CN107855745A - 一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统 - Google Patents

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CN107855745A CN201711000874.7A CN201711000874A CN107855745A CN 107855745 A CN107855745 A CN 107855745A CN 201711000874 A CN201711000874 A CN 201711000874A CN 107855745 A CN107855745 A CN 107855745A
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Abstract

一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，它是由上部固定框架(1)、调姿平台水平进给机构(2)、拉力调节装置水平进给机构(3)、调姿平台升降机构(4)、调姿平台(5)、高精度水平进给机构(6)、力传感器(7)、转接工装(8)、水平吊具(9)、待装配体(10)及拉力调节装置(11)组成；通过该机械系统，可以实现装配调姿机构的水平和垂直两个方向上的位置的灵活调整，同时调姿机构又可以实现六自由度位姿调整，进而满足航空发动机主单元体对中装配过程中的调姿任务，并通过力传感器可以实时测得装配过程力。该系统模块化程度高，使用灵活，高效便捷。

Description

一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统
【技术领域】
本发明提供一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，它涉及一种便于航空发动机总装过程中主单元体对中装配的新型机械系统，属于航空发动机自动化装配领域。
【技术背景】
近几年来，航空制造技术快速发展，航空发动机需求量逐年递增，自动化流水线装配已成为国际上航空发动机总装技术的发展趋势。由此，自动化生产线对航空发动机总装过程中的各个装配环节又提出了新的要求，例如核心机主单元体对中装配、低压涡轮主单元体装配等，它们的装配质量直接影响到航空发动机的产品质量和使用性能，装配效率直接影响到流水线的生产节拍。因此，面对全新的航空发动机自动化流水线装配方法，需要设计合适的机械系统来满足自动化装配的需求。本发明正是针对基于上部工装的航空发动机水平脉动式装配线，对其中的主单元体对中装配机械系统进行的设计。
【发明内容】
1、目的：本发明的目的在于设计一种新型悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，以便实现航空发动机主单元体对中装配工作。
2、技术方案：
本发明一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于，它是由上部固定框架(1)、调姿平台水平进给机构(2)、拉力调节装置水平进给机构(3)、调姿平台升降机构(4)、调姿平台(5)、高精度水平进给机构(6)、力传感器(7)、转接工装(8)、水平吊具(9)、待装配体(10)及拉力调节装置(11)组成；它们之间的关系是：所述调姿平台水平进给机构(2)与拉力调节装置水平进给机构(3)相互平行地固定在同一个上部固定框架(1)上；所述调姿平台升降机构(4)与上述调姿平台水平进给机构(2)相连接，共同构成X-Y二维运动机构，实现调姿平台在水平和垂直方向上的运动；所述调姿平台(5)安装在上述调姿平台升降机构(4)下方；所述高精度水平进给机构(6)安装在上述调姿平台(5)下方；所述力传感器(7)安装在上述高精度水平进给机构(6)下方，下端与所述转接工装(8)相连；上述转接工装(8)水平方向另一端与待装配体(10)连接；上述待装配体(10)通过吊点与上部所述水平吊具(9)连接，该水平吊具(9)通过绳索与上部所述拉力调节装置(11)实现柔性连接，所述拉力调节装置(11)则安装在上述拉力调节装置水平进给机构(3)的动平台上，进而将待装配体(10)的大部分自重传递到上部固定框架上，以此保证力传感器上得到的力信息仅仅为装配力，从而实现精确的装配力控制。
所述上部固定框架(1)的形状构造是：为钢结构框架，各钢件之间连接方式为焊接；
所述调姿平台水平进给机构(2)是由滚珠螺杆/螺母(12)、螺母固定座(13)、直线导轨(14)、滑块(15)、升降装置动平台(16)、支撑座(17)、联轴器(18)、减速器(19)和伺服电机(20)组成；它们之间的关系是：直线导轨(14)通过螺纹连接固定在上部固定框架(1)两侧；滑块(15)安装在直线导轨(14)上，上部与升降装置动平台(16)连接；滚珠螺杆/螺母(12)安装在两个支撑座(17)上，其一端通过联轴器(18)与减速器(19)相连；减速器(19)另一端与伺服电机(20)连接；升降装置动平台(16)下部与螺母固定座(13)连接；滚珠丝杠/螺母(12)的螺母固定在螺母固定座(13)中。
其中，该滚珠丝杠/螺母(12)的型号为SFUR03210DFC7360P1，丝杠导程10mm，刚性79kgf/μm，动额定负荷3390kgf,静额定负荷7170kgf；
该螺母固定座(13)上有螺母安装孔，上部加工有螺纹孔；
该直线导轨(14)采用四列式单圆弧牙型接触，可选用现有产品，其型号为HGW55HA4R5000ZOP；
该滑块(15)的型号是HGW55HAZOP；
该升降机构动平台(16)的形状结构是：H型结构，材料为45钢，四个角有螺纹接口，还有与所述调姿平台升降机构(4)中直线光轴(30)形成滑动副的光孔和螺母安装孔；
该滚珠螺杆支撑座(17)的形状结构是：中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，型号为BK25/BF25；
