CN109159078A - 一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置及使用方法，包括位置调节装置和拧紧装置。位置调节装置中的分度盘固定在工作台上，分度盘通过立柱支架与立柱连接；机械臂套筒与立柱的导轨配合；平衡器固定在立柱上，其负载端与机械臂套筒相连。拧紧装置中的滑杆套入机械臂套筒侧面的水平套筒中，并通过水平套筒上设有的紧固螺栓固定；滑杆上设有夹具体，拧紧轴、位移传感器均固定在夹具体上。工作时，机械臂套筒和滑杆分别调整拧紧轴的高度和水平距离，使装置适应不同种类的发动机机匣，位移传感器测得螺栓在拧紧过程中的长度变形获得螺栓即时的预紧力，调整拧紧轴的扭矩。本发明能够提高发动机机匣拧紧质量，降低工人的技术要求和劳动强度。

Description

一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置及使用方法

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种拧紧装置，尤其涉及一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置及使用方法，用于拧紧机匣的螺栓。

背景技术

螺栓连接结构由于其可拆卸，便于检修，不受被连接件厚度限制，不会引起连接材料相变，因而广泛应用于航空发动机。现阶段，对航空发动机机匣的连接通常由工人使用力矩扳手拧紧，而人工拧紧存在以下问题：(1)工人劳动强度高，对工人的技术水平要求高，生产效率低下。(2)使用力矩扳手拧螺栓，同样力矩下，螺栓预紧力的离散值大，不宜控制螺栓预紧力，拧紧后的效果不佳。(3)螺栓间拧紧的先后顺序会对每个螺栓的预紧力造成影响，人工拧紧每次拧紧只能拧紧一个螺栓，对螺栓预紧力的影响较大。(4)人工拧紧不能有效地控制拧紧的速度。针对上述存在的问题，有必要设计一种自动化的能对预紧力进行监控的多轴拧紧装置。

发明内容

针对现有阶段存在的问题，即人工拧紧存在的技术水平高、劳动强度高、生产效率低下、机匣螺栓组整体拧紧效果不佳等问题，本发明提供一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置。采用位移传感器测量螺栓拧紧过程中的长度变化，进而获得螺栓预紧力，再反馈至拧紧轴，控制拧紧轴对螺栓施加目标预紧力，再通过多轴同时拧紧的办法降低工人劳动强度，提高整体拧紧效果。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置，包括两部分：位置调节装置、拧紧装置。

所述的位置调节装置包括工作台1、分度盘2、立柱支架3、立柱4、机械臂套筒5、紧固螺栓6、平衡器7。所述的工作台1置于工作平面或地基上，用于为拧紧装置和发动机机匣提供固定支撑。所述的分度盘2底端固定在工作台1上，顶端安装立柱支架3，分度盘2为立柱4提供支撑，立柱支架3上设有立柱4，当立柱4带动立柱支架3旋转时，分度盘2记录立柱4的位置，即拧紧轴10所在的机械臂的位置。所述的立柱4上半截设有导轨，为机械臂提供支撑，导轨也为机械臂套筒5提供竖直方向的导向。所述的机械臂套筒5中心设有方孔，该方孔与立柱4的上半截导轨配合，能够调整机械臂套筒5在竖直方向上的位置，进而根据不同高度的发动机机匣调节机械臂的高度；所述的机械臂套筒5的侧面伸出多个水平套筒，水平套筒的个数根据实际需要确定。所述的平衡器7固定在立柱7上，平衡器7的负载端与机械臂套筒5相连，用于平衡机械臂套筒5、紧固螺栓6、滑杆8、夹具体9、拧紧轴10、位移传感器11的重量。

