CN106695112B - 一种新型轨迹运动琴键压紧机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于搅拌摩擦焊接领域，具体涉及一种新型轨迹运动琴键压紧机构，用于运载火箭铝合金贮箱箱底瓜瓣纵缝搅拌摩擦焊接过程中铝合金板料的定位、压紧与固定，包括气缸(1)、增力杠杆(2)、机架(3)、轨迹导向块(4)、压头(5)、搅拌头(6)、焊接板料(7)和型胎(8)。新型轨迹运动琴键压紧与增力机构相结合，即可以使新的压紧机构压头压紧分力始终向内挤胎，产生压紧增力，又可以简化装备装配难度，提高装配精度，满足搅拌摩擦焊工艺参数对工装性能的各项要求。有效解决“扒胎”难题，满足搅拌摩擦焊工艺参数对工装性能的各项要求，提高工装控制精度，提高焊缝质量和生产效率，降低工人劳动强度。

Description

一种新型轨迹运动琴键压紧机构
技术领域
本发明属于搅拌摩擦焊接领域，具体涉及一种新型轨迹运动琴键压紧机构。
背景技术
贮箱箱底是运载火箭贮箱的主要构件，是贮箱的主承力结构。箱底由若干瓜瓣拼接后再焊接成一个整体构件，因此瓜瓣间焊缝的质量直接关系到箱底的结构强度和密封性能，关系到飞行试验的成败。当前国际主流贮箱焊接工艺都采搅拌摩擦焊。搅拌摩擦焊消除了熔化结晶产生气孔的根源，同时也是一种先进、高效、节能的绿色制造技术。箱底搅拌摩擦焊接的进行需要借助一整套具有足够强度和多种功能的工装、设备来完成。
运载火箭铝合金贮箱箱底瓜瓣纵缝焊接采用琴键压紧机构压紧，工装分为膜胎组件、琴键压紧组件两大部分。将箱底瓜瓣装配在型胎和压紧琴键之间，这时搅拌主机在相应焊缝处开始进行焊接。首都航天机械公司于2015年11月5日申请的申请号为CN201510749975.9、发明名称为“一种平行四边形琴键压紧机构”的专利中记载了焊接时要求压紧后两排琴键间的宽度不能小于40mm；压紧时能够保证瓜瓣焊缝在径向上压紧，在周向上对紧，不能出现压紧后琴键将两零件扒开的趋势，保证对接间隙及错缝小于0.1mm，局部不大于0.3mm。因此对瓜瓣压紧机构有一个并缝要求，即在整个焊接过程中，压紧琴键需对所压的瓜瓣具有并缝的分力，始终使两片瓜瓣紧凑的靠在一起，保证要求间隙，而不能产生使两片瓜瓣分离的分力，即不能出现“扒胎”现象。同时，搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头高速旋转时，两块瓜瓣会承受很大的轴向力和周向力，必须设计专用的机构使板料牢牢固定在垫板上，并且保证两个板料焊缝对接面不得大于0.4mm。
因此，针对瓜瓣纵缝搅拌摩擦焊接的技术参数要求特点，琴键外压机构是瓜瓣纵缝焊接的一个非常重要的关键点，有必要研制一种新型轨迹运动琴键压紧机构以解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供种新型轨迹运动琴键压紧机构，以解决当下箱底搅拌摩擦焊纵缝工装所存在的一系列固有问题，解决“扒胎”难题，满足搅拌摩擦焊工艺参数对工装性能的要求，提高工装控制精度，提高焊缝质量和生产效率，降低工人劳动强度。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种新型轨迹运动琴键压紧机构，用于运载火箭铝合金贮箱箱底瓜瓣纵缝搅拌摩擦焊接过程中铝合金板料的定位、压紧与固定，包括气缸、增力杠杆、机架、轨迹导向块、压头、搅拌头、焊接板料和型胎；
机架是三个活动件气缸、增力杠杆、压头的基础，用于固定上述三个活动件上；
型胎用来定位和支撑运载火箭铝合金贮箱箱底瓜瓣；
压头用来在焊接过程中产生施加在压紧点上的压力F1的一个机构；
F1方向垂直于轨迹中心圆的圆心O与压紧点A之间的连线向下，通过F1产生使焊接板料向内挤压趋向于搅拌头中心的并缝分力，满足搅拌摩擦焊并缝参数要求；
增力杠杆的一端与气缸连接，另外一端与压头连接，中间部分与机架连接；
压头与增力杠杆采用分体结构，通过增力杠杆起增力作用，通过压头与轨迹导向块组合，起控制施加在压紧点上的压力F1方向作用；
压头上固定装配两个导向销，与压头形成一个刚体；