该联轴器(18)的形状结构是：两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，型号为SRJ-55C-18×18；
该减速器(19)的形状构造是：选用现有产品，其型号为APEX AB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m；
该伺服电机(20)的形状构造是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W；
所述拉力调节装置水平进给机构(3)是由滚珠螺杆/螺母(21)、螺母固定座(22)、直线导轨(14)、滑块(23)、吊具动平台(24)、支撑座(25)、联轴器(26)、减速器(27)和伺服电机(28)组成。它们之间的关系是：直线导轨(14)通过螺纹连接固定在上部固定框架(1)两侧；滑块(23)安装在直线导轨(14)上，上部与吊具动平台(24)连接；滚珠螺杆/螺母(21)安装在两个支撑座(25)上，其一端通过联轴器(26)与减速器(27)相连；减速器(27)另一端与伺服电机(28)连接；吊具动平台(24)下部与螺母固定座(22)连接；滚珠丝杠/螺母(21)的螺母固定在螺母固定座(22)中。需要注意的是，直线导轨与所述调姿平台水平进给机构(2)使用同一组导轨。
其中，该滚珠丝杠/螺母(21)的型号为SFUR03210DFC7360P1，丝杠导程10mm，刚性79kgf/μm，动额定负荷3390kgf,静额定负荷7170kgf，与滚珠丝杠/螺母(12)相同；
该螺母固定座(22)上有螺母安装孔，上部加工有螺纹孔；该直线导轨(14)型号是HGW55HA4R5000ZOP，采用四列式单圆弧牙型接触；
该滑块(23)的型号是HGW55HAZOP，与滑块(15)的型号相同；
该吊具动平台(24)的形状结构是：板状结构，材料为45钢，两侧有螺纹接口；
该支撑座(25)的形状结构是：中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，型号为BK25/BF25，选用的型号与滚珠螺杆支撑座(17)相同；
该联轴器(26)的形状结构是：两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，型号为SRJ-55C-18×18，选用的型号与联轴器(18)相同；
该减速器(27)的形状构造是：选用型号为APEX AB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m，与减速器(19)相同；
该伺服电机(28)的形状构造是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W，与伺服电机(20)相同；
所述调姿平台升降机构(4)由梯形丝杠\螺母(29)、直线光轴(30)、丝杠\光轴支架(31)、减速器(32)、伺服电机(33)、上部支架固定板(34)、底部连接板(35)等组成；它们之间的相互关系是：所述梯形丝杠\螺母(29)和直线光轴(30)平行安装在丝杠\光轴支架(31)上；所述梯形丝杠(29)一端与所述减速器(32)连接，该减速器(32)一端与伺服电机(33)相连；梯形丝杠\螺母(29)中的螺母又固定在升降机构动平台(16)的固定孔中，所述直线光轴(30)穿过所述升降机构动平台(16)中的光孔；所述四个丝杠\光轴支架(31)顶部用所述上部支架固定板(34)进行固定，底部则由所述底部连接板(35)进行固定，目的是为了增强装置刚度。该丝杠螺母升降进给机构的作用是满足调姿平台在工作时和非工作时的不同高度调节，提高装配场地的空间利用率；
其中，该梯形丝杠\螺母(29)的形状构造是：牙型为梯形螺纹，依靠螺母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，滑动摩擦从而完成直线运动；
该直线光轴(30)的形状构造是：光轴直径为30mm，型号为SF(C)30；
该丝杠\光轴支架(31)的形状构造是：为半开放式盒状结构，顶部和底部有丝杠和光轴的轴承安装孔，材料选用45钢；
该减速器(32)的形状构造是：选用型号为APEX AB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m，与减速器(19)相同；
该伺服电机(33)的形状构造是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W，其选用的产品型号与伺服电机(28)相同；
该上部支架固定板(34)的形状构造是：板状结构，四周有丝杠\光轴支架的安装孔；该底部连接板(35)的形状构造是：中空式板状结构，四周有有丝杠\光轴支架的安装孔和减速器安装孔，中间有六自由度调姿平台的安装孔。
所述调姿平台(5)是一个6-UPS并联机构，由动平台(36)、球铰(37)、伺服电动缸(38)、虎克铰(39)、虎克铰轴承座(40)组成；它们之间的相互关系是：所述虎克铰轴承座(40)安装在所述底部连接板(35)上，所述伺服电动缸(38)一端与所述虎克铰(39)相连，另一端与球铰(37)连接；所述虎克铰(39)安装在虎克铰轴承座(40)上，所述球铰(37)又与所述动平台(36)连接。该六自由度运动平台(5)，通过六个所述伺服电动缸(38)的协同伸缩运动，实现所述动平台(36)的六个自由度运动，从而实现调姿的目的。
其中，该动平台(36)的形状构造是：采用圆环状结构形式，外环直径为740mm，内环直径为500mm，厚度为30mm，材料选用45钢，利用气焊切割将钢板切割成环形结构，然后将上下表面铣平，并加工有所述球铰座与所述高精度水平进给机构的安装孔；
该球铰(37)的形状构造是：由球铰下座、球铰上盖以及球头构成，球窝约束了球头的三个平动自由度，球头可以在球窝内实现空间三维转动，球铰材料采用40Cr,球头直径为60mm，安装在所述伺服电动缸(38)的伸缩杆内，球窝和球头之间的间隙为0.01mm，球铰下座的上表面做成倾斜的，倾斜角为40°；
该伺服电动缸(38)的形状构造是：选用Lim-tec公司的IMB20型伺服电动缸，行程500mm；