所述的拧紧装置结构包括滑杆8、夹具体9、拧紧轴10、位移传感器11。所述的滑杆8套入机械臂套筒5侧面伸出的水平套筒之中，且能够在水平套筒中伸缩，进而在不同机匣半径下改变主轴位置；滑杆8通过水平套筒上设有的紧固螺栓6固定。所述的夹具体9固定在滑杆8上，拧紧轴10和位移传感器11固定在夹具体9上，且拧紧轴10的拧紧头与位移传感器11在同一条轴线上；拧紧轴10用来拧紧机匣上的螺栓，控制拧紧扭矩和拧紧速度；位移传感器11用于测量螺栓拧紧过程中螺栓的伸长量，推算螺栓即时的预紧力，根据获得的预紧力来控制拧紧轴的拧紧参数。

一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置的使用方法，包括以下步骤：

在多轴拧紧的条件下，拧紧装置的数量根据位置调节装置中的机械臂套筒5上的套筒数决定，即两轴拧紧下采用两套相同的拧紧装置，分别安装在机械臂套筒的两侧。使用时，将需要拧紧的发动机机匣固定在工作台1上，将立柱4安装在机匣圆柱的圆心位置，然后调节机械臂套筒5至合适高度，将滑杆8套入机械臂套筒5的侧面套筒中，调节滑杆8的水平位置使拧紧轴10的轴头对准需要拧紧的螺栓的位置，拧紧紧固螺栓6固定滑杆8的水平位置。在拧紧过程中，拧紧轴10通过位移传感器11的反馈改变拧紧参数，直到到达预定预紧力。拧紧后，转动立柱4到达下一个拧紧工位。

本发明的有益效果：

1)代替人工拧紧，降低工人的劳动强度和技术水平，提高自动化的程度。

2)使用位移传感器与拧紧轴实时控制预紧力的大小，使螺栓预紧力的大小更为精确，提高机匣螺栓的拧紧质量。

附图说明

图1为两轴竖直拧紧装置总装图，图中虚线代表被拧紧件，即发动机机匣；

图2为位置调节装置结构图；

图3为拧紧装置结构图；

图4两轴竖直拧紧装置立体总装图；

图5为四轴机械臂套筒；

图6为六轴机械臂套筒；

图中：1工作台、2分度盘、3立柱支架、4立柱、5机械臂套筒、6紧固螺栓、7平衡器、8滑杆、9夹具体、10拧紧轴、11位移传感器。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置。见图1，该装置包括两部分：位置调节装置(见图2)和拧紧装置(见图3)。位置调节装置包括：工作台1、分度盘2、立柱支架3、立柱4、机械臂套筒5、紧固螺栓6、平衡器7；拧紧装置结构包括：滑杆8、夹具体9、拧紧轴10、位移传感器11。位置调节装置的特征是分度盘2一端固定工作台1上，另一端与立柱支架3相连。分度盘上2安装有立柱支架3。立柱支架3上安装有立柱4，立柱4的上半截为导轨。机械臂套筒5与立柱4的导轨配合，在机械臂套筒5的侧面伸出多个水平套筒，机械臂套筒5的侧面套筒根据实际需要增加或减少，如图5，该机械臂套筒的侧面套筒有四根，可以使用在四轴同时拧紧的环境下，如图6，该机械臂套筒的侧面套筒有六根，可以使用在六轴同时拧紧的环境下。平衡器7固定在立柱4上，负载端与机械臂套筒5相连。拧紧装置的特征是滑杆8套入机械臂套筒5的侧面伸出的水平套筒之中。紧固螺栓6安装在机械臂套筒5的侧面伸出的水平套筒的远端。夹具体9固定在滑杆8上，使拧紧轴10的拧紧头与位移传感器11在同一条轴线上。拧紧轴10固定在夹具体9上。位移传感器11固定在夹具体9上。在多轴拧紧的机械臂套筒中，拧紧装置不仅只有一套，安装方法与上述描述相同。拧紧装置的数量适应于机械臂套筒，多个拧紧装置的特征均相同。

使用时，将需要拧紧的发动机机匣固定在工作台1上，将本装置立柱4安装在机匣圆柱的圆心位置上，然后调节机械臂套筒5在合适的高度，将滑杆8套入机械臂套筒的侧面套筒中，调节滑杆8的水平位置使拧紧轴的轴头对准需要拧紧的螺栓的位置，拧紧紧固螺栓6来固定滑杆8。在拧紧过程中，拧紧轴通过位移传感器的反馈来改变拧紧参数，直到到达预定预紧力。拧紧后，转动立柱到达下一个拧紧工位。