轨迹导向块固定连接在机架内侧，在轨迹导向块上开设以轨迹中心圆的圆心为圆心的轨迹导向槽；
压头的两个导向销位于轨迹导向块的轨迹导向槽内，作为刚体的压头上的各点沿着以轨迹中心圆的圆心为圆心的圆形轨迹运动。
进一步的，如上所述的一种新型轨迹运动琴键压紧机构，轨迹中心圆的圆心在满足以下条件的区域范围内任意选取：保证机架不与型胎发生碰撞，保证压头抬起30°后压头的最下端与型胎产生不小于48mm的距离，压头压下之后靠近搅拌头中心一侧的端面距离搅拌头的中心之间的距离为20-40mm之间。
进一步的，如上所述的一种新型轨迹运动琴键压紧机构，通过调整气缸、增力杠杆、机架、压头之间的位置，控制压头的“压紧—抬起”全行程范围内，压紧和抬起力作用线始终位于摩擦圆外的同一侧，保证气缸缩回时压头对增力杠杆产生的拉力F2作用线与轨迹中心圆的外缘之间的距离始终大于摩擦圆半径ρ，以保证压头的运动确定性和正常运行。
进一步的，如上所述的一种新型轨迹运动琴键压紧机构，摩擦圆半径计算公式为：ρ＝fv×r，ρ表示摩擦圆半径，fv表示等效摩擦系数，r表示轨迹中心圆的半径。
进一步的，如上所述的一种新型轨迹运动琴键压紧机构，轨迹中心圆的圆心在满足以下条件的区域范围内任意选取：保证机架不与型胎发生碰撞，保证压头抬起30°后压头的最下端与型胎产生不小于48mm的距离，压头压下之后靠近搅拌头中心一侧的端面距离搅拌头的中心之间的距离为20-40mm之间；
通过调整气缸、增力杠杆、机架、压头之间的位置，控制压头的“压紧—抬起”全行程范围内，压紧和抬起力作用线始终位于摩擦圆外的同一侧，保证气缸缩回时压头对增力杠杆产生的拉力F2作用线与轨迹中心圆的外缘之间的距离始终大于摩擦圆半径ρ，以保证压头的运动确定性和正常运行；
摩擦圆半径计算公式为：ρ＝fv×r，ρ表示摩擦圆半径，fv表示等效摩擦系数，r表示轨迹中心圆的半径。
本发明技术方案的有益效果在于：新型轨迹运动琴键压紧与增力机构相结合，即可以使新的压紧机构压头压紧分力始终向内挤胎，产生压紧增力，又可以简化装备装配难度，提高装配精度，满足搅拌摩擦焊工艺参数对工装性能的各项要求。有效解决“扒胎”难题，满足搅拌摩擦焊工艺参数对工装性能的各项要求，提高工装控制精度，提高焊缝质量和生产效率，降低工人劳动强度。
另外，本发明取消了琴键大梁内部装配环节，所有装配都位于琴键大梁外面，大大增加了装配的工艺性和可操作性，提高了装配精度和控制精度，减小了工人劳动强度，提高了劳动生产率。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：气缸1、增力杠杆2、机架3、轨迹导向块4、压头5、搅拌头6、焊接板料7、型胎8、轨迹中心圆9、摩擦圆10、压头运动轨迹11。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进详细说明。
如图1所示，本发明一种新型轨迹运动琴键压紧机构，用于运载火箭铝合金贮箱箱底瓜瓣纵缝搅拌摩擦焊接过程中铝合金板料的定位、压紧与固定，包括气缸1、增力杠杆2、机架3、轨迹导向块4、压头5、搅拌头6、焊接板料7和型胎8；
机架3是三个活动件气缸1、增力杠杆2、压头5的基础，用于固定上述三个活动件上；
型胎8用来定位和支撑运载火箭铝合金贮箱箱底瓜瓣；
压头5用来在焊接过程中产生施加在压紧点上的压力F1的一个机构；
F1方向垂直于轨迹中心圆的圆心O与压紧点A之间的连线向下，通过F1产生使焊接板料7向内挤压趋向于搅拌头6中心的并缝分力，满足搅拌摩擦焊并缝参数要求；
轨迹中心圆的圆心在满足以下条件的区域范围内任意选取：保证机架3不与型胎8发生碰撞，保证压头5抬起30°后压头5的最下端与型胎8产生不小于48mm的距离，压头5压下之后靠近搅拌头6中心一侧的端面距离搅拌头6的中心之间的距离为20-40mm之间；
增力杠杆2的一端与气缸1连接，另外一端与压头5连接，中间部分与机架3连接；
压头5与增力杠杆2采用分体结构，通过增力杠杆2起增力作用，通过压头5与轨迹导向块4组合，起控制施加在压紧点上的压力F1方向作用；
压头5上固定装配两个导向销，与压头5形成一个刚体；