该虎克铰(39)的形状构造是：由轴承座和两个旋转轴组成，可以实现绕两个相互垂直的轴线转动，轴的轴线到轴承座底面的距离为50mm，轴承座宽120mm；该虎克铰轴承座(40)的形状构造是：呈梯形块状结构，一侧面有两个轴承孔，用来固定虎克铰(39)的一个旋转轴，两侧加工有连接安装孔。
所述高精度水平进给机构(6)由底座(41)、动平台(42)、螺母固定座(43)、直线导轨(44)、滑块(45)、滚珠螺杆/螺母(46)、螺杆支撑座(47)、挠性联轴器(48)、减速器(49)、减速器安装座(50)、伺服电机(51)等组成；它们之间的相互关系是：所述直线导轨(43)通过螺纹连接固定在所述底座(41)两侧；所述滚珠螺杆/螺母(46)通过所述两个螺杆支撑座(47)固定在基座上，其一端通过所述挠性联轴器(48)与所述减速器(49)相连，所述减速器(49)另一端与所述伺服电机(51)连接；所述动平台(42)与所述螺母固定座(43)与所述滚珠螺杆/螺母(46)中的螺母连接，该螺母与滚珠螺杆之间形成丝杠副，所述动平台(42)四角均固定有所述滑块(45)，该滑块(45)与所述线性导轨(43)之间形成滑动副；所述底座(41)与所述六自由度运动平台的动平台(36)连接；该装置实现轴孔装配阶段的高精度直线进给工作。
其中，该底座(41)的形状构造是：长方形框架结构，材料为45钢，四个角处有连接孔，中部分布有直线导轨、螺杆安装座和减速机安装座的螺纹安装孔；
该动平台(42)的形状构造是：长方形板状结构，材料为45钢，四个角处有滑块安装孔，中部有所述力传感器(7)的安装孔；
该螺母固定座(43)的形状构造是：L型结构，材料为45钢，顶部有连接孔，侧壁有螺母安装孔和螺纹固定孔；
该直线导轨(44)的形状构造是：采用四列式单圆弧牙型接触，线性导轨型号为HGH30CA2R660ZOP；
该滑块(45)的型号是：HGH30CAZOP；
该滚珠螺杆\螺母(46)的形状构造是：丝杠导程10mm，刚性79kgf/μm，动额定负荷3390kgf,静额定负荷7170kgf,型号为SFUR03210DFC7360P1；
该螺杆支撑座(47)的形状构造是：中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，其选用现有产品的型号与滚珠螺杆支撑座(17)和支撑座(25)相同，即BK25/BF25；
该挠性联轴器(48)的形状构造是：两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，其选用现有产品的型号与联轴器(18)、(26)相同，即型号SRJ-55C-18×18；
该减速器(49)的形状构造是：选用型号为APEX AB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m，与减速器(19)相同；
该减速器安装座(50)的形状构造是：L型支座，侧面有减速器安装孔和转轴通孔，下部有安装固定孔；
该伺服电机(51)的特征是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W，其选用的产品型号与伺服电机(28)相同；
所述力传感器(7)用于实时测量装配过程中的装配力，它连接在所述高精度对中水平进给装置和所述转接架之间；该力传感器(7)选用美国ATI Omega331型六轴力/力矩传感器，采用高强度不锈钢线切割加工，应变片采用硅应变片。
所述转接工装(8)的形状构造是：钢架结构，采用焊接形式，有两个安装面，一个用于固定力传感器(7)，另一个用于连接待装配体(10)；
所述水平吊具(9)，由驱动电机(52)、滚珠丝杠(53)、吊秤(54)、吊具梁体(55)等组成；在驱动电机(52)的驱动下，滚珠丝杠(53)旋转带动吊秤(54)在吊具梁体(55)上滑动，进而实现吊点位置的改变，找到合适的吊点。它们之间的相互连接关系是：滚珠丝杠(53)固定在吊具梁体(55)上，一端与驱动电机(52)连接；吊秤(54)上部有挂环，通过内部螺纹与滚珠丝杠(53)形成丝杠副，通过下部内表面与吊具梁体(55)形成滑动。
其中，该驱动电机(52)选用现有产品，其型号与伺服电机(28)相同，即选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W；
该滚珠丝杠(53)导程为5mm，长度为1m；
该吊秤(54)的形状构造是：内部有螺纹通孔；
该吊具梁体(55)为钢架结构，各部分通过焊接连接在一起。
所述待装配体(10)一般为回转体零部件；
所述拉力调节装置(11)通过钢质绳索与吊秤上部挂环连接，其特征是可以根据下部的所挂待装配体的重量提供恒定的拉力。
所述上部固定框架(1)的作用是承力，为下部结构提供支撑；所述调姿平台水平机构(2)及拉力调节装置水平进给机构(3)的功能要求是：可实现较高精度的直线进给，以伺服电机作驱动；所述调姿平台升降机构(4)的功能要求是：可实现较高精度的直线进给，以伺服电机作驱动，并要求该机构的承力性能以及运动稳定性较好；所述调姿平台(5)的功能要求是:可实现六个自由度的姿态调整运动；所述高精度水平进给机构(6)的功能要求是：可实现高精度大载荷的直线进给运动，以伺服电机作驱动；所述力传感器(7)的功能要求是：可检测六自由度的力及力矩信息；所述转接工装(8)的功能要求是：可实现待装配体(10)的安装固定，结构稳定性要好；所述水平吊具(9)的功能要求是：可实现待装配体(10)的吊装任务，要求吊点可以移动调节；所述拉力调节装置(11)的功能要求是：可以提供可调的稳定拉力输出，实现对待装配体(10)重力的平衡。
通过上述机械系统，可以实现装配调姿机构的水平和垂直两个方向上的位置的灵活调整，同时调姿机构又可以实现六自由度的位姿调整，从而可以满足航空发动机主单元体对中装配过程中的调姿任务，并通过力传感器可以实时测得装配过程力。系统模块化程度高，灵活性强，并且需要注意的是，上述各模块化的机械装置形式是不唯一的，只要能满足相应的功能要求即可。
3、优点及功效：
利用本专利设计的机械系统，可以更好地实现航空发动机总装过程中的主单元体自动化轴孔对中装配，提高装配效率和质量。