下面是利用本专利设计的其中一款拧紧装置的示例数据与零件选型。本专利并不仅限于此设计参数和选型。

以底座圆盘圆心为中心，滑竿竖直滑动范围1200mm，滑竿水平滑动范围半径为1500mm，可实现工作台平面360°范围内拧紧作业。采用双轴拧紧的机械臂套筒，平衡器选用PHK-30平衡器，平衡器负载22-30kg，拧紧轴重4.0kg，铝合金滑竿型材重11.8kg，拧紧轴、伸缩臂夹具与滑杆质量的总和约25kg。拧紧轴选用英格索兰QE8ZC150F82S08型偏置拧紧轴，最大拧紧扭矩150N·m，角度传感器采用Resolver技术，可以进行精密的转角控制，实时检测转速。位移传感器选用Edyylab电涡流传感器，测量范围50mm，分辨力0.03μm。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置，其特征在于，所述的多轴竖直拧紧装置包括两部分：位置调节装置、拧紧装置；

所述的位置调节装置包括工作台(1)、分度盘(2)、立柱支架(3)、立柱(4)、机械臂套筒(5)、紧固螺栓(6)、平衡器(7)；所述的工作台(1)置于工作平面上，用于为拧紧装置和发动机机匣提供固定支撑；所述的分度盘(2)底端固定在工作台(1)上，顶端安装立柱支架(3)，立柱支架(3)上设有立柱(4)，当立柱(4)带动立柱支架(3)旋转时，分度盘(2)记录立柱(4)的位置；所述的立柱(4)上半截设有导轨；所述的机械臂套筒(5)中心设有孔，该孔与立柱(4)上的导轨配合，调整机械臂套筒(5)在竖直方向上的位置，进而根据不同高度的发动机机匣调节机械臂的高度；所述的机械臂套筒(5)的侧面伸出多个水平套筒，水平套筒的个数根据实际需要确定；所述的平衡器(7)固定在立柱(7)上，平衡器(7)的负载端与机械臂套筒(5)相连，用于平衡各部件重量；

所述的拧紧装置结构包括滑杆(8)、夹具体(9)、拧紧轴(10)、位移传感器(11)；所述的滑杆(8)套入机械臂套筒(5)侧面伸出的水平套筒之中，且能够在水平套筒中伸缩，进而在不同机匣半径下改变主轴位置；滑杆(8)通过水平套筒上设有的紧固螺栓(6)固定；所述的夹具体(9)固定在滑杆(8)上，拧紧轴(10)和位移传感器(11)固定在夹具体(9)上，且拧紧轴(10)的拧紧头与位移传感器(11)在同一条轴线上；拧紧轴(10)用来拧紧机匣上的螺栓，控制拧紧扭矩和拧紧速度；位移传感器(11)用于测量螺栓拧紧过程中螺栓的伸长量，推算螺栓即时的预紧力，根据获得的预紧力来控制拧紧轴的拧紧参数。

2.一种应用于航空发动机机匣的多轴竖直拧紧装置的使用方法，其特征在于以下步骤：

首先，将需要拧紧的发动机机匣固定在工作台(1)上，将立柱(4)安装在机匣圆柱的圆心位置；

然后，调节机械臂套筒(5)至合适高度后，将滑杆(8)套入机械臂套筒(5)的侧面套筒中，通过机械臂套筒(5)和滑杆(8)分别调整拧紧轴(10)的高度和水平距离，使拧紧轴(10)的轴头对准需要拧紧的螺栓的位置，拧紧紧固螺栓(6)固定滑杆(8)；

最后，在螺栓拧紧过程中，拧紧轴(10)通过位移传感器(11)的反馈改变拧紧参数，直到到达预定预紧力；拧紧后，转动立柱(4)到达下一个拧紧工位。