自由度远中心顺应机构通过平动或转动使得转子受到的力或力矩降至装配工艺允许值以内；
所述的五自由度远中心顺应机构包括：吊梁、外部环绕式静平台、内部上端动平台、三根竖直弹性体支链、三根斜置弹性体支链和内部下端动平台，其中：设置于外围的三根竖直弹性体支链的两端分别与外部环绕式静平台、内部上端动平台固定连接，且三根竖直弹性体支链圆周向呈120°均匀设置；三根斜置弹性体支链的两端分别与内部上端动平台、内部下端动平台固定连接，圆周向呈120°均匀设置，且单个斜置弹性体支链与两端的内部上端动平台、内部下端动平台的夹角为75°。
2.根据权利要求1所述的高压转子立式智能化装配装备，其特征是，所述的三自由度龙门式主动运动机构包括：由下而上依次设置的X轴移动基座、竖直支撑架、中部运动横梁和顶部横梁，其中：竖直支撑架与X轴移动基座滑动连接，中部运动横梁与竖直支撑架滑动连接，顶部横梁与竖直支撑架固定连接，中部运动横梁与五自由度远中心顺应机构的吊梁滑动连接。
3.根据权利要求2所述的高压转子立式智能化装配装备，其特征是，所述的上述三处两两相连的滑动对象的滑动连接通过移动驱动组件实现任意距离的移动，移动驱动组件包括：分别设置于一个滑动对象两端的一对导轨组及一对螺母滑块、分别设置于一对导轨组上的滚珠丝杠及其驱动电机，其中：滚珠丝杠的运动部分和固定部分分别与两个滑动对象相连。
4.根据权利要求1所述的高压转子立式智能化装配装备，其特征是，所述的内部上端动平台位于外部环绕式静平台的顶面下方，内部下端动平台与外部环绕式静平台的底部端面相平行，内部上端动平台的外形直径大于内部下端动平台的外形直径。
5.根据权利要求1或4所述的高压转子立式智能化装配装备，其特征是，所述的竖直弹性体支链的结构具体为：在距离支链两端五分之一处各设置左右对称的长条结构缺口，缺口的结构为直径为支链直径三分之一的半圆柱体。
6.根据权利要求1或4所述的高压转子立式智能化装配装备，其特征是，所述的斜置弹性体支链的结构具体为：在距离支链两端五分之一处各设置左右对称的长条结构缺口，缺口的结构为直径为支链直径三分之一的半圆柱体。
7.根据权利要求1或4所述的高压转子立式智能化装配装备，其特征是，所述的转子夹具包括：整体三爪卡盘式夹具，该整体三爪卡盘式夹具固定设置于五自由度远中心顺应机构的内部下端动平台上，且实现转子的装夹，使得转子安装轴沿着空间Z轴负向。
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