本发明其它的特点和优势将在下面的具体实施例中清楚的说明。本发明不只限于下面介绍的具体实例，也可以对系统的各部分进行修改改进，以便使系统的性能更优。
【附图说明】一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统
图1是本发明所述的对中装配机械系统模型图。
图2是图1中机械装置的爆炸示意图。
图3是水平进给机构以及升降机构的机械结构爆炸示意图。
图4是六自由度运动平台模型图。
图5是高精度对中水平进给装置模型图。
图6是图5中机械装置的爆炸示意图。
图7是吊具的装置模型图。
图中符号说明如下：
1上部固定框架；2调姿平台水平进给机构；3拉力调节装置水平进给机构；4调姿平台升降机构；5调姿平台；6高精度水平进给机构；7力传感器；8转接工装；9水平吊具；10待装配体；11拉力调节装置；12滚珠螺杆/螺母；13螺母固定座；14直线导轨；15滑块；16升降装置动平台；17支撑座；18联轴器；19减速器；20伺服电机；21滚珠螺杆/螺母；22螺母固定座；23滑块；24吊具动平台；25支撑座；26联轴器；27减速器；28伺服电机；29梯形丝杠/螺母；30直线光轴；31丝杠/光轴支架；32减速器；33伺服电机；34上部支架固定板；35底部连接板；36动平台；37球铰；38伺服电动缸；39虎克铰；40虎克铰轴承座；41底座；42动平台；43螺母固定座；44滑块；45滚珠螺杆/螺母；46螺杆支撑座；47挠性联轴器；48减速器；49减速器安装座；50伺服电机；51驱动电机；52滚珠丝杠；53吊秤；54吊具梁体。
【具体实施方式】面举例介绍一种机械系统实施形式并结合附图对本发明作详细介绍。
本实施例中，以航空发动机总装过程中单元体装配环节中的核心机单元体装配为例。结合图1-7所示，介绍一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，本发明介绍一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于，它是由上部固定框架(1)、调姿平台水平进给机构(2)、拉力调节装置水平进给机构(3)、调姿平台升降机构(4)、调姿平台(5)、高精度水平进给机构(6)、力传感器(7)、转接工装(8)、水平吊具(9)、待装配体(10)及拉力调节装置(11)组成。它们之间的关系是：所述调姿平台水平进给机构(2)与拉力调节装置水平进给机构(3)相互平行地固定在同一个上部固定框架(1)上；所述调姿平台升降机构(4)与上述调姿平台水平进给机构(2)相连接，共同构成X-Y二维运动机构，实现调姿平台在水平和垂直方向上的运动；所述调姿平台(5)安装在上述调姿平台升降机构(4)下方；所述高精度水平进给机构(6)安装在上述调姿平台(5)下方；所述力传感器(7)安装在上述高精度水平进给机构(6)下方，下端与所述转接工装(8)相连；上述转接工装(8)水平方向另一端与待装配体(10)连接；上述待装配体(10)通过吊点与上部所述水平吊具(9)连接，该水平吊具(9)通过绳索与上部所述拉力调节装置(11)实现柔性连接，所述拉力调节装置(11)则安装在上述拉力调节装置水平进给机构(3)的动平台上，进而将待装配体(10)的大部分自重传递到上部固定框架上，以此保证力传感器上得到的力信息仅仅为装配力，从而实现精确的装配力控制。
所述上部固定框架(1)的形状构造是：为钢结构框架，各钢件之间连接方式为焊接；
所述调姿平台水平进给机构(2)是由滚珠螺杆/螺母(12)、螺母固定座(13)、直线导轨(14)、滑块(15)、升降装置动平台(16)、支撑座(17)、联轴器(18)、减速器(19)和伺服电机(20)组成。它们之间的关系是：直线导轨(14)通过螺纹连接固定在上部固定框架(1)两侧；滑块(15)安装在直线导轨(14)上，上部与升降装置动平台(16)连接；滚珠螺杆/螺母(12)安装在两个支撑座(17)上，其一端通过联轴器(18)与减速器(19)相连；减速器(19)另一端与伺服电机(20)连接；升降装置动平台(16)下部与螺母固定座(13)连接；滚珠丝杠/螺母(12)的螺母固定在螺母固定座(13)中。其中，该滚珠丝杠/螺母(12)的型号为SFUR03210DFC7360P1，丝杠导程10mm，刚性79kgf/μm，动额定负荷3390kgf,静额定负荷7170kgf；该螺母固定座(13)上有螺母安装孔，上部加工有螺纹孔；该直线导轨(14)型号是HGW55HA4R5000ZOP，采用四列式单圆弧牙型接触；该滑块(15)的型号是HGW55HAZOP；该升降机构动平台(16)的形状结构是：H型结构，材料为45钢，四个角有螺纹接口，还有与所述调姿平台升降机构(4)中直线光轴(30)形成滑动副的光孔和螺母安装孔；该滚珠螺杆支撑座(17)的形状结构是：中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，型号为BK25/BF25；该联轴器(18)的形状结构是：两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，型号为SRJ-55C-18×18；该减速器(19)的形状构造是：选用APEX AB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m；该伺服电机(20)的形状构造是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W；
