CN104589021B - 具有顺应结构的高压转子卧式智能化装配装备 - Google Patents

Abstract

一种发动机领域的具有顺应结构的高压转子卧式智能化装配装备，三垂直坐标轴移动平台、五自由度远中心顺应机构、转子夹具、配重模块和转子支撑固定工装，五自由度远中心顺应机构的一端与三垂直坐标轴移动平台相连，另一端与转子夹具相连，用于控制待装配的转子的空间移动以实现转子的装配的五自由度远中心顺应机构依据待装配的转子受到的力或力矩产生平动或转动，用于平衡转子以及转子夹具的重量的配重模块设置于三垂直坐标轴移动平台上并实现转子的轴线与空间X轴平行，用于固定已堆叠装配完成转子的转子支撑固定工装与转子夹具平行设置。本发明布置紧凑、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。

Description

具有顺应结构的高压转子卧式智能化装配装备

技术领域

本发明涉及的是一种发动机领域的装置，具体是一种用于大型航空发动机的带顺应结构的高压转子卧式智能化装配装备。

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CN103899367A，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。但该技术的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卧式装配五个自由度运动的需求，不能应用于高压转子卧式智能化装配。

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卧式智能化装配装备，该智能化装配装备能够根据转子受到安装孔施加给转子轴的力和力矩的作用，迫使装备中的五自由度远中心顺应机构产生平动及转动，使得转子受到的力和力矩降至装配工艺允许值以内，继续控制三垂直坐标轴移动平台沿X轴负方向运动，如此反复完成这一级转子的装配。本发明布置紧凑、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：三垂直坐标轴移动平台、五自由度远中心顺应机构、转子夹具、配重模块和转子支撑固定工装，其中：五自由度远中心顺应机构的一端与三垂直坐标轴移动平台相连，另一端与转子夹具相连，用于控制待装配的转子的空间移动以实现转子的装配的五自由度远中心顺应机构依据待装配的转子受到的力或力矩产生平动或转动，用于平衡转子以及转子夹具的重量的配重模块设置于三垂直坐标轴移动平台上并实现转子的轴线与空间X轴平行，用于固定已堆叠装配完成转子的转子支撑固定工装与转子夹具平行设置。

所述的五自由度远中心顺应机构包括：外部环绕式静平台、内部顶端动平台、三根水平弹性体支链、三根斜置弹性体支链和内部底端动平台，其中：设置于外围的三根水平弹性体支链的两端分别与外部环绕式静平台和内部顶端动平台固定连接，三根水平弹性体支链于圆周向相互呈120°均匀分布；三根斜置弹性体支链斜置且两端分别与内部顶端动平台和内部底端动平台固定连接，圆周向相互呈120°均匀分布。

所述的内部顶端动平台位于外部环绕式静平台的顶面下方，内部底端动平台与外部环绕式静平台的底部端面相平行，内部顶端动平台的外形直径大于内部底端动平台的外形直径。

所述的斜置弹性体支链与内部顶端动平台和内部底端动平台的夹角为75°。

所述的三垂直坐标轴移动平台包括：由下而上依次设置的X轴移动基座、Y轴移动基座、Z轴移动基座和运动平台，其中：运动平台与Z轴移动基座滑动连接，Z轴移动基座与Y轴移动基座滑动连接，Y轴移动基座与X轴移动基座滑动连接。

所述的X轴移动基座、Y轴移动基座、Z轴移动基座以及运动平台之间的三处滑动连接均相同，分别由移动驱动组件实现移动，X轴移动基座和Y轴移动基座的滑动连接为例，所述的Y轴移动基座与X轴移动基座的移动驱动组件包括：设置于X轴移动基座上的两组平行的导轨组以及设置于各组导轨组上的滚珠丝杠，导轨组和滚珠丝杠的运动部分与Y轴移动基座相连，固定部分与X轴移动基座相连。

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底端动平台上，且实现转子的装夹，使得转子安装轴沿着空间X轴负向。