轨迹导向块4是固定连接在机架3内侧，在轨迹导向块4上开设以轨迹中心圆的圆心为圆心的轨迹导向槽；
压头5的两个导向销位于轨迹导向块4的轨迹导向槽内，作为刚体的压头5上的各点沿着以轨迹中心圆的圆心为圆心的圆形轨迹运动。
通过调整气缸1、增力杠杆2、机架3、压头5之间的位置，控制压头5的“压紧—抬起”全行程范围内，压紧和抬起力作用线始终位于摩擦圆外的同一侧，保证气缸缩回时压头5对增力杠杆2产生的拉力F2作用线与轨迹中心圆的外缘之间的距离(在图中以D表示)始终大于摩擦圆半径ρ，以保证压头5的运动确定性和正常运行；
摩擦圆半径计算公式为：ρ＝fv×r，ρ表示摩擦圆半径，fv表示等效摩擦系数，r表示轨迹中心圆的半径。

Claims (5)

1.一种新型轨迹运动琴键压紧机构，用于运载火箭铝合金贮箱箱底瓜瓣纵缝搅拌摩擦焊接过程中铝合金板料的定位、压紧与固定，其特征在于：
包括气缸(1)、增力杠杆(2)、机架(3)、轨迹导向块(4)、压头(5)、搅拌头(6)、焊接板料(7)和型胎(8)；
机架(3)是三个活动件气缸(1)、增力杠杆(2)、压头(5)的基础，用于固定上述三个活动件上；
型胎(8)用来定位和支撑运载火箭铝合金贮箱箱底瓜瓣；
压头(5)用来在焊接过程中产生施加在压紧点上的压力F1的一个机构；
F1方向垂直于轨迹中心圆的圆心O与压紧点A之间的连线向下，通过F1产生使焊接板料(7)向内挤压趋向于搅拌头(6)中心的并缝分力，满足搅拌摩擦焊并缝参数要求；
增力杠杆(2)的一端与气缸(1)连接，另外一端与压头(5)连接，中间部分与机架(3)连接；
压头(5)与增力杠杆(2)采用分体结构，通过增力杠杆(2)起增力作用，通过压头(5)与轨迹导向块(4)组合，起控制施加在压紧点上的压力F1方向作用；
压头(5)上固定装配两个导向销，与压头(5)形成一个刚体；
轨迹导向块(4)固定连接在机架(3)内侧，在轨迹导向块(4)上开设以轨迹中心圆的圆心为圆心的轨迹导向槽；
压头(5)的两个导向销位于轨迹导向块(4)的轨迹导向槽内，作为刚体的压头(5)上的各点沿着以轨迹中心圆的圆心为圆心的圆形轨迹运动。
2.如权利要求1所述的一种新型轨迹运动琴键压紧机构，其特征在于：轨迹中心圆的圆心在满足以下条件的区域范围内任意选取：保证机架(3)不与型胎(8)发生碰撞，保证压头(5)抬起设定角度30°后压头(5)的最下端与型胎(8)产生不小于48mm的距离，压头(5)压下之后靠近搅拌头(6)中心一侧的端面距离搅拌头(6)的中心之间的距离为20-40mm之间。
3.如权利要求1所述的一种新型轨迹运动琴键压紧机构，其特征在于：通过调整气缸(1)、增力杠杆(2)、机架(3)、压头(5)之间的位置，控制压头(5)的“压紧—抬起”全行程范围内，压紧和抬起力作用线始终位于摩擦圆外的同一侧，保证气缸缩回时压头(5)对增力杠杆(2)产生的拉力F2作用线与轨迹中心圆的外缘之间的距离始终大于摩擦圆半径ρ，以保证压头(5)的运动确定性和正常运行。
4.如权利要求3所述的一种新型轨迹运动琴键压紧机构，其特征在于：摩擦圆半径计算公式为：ρ＝fv×r，ρ表示摩擦圆半径，fv表示等效摩擦系数，r表示轨迹中心圆的半径。
5.如权利要求1所述的一种新型轨迹运动琴键压紧机构，其特征在于：
轨迹中心圆的圆心在满足以下条件的区域范围内任意选取：保证机架(3)不与型胎(8)发生碰撞，保证压头(5)抬起30°后压头(5)的最下端与型胎(8)产生不小于48mm的距离，压头(5)压下之后靠近搅拌头(6)中心一侧的端面距离搅拌头(6)的中心之间的距离为20-40mm之间；
通过调整气缸(1)、增力杠杆(2)、机架(3)、压头(5)之间的位置，控制压头(5)的“压紧—抬起”全行程范围内，压紧和抬起力作用线始终位于摩擦圆外的同一侧，保证气缸缩回时压头(5)对增力杠杆(2)产生的拉力F2作用线与轨迹中心圆的外缘之间的距离始终大于摩擦圆半径ρ，以保证压头(5)的运动确定性和正常运行；
摩擦圆半径计算公式为：ρ＝fv×r，ρ表示摩擦圆半径，fv表示等效摩擦系数，r表示轨迹中心圆的半径。
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