所述拉力调节装置水平进给机构(3)是由滚珠螺杆/螺母(21)、螺母固定座(22)、直线导轨(14)、滑块(23)、吊具动平台(24)、支撑座(25)、联轴器(26)、减速器(27)和伺服电机(28)组成。它们之间的关系是：直线导轨(14)通过螺纹连接固定在上部固定框架(1)两侧；滑块(23)安装在直线导轨(14)上，上部与吊具动平台(24)连接；滚珠螺杆/螺母(21)安装在两个支撑座(25)上，其一端通过联轴器(26)与减速器(27)相连；减速器(27)另一端与伺服电机(28)连接；吊具动平台(24)下部与螺母固定座(22)连接；滚珠丝杠/螺母(21)的螺母固定在螺母固定座(22)中。需要注意的是，直线导轨与所述调姿平台水平进给机构(2)使用同一组导轨。其中，该滚珠丝杠/螺母(21)的型号为SFUR03210DFC7360P1，丝杠导程10mm，刚性79kgf/μm，动额定负荷3390kgf,静额定负荷7170kgf；该螺母固定座(22)上有螺母安装孔，上部加工有螺纹孔；该直线导轨(14)型号是HGW55HA4R5000ZOP，采用四列式单圆弧牙型接触；该滑块(23)的型号是HGW55HAZOP；该吊具动平台(24)的形状结构是：板状结构，材料为45钢，两侧有螺纹接口；该支撑座(25)的形状结构是：中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，型号为BK25/BF25；该联轴器(26)的形状结构是：两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，型号为SRJ-55C-18×18；该减速器(27)的形状构造是：选用APEX AB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m；该伺服电机(28)的形状构造是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W；
所述调姿平台升降机构(4)由梯形丝杠\螺母(29)、直线光轴(30)、丝杠\光轴支架(31)、减速器(32)、伺服电机(33)、上部支架固定板(34)、底部连接板(35)等组成。它们之间的相互关系是：所述梯形丝杠\螺母(29)和直线光轴(30)平行安装在丝杠\光轴支架(31)上；所述梯形丝杠(29)一端与所述减速器(32)连接，该减速器(32)一端与伺服电机(33)相连；梯形丝杠\螺母(29)中的螺母又固定在升降机构动平台(16)的固定孔中，所述直线光轴(30)穿过所述升降机构动平台(16)中的光孔；所述四个丝杠\光轴支架(31)顶部用所述上部支架固定板(34)进行固定，底部则由所述底部连接板(35)进行固定，目的是为了增强装置刚度。该丝杠螺母升降进给机构的作用是满足调姿平台在工作时和非工作时的不同高度调节，提高装配场地的空间利用率。其中，该梯形丝杠\螺母(29)的形状构造是：牙型为梯形螺纹，依靠螺母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，滑动摩擦从而完成直线运动；该直线光轴(30)的形状构造是：光轴直径为30mm，型号为SF(C)30；该丝杠\光轴支架(31)的形状构造是：为半开放式盒状结构，顶部和底部有丝杠和光轴的轴承安装孔，材料选用45钢；该减速器(32)的形状构造是：选用APEXAB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m；该伺服电机(33)的形状构造是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W；该上部支架固定板(34)的形状构造是：板状结构，四周有丝杠\光轴支架的安装孔；该底部连接板(35)的形状构造是：中空式板状结构，四周有有丝杠\光轴支架的安装孔和减速器安装孔，中间有六自由度调姿平台的安装孔。
所述调姿平台(5)是一个6-UPS并联机构，由动平台(36)、球铰(37)、伺服电动缸(38)、虎克铰(39)、虎克铰轴承座(40)组成。它们之间的相互关系是：所述虎克铰轴承座(40)安装在所述底部连接板(35)上，所述伺服电动缸(38)一端与所述虎克铰(39)相连，另一端与球铰(37)连接；所述虎克铰(39)安装在虎克铰轴承座(40)上，所述球铰(37)又与所述动平台(36)连接。该六自由度运动平台(5)，通过六个所述伺服电动缸(38)的协同伸缩运动，实现所述动平台(36)的六个自由度运动，从而实现调姿的目的。其中，该动平台(36)的形状构造是：采用圆环状结构形式，外环直径为740mm，内环直径为500mm，厚度为30mm，材料选用45钢，利用气焊切割将钢板切割成环形结构，然后将上下表面铣平，并加工有所述球铰座与所述高精度水平进给机构的安装孔；该球铰(37)的形状构造是：由球铰下座、球铰上盖以及球头构成，球窝约束了球头的三个平动自由度，球头可以在球窝内实现空间三维转动，球铰材料采用40Cr,球头直径为60mm，安装在所述伺服电动缸(38)的伸缩杆内，球窝和球头之间的间隙为0.01mm，球铰下座的上表面做成倾斜的，倾斜角为40°；该伺服电动缸(38)的形状构造是：选用Lim-tec公司的IMB20型伺服电动缸，行程500mm；该虎克铰(39)的形状构造是：由轴承座和两个旋转轴组成，可以实现绕两个相互垂直的轴线转动，轴的轴线到轴承座底面的距离为50mm，轴承座宽120mm；该虎克铰轴承座(40)的形状构造是：呈梯形块状结构，一侧面有两个轴承孔，用来固定虎克铰(39)的一个旋转轴，两侧加工有连接安装孔。
所述高精度水平进给机构(6)由底座(41)、动平台(42)、螺母固定座(43)、直线导轨(44)、滑块(45)、滚珠螺杆/螺母(46)、螺杆支撑座(47)、挠性联轴器(48)、减速器(49)、减速器安装座(50)、伺服电机(51)等组成。它们之间的相互关系是：所述直线导轨(43)通过螺纹连接固定在所述底座(41)两侧；所述滚珠螺杆/螺母(46)通过所述两个螺杆支撑座(47)固定在基座上，其一端通过所述挠性联轴器(48)与所述减速器(49)相连，所述减速器(49)另一端与所述伺服电机(51)连接；所述动平台(42)与所述螺母固定座(43)与所述滚珠螺杆/螺母(46)中的螺母连接，该螺母与滚珠螺杆之间形成丝杠副，所述动平台(42)四角均固定有所述滑块(45)，该滑块(45)与所述线性导轨(43)之间形成滑动副；所述底座(41)与所述六自由度运动平台的动平台(36)连接。该装置实现轴孔装配阶段的高精度直线进给工作。