所述的配重模块包括：配重块、非弹性绳索、滑轮支撑架和滑轮，其中：滑轮支撑架固定设置于Z轴移动基座的顶端，配重块由滑轮和非弹性绳索与转子夹具相连，用于平衡转子以及转子夹具的重量，使得转子的轴线与空间X轴平行。

所述的转子支撑固定工装包括：支撑架，该支撑架固定于X轴移动基座上用于支撑固定已堆叠装配完成转子。

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的结构示意图；

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为移动驱动组件示意图。

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、图2、图3和图4所示，本实施例包括：三垂直坐标轴移动平台a、五自由度远中心顺应机构b、转子夹具c、配重模块d及转子支撑固定工装e，其中：五自由度远中心顺应机构b固定设置于三垂直坐标轴移动平台a上，五自由度远中心顺应机构b依据待装配的转子14受到的力或力矩产生平动或转动，用于控制待装配的转子14的空间移动以实现转子14的装配；转子夹具c固定设置于五自由度远中心顺应机构b的内部底端动平台上；配重模块d的绳索滑轮机构设置于三垂直坐标轴移动平台a上，用于平衡待装配的转子14以及转子夹具c的重量，使得转子14的轴线与X轴平行；已堆叠装配完成转子19固定于转子支撑固定工装e上。

在本实施例中，所述的三垂直坐标轴移动平台a包括：X轴移动基座1、Y轴移动基座2、Z轴移动基座3、运动平台4。其中：运动平台4与Z轴移动基座3滑动连接，Z轴移动基座3与Y轴移动基座2滑动连接，Y轴移动基座2与X轴移动基座1滑动连接。

如图1、图2和图5所示，本实施例中五自由度远中心顺应机构b包括：外部环绕式静平台8、三根水平弹性体支链10、三根斜置弹性体支链11、内部顶端动平台9、内部下端动平台12，其中：设置于外围的三根水平弹性体支链10的两端分别与外部环绕式静平台8、内部顶端动平台9固定连接，三根水平弹性体支链10呈120°均匀设置；三根斜置弹性体支链11的两端分别与内部顶端动平台9、内部底端动平台12固定连接，三根斜置弹性体支链11亦呈120°均布，且单个斜置弹性体支链11分别与两端的内部顶端动平台9、内部底端动平台12的夹角为75°。

水平弹性体支链10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11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，当内部底端动平台12受到转子14夹具施加的外力作用时，外围三根水平弹性体支链10在缺口处产生变形，使得内部顶端动平台9产生相对于外部环绕式静平台8的平动；

如图7所示，当内部底端动平台12受到转子14夹具施加的外力矩作用时，内部三根斜置弹性体支链11亦在缺口处产生变形，使得内部底端动平台12产生相对于内部顶端动平台9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、Y轴移动基座2、Z轴移动基座3以及运动平台4之间的三处滑动连接均相同，分别由移动驱动组件5、6、7实现任意距离的移动，以X轴移动基座1和Y轴移动基座2的滑动连接为例，包括：设置于X轴移动基座1、Y轴移动基座2或Z轴移动基座3上的两组平行的导轨组23及其相应滑块24，以及设置于导轨组上的滚珠丝杠27、丝杠螺母29、驱动电机25、电机座26、移动法兰28和轴承座30，其中：两组导轨组23均与X轴移动基座1固定连接，移动法兰28与Y轴移动基座2底部固定连接，电机座26和轴承座30分别固定于X轴移动基座1的两侧，电机轴与滚珠丝杠27相连，丝杠螺母29通过六个螺栓与法兰28相连，法兰28与Y轴移动基座2相连，Y轴移动基座2与4个滑块24相连。当电机转动时，带动滚珠丝杠27转动，丝杠螺母29沿空间X轴移动，使得Y轴移动基座2沿空间X轴移动。