其中，该底座(41)的形状构造是：长方形框架结构，材料为45钢，四个角处有连接孔，中部分布有直线导轨、螺杆安装座和减速机安装座的螺纹安装孔；该动平台(42)的形状构造是：长方形板状结构，材料为45钢，四个角处有滑块安装孔，中部有所述力传感器(7)的安装孔；该螺母固定座(43)的形状构造是：L型结构，材料为45钢，顶部有连接孔，侧壁有螺母安装孔和螺纹固定孔；该直线导轨(44)的形状构造是：采用四列式单圆弧牙型接触，线性导轨型号为HGH30CA2R660ZOP；该滑块(45)的型号是：HGH30CAZOP；该滚珠螺杆\螺母(46)的形状构造是：丝杠导程10mm，刚性79kgf/μm，动额定负荷3390kgf,静额定负荷7170kgf,型号为SFUR03210DFC7360P1；该螺杆支撑座(47)的形状构造是：中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，型号为BK25/BF25；该挠性联轴器(48)的形状构造是：两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，型号为SRJ-55C-18×18；该减速器(49)的形状构造是：选用APEX AB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m；该减速器安装座(50)的形状构造是：L型支座，侧面有减速器安装孔和转轴通孔，下部有安装固定孔；该伺服电机(51)的特征是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W。
所述力传感器(7)用于实时测量装配过程中的装配力，它连接在所述高精度对中水平进给装置和所述转接架之间；该力传感器(7)选用美国ATI Omega331型六轴力/力矩传感器，采用高强度不锈钢线切割加工，应变片采用硅应变片。
所述转接工装(8)的形状构造是：钢架结构，采用焊接形式，有两个安装面，一个用于固定力传感器(7)，另一个用于连接待装配体(10)；
所述水平吊具(9)，由驱动电机(52)、滚珠丝杠(53)、吊秤(54)、吊具梁体(55)等组成。在驱动电机(52)的驱动下，滚珠丝杠(53)旋转带动吊秤(54)在吊具梁体(55)上滑动，进而实现吊点位置的改变，找到合适的吊点。它们之间的相互连接关系是：滚珠丝杠(53)固定在吊具梁体(55)上，一端与驱动电机(52)连接；吊秤(54)上部有挂环，通过内部螺纹与滚珠丝杠(53)形成丝杠副，通过下部内表面与吊具梁体(55)形成滑动。其中，该驱动电机(52)的特征是：选用安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W；该滚珠丝杠(53)导程为5mm，长度为1m；该吊秤(54)的形状构造是：内部有螺纹通孔；该吊具梁体(55)为钢架结构，各部分通过焊接连接在一起。
所述待装配体(10)一般为回转体零部件；
所述拉力调节装置(11)通过钢质绳索与吊秤上部挂环连接，其特征是可以根据下部的所挂待装配体的重量提供恒定的拉力。
装配开始前，首先将待装配体(10)安装在水平吊具(9)上，并且一端与转接工装(8)连接固定。然后通过手动调节调姿平台水平进给机构(2)以及调姿平台升降机构(4)进行水平和垂直两个方向的直线运动，使待装配体(10)到达装配初始位置。
然后，通过控制调姿平台(5)中的六个伺服电动缸(38)协同动作，使该运动平台实现六个自由度方向上的调姿运动，进而完成待装配体(10)的姿态调整任务。通过控制伺服电机(51)动作，实现高精度水平进给机构(6)中动平台(42)的高精度进给，进而实现待装配体(10)对中装配时的插孔动作，可降低多轴联动的控制难度和精度，同时弥补六自由度调姿平台直线运动直线度不高的缺点。因其安装在调姿平台(5)的动平台(36)上，故其直线运动方向可通过调姿实现与固定单元体孔轴线方向的高度一致。
力传感器(7)用于实时测量装配过程中的装配力。
水平吊具(9)用于平衡自动装配过程中待装配体(10)的重力，减轻调姿平台(5)的负载，有利于实现更高的调节精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于：它是由上部固定框架(1)、调姿平台水平进给机构(2)、拉力调节装置水平进给机构(3)、调姿平台升降机构(4)、调姿平台(5)、高精度水平进给机构(6)、力传感器(7)、转接工装(8)、水平吊具(9)、待装配体(10)及拉力调节装置(11)组成；它们之间的关系是：所述调姿平台水平进给机构(2)与拉力调节装置水平进给机构(3)相互平行地固定在同一个上部固定框架(1)上；所述调姿平台升降机构(4)与上述调姿平台水平进给机构(2)相连接，共同构成X-Y二维运动机构，实现调姿平台在水平和垂直方向上的运动；所述调姿平台(5)安装在上述调姿平台升降机构(4)下方；所述高精度水平进给机构(6)安装在上述调姿平台(5)下方；所述力传感器(7)安装在上述高精度水平进给机构(6)下方，下端与所述转接工装(8)相连；上述转接工装(8)水平方向另一端与待装配体(10)连接；上述待装配体(10)通过吊点与上部所述水平吊具(9)连接，该水平吊具(9)通过绳索与所述拉力调节装置(11)实现柔性连接，所述拉力调节装置(11)则安装在拉力调节装置水平进给机构(3)的动平台上，进而将待装配体(10)的大部分自重传递到上部固定框架(1)上，以此保证力传感器(7)上得到的力信息仅仅为装配力，从而实现精确的装配力控制；
所述上部固定框架(1)的形状构造是：它为钢结构框架，各钢件之间连接方式为焊接；
所述调姿平台水平进给机构(2)是由滚珠螺杆/螺母(12)、螺母固定座(13)、直线导轨(14)、滑块(15)、升降装置动平台(16)、支撑座(17)、联轴器(18)、减速器(19)和伺服电机(20)组成；它们之间的关系是：直线导轨(14)通过螺纹连接固定在上部固定框架(1)两侧；滑块(15)安装在直线导轨(14)上，上部与升降装置动平台(16)连接；滚珠螺杆/螺母(12)安装在两个支撑座(17)上，其一端通过联轴器(18)与减速器(19)相连；减速器(19)另一端与伺服电机(20)连接；升降装置动平台(16)下部与螺母固定座(13)连接；滚珠丝杠/螺母(12)的螺母固定在螺母固定座(13)中；