所述的转子夹具c通过固定设置于五自由度远中心顺应机构b中的内部底端动平台12上实现，将转子14装夹在转子夹具c上，使得转子14安装轴沿着X轴负向。

所述的转子夹具c包括：整体三爪卡盘式夹具13。

所述的配重模块d的滑轮支撑架固定设置于Z轴移动基座的顶端，配重模块d包括：配重块15、非弹性绳索16、滑轮支撑架17及滑轮18，其中：配重块15通过滑轮18、非弹性绳索16连接到转子夹具c上，用于平衡转子14以及转子夹具c的重量，使得转子14的轴线与空间X轴平行。

所述的转子支撑固定工装e用来支撑固定已堆叠装配完成转子19。

所述的转子支撑固定工装e包括：支撑架20。支撑架20固定在X轴移动基座上。底部设有转轮21和固定支撑脚22。

本实施例通过以下方式进行工作：将需要装配的转子14装夹在转子夹具c上，使得转子14安装轴沿着X轴负向，确定安装孔的位置，将转子14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X轴负向的移动速度和移动量，控制三垂直坐标轴移动平台沿X轴负方向小量运动，转子14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产生较小的平动及转动，使得转子14受到的力和力矩降至允许值以内，继续控制三垂直坐标轴移动平台沿X轴负方向小量运动直至完成这一级转子14的装配。

Claims (7)

1.一种具有顺应结构的高压转子卧式智能化装配装备，其特征在于，包括：三垂直坐标轴移动平台、五自由度远中心顺应机构、转子夹具、配重模块和转子支撑固定工装，其中：五自由度远中心顺应机构的一端与三垂直坐标轴移动平台相连，另一端与转子夹具相连，用于控制待装配的转子的空间移动以实现转子的装配的五自由度远中心顺应机构依据待装配的转子受到的力或力矩产生平动或转动，用于平衡转子以及转子夹具的重量的配重模块设置于三垂直坐标轴移动平台上并实现转子的轴线与空间X轴平行，用于固定已堆叠装配完成转子的转子支撑固定工装与转子夹具平行设置；

所述的五自由度远中心顺应机构包括：外部环绕式静平台、内部顶端动平台、三根水平弹性体支链、三根斜置弹性体支链和内部底端动平台，其中：设置于外围的三根水平弹性体支链的两端分别与外部环绕式静平台和内部顶端动平台固定连接，三根水平弹性体支链于圆周向相互呈120°均匀分布；三根斜置弹性体支链斜置且两端分别与内部顶端动平台和内部底端动平台固定连接，圆周向相互呈120°均匀分布；

所述的斜置弹性体支链与内部顶端动平台和内部底端动平台的夹角为75°。

2.根据权利要求1所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的内部顶端动平台位于外部环绕式静平台的顶面下方，内部底端动平台与外部环绕式静平台的底部端面相平行，内部顶端动平台的外形直径大于内部底端动平台的外形直径。

3.根据权利要求1所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的三垂直坐标轴移动平台包括：由下而上依次设置的X轴移动基座、Y轴移动基座、Z轴移动基座和运动平台，其中：运动平台与Z轴移动基座滑动连接，Z轴移动基座与Y轴移动基座滑动连接，Y轴移动基座与X轴移动基座滑动连接。

4.根据权利要求3所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的Y轴移动基座与X轴移动基座滑动连接由移动驱动组件实现，该移动驱动组件包括：设置于X轴移动基座上的两组平行的导轨组以及设置于各组导轨组上的滚珠丝杠，导轨组和滚珠丝杠的运动部分与Y轴移动基座相连，固定部分与X轴移动基座相连。

5.根据权利要求1所述的高压转子卧式智能化装配装备，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底端动平台上，且实现转子的装夹，使得转子安装轴沿着空间X轴负向。

6.根据权利要求5所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的配重模块包括：配重块、非弹性绳索、滑轮支撑架和滑轮，其中：滑轮支撑架固定设置于Z轴移动基座的顶端，配重块由滑轮和非弹性绳索与转子夹具相连，用于平衡转子以及转子夹具的重量，使得转子的轴线与空间X轴平行。

7.根据权利要求6所述的高压转子卧式智能化装配装备，其特征是，所述的转子支撑固定工装包括：支撑架，该支撑架固定于X轴移动基座上用于支撑固定已堆叠装配完成转子。