其中，该滚珠丝杠/螺母(12)选用现有产品；
该螺母固定座(13)上有螺母安装孔，上部加工有螺纹孔；
该直线导轨(14)采用四列式单圆弧牙型接触，选用现有产品；
该滑块(15)的型号是HGW55HAZOP；
该升降机构动平台(16)为H型结构，材料为45钢，四个角有螺纹接口，还有与所述调姿平台升降机构(4)中直线光轴(30)形成滑动副的光孔和螺母安装孔；
该滚珠螺杆支撑座(17)的中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，选用现有产品；
该联轴器(18)的两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，选用现有产品；
该减速器(19)选用现有产品；
该伺服电机(20)选用现有产品；
所述拉力调节装置水平进给机构(3)是由滚珠螺杆/螺母(21)、螺母固定座(22)、直线导轨(14)、滑块(23)、吊具动平台(24)、支撑座(25)、联轴器(26)、减速器(27)和伺服电机(28)组成；它们之间的关系是：直线导轨(14)通过螺纹连接固定在上部固定框架(1)两侧；滑块(23)安装在直线导轨(14)上，上部与吊具动平台(24)连接；滚珠螺杆/螺母(21)安装在两个支撑座(25)上，其一端通过联轴器(26)与减速器(27)相连；减速器(27)另一端与伺服电机(28)连接；吊具动平台(24)下部与螺母固定座(22)连接；滚珠丝杠/螺母(21)的螺母固定在螺母固定座(22)中，需要注意的是，直线导轨与所述调姿平台水平进给机构(2)使用同一组导轨；
其中，该滚珠丝杠/螺母(21)，与滚珠丝杠/螺母(12)相同；
该螺母固定座(22)上有螺母安装孔，上部加工有螺纹孔；
该滑块(23)与滑块(15)相同；
该吊具动平台(24)为板状结构，材料为45钢，两侧有螺纹接口；
该支撑座(25)的中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，选用现有产品的型号与滚珠螺杆支撑座(17)相同；
该联轴器(26)的两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，选用现有产品的型号与联轴器(18)相同；
该减速器(27)与减速器(19)相同；
该伺服电机(28)选用现有产品的型号与伺服电机(20)相同；
所述调姿平台升降机构(4)由梯形丝杠\螺母(29)、直线光轴(30)、丝杠\光轴支架(31)、减速器(32)、伺服电机(33)、上部支架固定板(34)、底部连接板(35)等组成；它们之间的相互关系是：所述梯形丝杠\螺母(29)和直线光轴(30)平行安装在丝杠\光轴支架(31)上；所述梯形丝杠(29)一端与所述减速器(32)连接，该减速器(32)一端与伺服电机(33)相连；梯形丝杠\螺母(29)中的螺母又固定在升降机构动平台(16)的固定孔中，所述直线光轴(30)穿过所述升降机构动平台(16)中的光孔；所述四个丝杠\光轴支架(31)顶部用所述上部支架固定板(34)进行固定，底部则由所述底部连接板(35)进行固定，目的是为了增强装置刚度，该丝杠螺母升降进给机构的作用是满足调姿平台在工作时和非工作时的不同高度调节，提高装配场地的空间利用率；
其中，该梯形丝杠\螺母(29)为牙型为梯形螺纹，依靠螺母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，滑动摩擦从而完成直线运动；
该直线光轴(30)选用现有产品；
该丝杠\光轴支架(31)为半开放式盒状结构，顶部和底部有丝杠和光轴的轴承安装孔，材料选用45钢；
该减速器(32)与减速器(19)相同；
该伺服电机(33)选用的产品型号与伺服电机(28)相同；
该上部支架固定板(34)为板状结构，四周有丝杠\光轴支架的安装孔；
该底部连接板(35)为中空式板状结构，四周有有丝杠\光轴支架的安装孔和减速器安装孔，中间有六自由度调姿平台的安装孔；
所述调姿平台(5)是一个6-UPS并联机构，由动平台(36)、球铰(37)、伺服电动缸(38)、虎克铰(39)、虎克铰轴承座(40)组成；它们之间的相互关系是：所述虎克铰轴承座(40)安装在所述底部连接板(35)上，所述伺服电动缸(38)一端与所述虎克铰(39)相连，另一端与球铰(37)连接；所述虎克铰(39)安装在虎克铰轴承座(40)上，所述球铰(37)又与所述动平台(36)连接；该六自由度运动平台(5)，通过六个所述伺服电动缸(38)的协同伸缩运动，实现所述动平台(36)的六个自由度运动，从而实现调姿的目的；
其中，该动平台(36)采用圆环状结构形式，利用气焊切割将钢板切割成环形结构，然后将上下表面铣平，并加工有所述球铰座与所述高精度水平进给机构的安装孔；
该球铰(37)是由球铰下座、球铰上盖以及球头构成，球窝约束了球头的三个平动自由度，球头能在球窝内实现空间三维转动，球铰安装在所述伺服电动缸(38)的伸缩杆内，球窝和球头之间的间隙为0.01mm，球铰下座的上表面做成倾斜的，倾斜角为40°；
该伺服电动缸(38)选用IMB20型伺服电动缸，行程500mm；
该虎克铰(39)是由轴承座和两个旋转轴组成，能实现绕两个相互垂直的轴线转动，轴的轴线到轴承座底面的距离为50mm，轴承座宽120mm；
该虎克铰轴承座(40)呈梯形块状结构，一侧面有两个轴承孔，用来固定虎克铰(39)的一个旋转轴，两侧加工有连接安装孔；
所述高精度水平进给机构(6)由底座(41)、动平台(42)、螺母固定座(43)、直线导轨(44)、滑块(45)、滚珠螺杆/螺母(46)、螺杆支撑座(47)、挠性联轴器(48)、减速器(49)、减速器安装座(50)、伺服电机(51)组成；它们之间的相互关系是：所述直线导轨(43)通过螺纹连接固定在所述底座(41)两侧；所述滚珠螺杆/螺母(46)通过所述两个螺杆支撑座(47)固定在基座上，其一端通过所述挠性联轴器(48)与所述减速器(49)相连，所述减速器(49)另一端与所述伺服电机(51)连接；所述动平台(42)与所述螺母固定座(43)与所述滚珠螺杆/螺母(46)中的螺母连接，该螺母与滚珠螺杆之间形成丝杠副，所述动平台(42)四角均固定有所述滑块(45)，该滑块(45)与所述线性导轨(43)之间形成滑动副；所述底座(41)与所述六自由度运动平台的动平台(36)连接；该装置实现轴孔装配阶段的高精度直线进给工作；
其中，该底座(41)为长方形框架结构，材料为45钢，四个角处有连接孔，中部分布有直线导轨、螺杆安装座和减速机安装座的螺纹安装孔；
该动平台(42)为长方形板状结构，材料为45钢，四个角处有滑块安装孔，中部有所述力传感器(7)的安装孔；
该螺母固定座(43)为L型结构，材料为45钢，顶部有连接孔，侧壁有螺母安装孔和螺纹固定孔；
该直线导轨(44)采用四列式单圆弧牙型接触，其型号为HGH30CA2R660ZOP；
该滑块(45)的型号是：HGH30CAZOP；
该滚珠丝杆\螺母(46)与滚珠丝杠/螺母(12)相同；
该螺杆支撑座(47)的中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，其选用的型号与滚珠螺杆支撑座(17)和支撑座(25)相同；
该挠性联轴器(48)的两端是铝合金轴固定件，中间通过工程塑胶作为缓冲元件进行联接，其选用现有产品的型号与联轴器(18)、(26)相同；
该减速器(49)与减速器(19)相同；
该减速器安装座(50)的形状构造是：L型支座，侧面有减速器安装孔和转轴通孔，下部有安装固定孔；
该伺服电机(51)选用的产品型号与伺服电机(28)相同；
所述力传感器(7)用于实时测量装配过程中的装配力，它连接在所述高精度对中水平进给装置和所述转接架之间；该力传感器(7)选用美国ATI Omega331型六轴力/力矩传感器，采用高强度不锈钢线切割加工，应变片采用硅应变片；
所述转接工装(8)是钢架结构，采用焊接形式，有两个安装面，一个用于固定力传感器(7)，另一个用于连接待装配体(10)；
所述水平吊具(9)，由驱动电机(52)、滚珠丝杠(53)、吊秤(54)、吊具梁体(55)组成；在驱动电机(52)的驱动下，滚珠丝杠(53)旋转带动吊秤(54)在吊具梁体(55)上滑动，进而实现吊点位置的改变，找到合适的吊点；该滚珠丝杠(53)固定在吊具梁体(55)上，一端与驱动电机(52)连接；吊秤(54)上部有挂环，通过内部螺纹与滚珠丝杠(53)形成丝杠副，通过下部内表面与吊具梁体(55)形成滑动；
其中，该驱动电机(52)选用现有产品，其型号与伺服电机(28)相同；
该滚珠丝杠(53)导程为5mm，长度为1m；
该吊秤(54)的内部有螺纹通孔；
该吊具梁体(55)为钢架结构，各部分通过焊接连接在一起；
所述待装配体(10)为回转体零部件；
所述拉力调节装置(11)通过钢质绳索与吊秤上部挂环连接，其特征是能根据下部的所挂待装配体的重量提供恒定的拉力；
所述上部固定框架(1)的作用是承力，为下部结构提供支撑；所述调姿平台水平机构(2)及拉力调节装置水平进给机构(3)的功能要求是：能实现较高精度的直线进给，以伺服电机作驱动；所述调姿平台升降机构(4)的功能要求是：能实现高精度的直线进给，以伺服电机作驱动，并要求该机构的承力性能以及运动稳定性好；所述调姿平台(5)的功能要求是:能实现六个自由度的姿态调整运动；所述高精度水平进给机构(6)的功能要求是：能实现高精度大载荷的直线进给运动，以伺服电机作驱动；所述力传感器(7)的功能要求是：能检测六自由度的力及力矩信息；所述转接工装(8)的功能要求是：能实现待装配体(10)的安装固定，结构稳定性要好；所述水平吊具(9)的功能要求是：能实现待装配体(10)的吊装任务，要求吊点能移动调节；所述拉力调节装置(11)的功能要求是：能提供可调的稳定拉力输出，实现对待装配体(10)重力的平衡；
通过上述机械系统，能实现装配调姿机构的水平和垂直两个方向上的位置的灵活调整，同时调姿机构又能实现六自由度的位姿调整，从而能满足航空发动机主单元体对中装配过程中的调姿任务，并通过力传感器能实时测得装配过程力；系统模块化程度高，灵活性强，并且需要注意的是，上述各模块化的机械装置形式是不唯一的，只要能满足相应的功能要求即可。
2.根据权利要求1所述的一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于：
该滚珠丝杠/螺母(12)选用现有产品的型号为SFUR03210DFC7360P1，丝杠导程10mm，刚性79kgf/μm，动额定负荷3390kgf,静额定负荷7170kgf。
3.根据权利要求1所述的一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于：该减速器(19)选用的型号为APEX AB090A-50,减速比为50，额定扭矩为160N·m。
4.根据权利要求1所述的一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于：
该伺服电机(20)选用的型号为安川SGM7J-08A，额定扭矩为2.39N·m,额定功率为750W。
5.根据权利要求1所述的一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于：该直线光轴(30)选用现有产品，其光轴直径为30mm，型号为SF(C)30。
6.根据权利要求1所述的一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于：
该动平台(36)采用圆环状结构形式，其外环直径为740mm，内环直径为500mm，厚度为30mm，材料选用45钢。
7.根据权利要求1所述的一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统，其特征在于：该球铰(37)的材料采用40Cr,球头直径为60mm。
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