CN113385885B - 一种智能实时监测转台过盈装配的装置及装配方法 - Google Patents

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CN113385885B CN202110549957.1A CN202110549957A CN113385885B CN 113385885 B CN113385885 B CN 113385885B CN 202110549957 A CN202110549957 A CN 202110549957A CN 113385885 B CN113385885 B CN 113385885B
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Abstract

本发明公开了一种智能实时监测转台过盈装配的装置及装配方法,涉及大过盈机械装配技术领域,具体包括过盈装配的精密转台和转台过盈装配装置,所述精密转台安装在转台过盈装配装置的顶部,由转台过盈装配装置完成精密转台的装配工作。本发明提供一种智能实时监测转台过盈装配的装置及装配方法,能一站式完成过盈配合回转转台环体的热胀及冷缩,实时监测环体温度及形变量数值,智能采集分析装配间隙并发送指令给执行机构完成精密装配/拆分,实现大过盈转台的装配过程智能实时监测,保证装配质量。

Description

一种智能实时监测转台过盈装配的装置及装配方法
技术领域
本发明涉及大过盈机械装配技术领域,具体是一种智能实时监测转台过盈装配的装置及装配方法。
背景技术
回转转台机构在工程机械、风电、雷达等场合广泛应用,是承受静力、动力及振动等负荷的关键基础构件。某型回转转台具有大尺寸、高承载、轻量化的特点,主要由内环、外环、轴承及相关传动装置组成,为保证产品在长周期复杂工况下运行的稳定性和可靠性,环体和轴承之间采用较大过盈量装配,以提高系统的整体刚性。薄壁轴承不能进行热胀或冷缩,以防损伤轴承滚道;对于研制阶段的产品,大过盈配合转台结构在经过一系列试验研究后还需要便捷拆解,便于检测零件是否损伤。
大过盈量转台的装配方法一般利用材料的热胀冷缩的原理进行连接,即将被包容体浸入液氮槽内冷缩后实现与包容体的过盈装配;或将包容体送入加热炉内热胀后实现与被包容体的过盈装配。公布号CN102242733A的发明专利申请提供一种大型工件过盈配合的冷却装置及其装配方法,将液氮通过管道输送至冷却箱,使轴承冷却收缩,尺寸达到装配要求。该发明采用液氮来整体冷冻轴承,需设置专用的操作场所和工艺装备,耗费大量冷媒成本高且易对精密薄壁轴承产生危害;对于过盈装配成一个整体的构件无法实现快捷无损拆解。公布号CN105099097的发明专利申请提供一种铸铝转子与转子轴低压低温过盈装配机及其装配方法,该发明针对的仅是转子、转子轴两个零件之间的过盈装配,加热装置加热膨胀后即可进行组装。对于大尺寸、高精度的转台机构,由内环、轴承及外环三部分组成,通过对单个零件的加热则无法实现大过盈装配及无损拆解。公布号CN105499960A的发明专利申请提供一种金属零件过盈装配装置及装配方法,通过设计导向装置将第一金属零件外力压入第二金属零件,避免歪斜。该方法通过施加重载压力将二者实现过盈装配,容易对大型精密转台零件精度造成破坏,对于过盈量较大的零件无法装配及拆解。
大型精密转台的过盈装配及拆卸,受到工件尺寸、操作安全性、工艺成本、装配质量与效率等因素的限制及过盈装配件拆卸维护的需求,导致传统的零件加热/冷却及外力强压装配方式受到制约,甚至工程上难以实施,需要开发专用装置及方法进行解决。
发明内容
对于大尺寸、高精度回转转台研制过程中大过盈装配及拆解的需求,本发明的目的是提供一种智能实时监测过盈装配的装置及方法,实现大过盈回转转台高效、便捷、安全装配及拆解。根据研究的需求,该装置由机械结构、温控系统及电气系统组成。装置的机械结构可支撑并带动转台内环、轴承及外环水平滑移及垂直升降。温控系统通过智能温控陶瓷加热带系统和干冰储存槽快捷实现对应环体的热胀和冷缩,产生的间隙满足装配需求。电气控制系统控制陶瓷加热带功率通断维持环体受热温升,采集装配面附近粘贴的应变片信号,实时监测环体温度及形变量,智能分析装配间隙并向电动撑腿机构发送升降指令,实现环体与轴承之间的过盈装配及无损拆解。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种智能实时监测转台过盈装配的装置,包括过盈装配的精密转台和转台过盈装配装置,所述精密转台安装在转台过盈装配装置的顶部,由转台过盈装配装置完成精密转台的装配工作;
所述精密转台主要由转台外环和装配在转台外环内的转台内环构成,转台外环和转台内环之间通过回转轴承转动连接,回转轴承为薄壁球轴承;
所述转台过盈装配装置包括轴承支撑架、电动升降撑腿及导轨滑块,导轨滑块通过螺栓固定安装在装置底座的顶面且导轨滑块沿装置底座的径向分布,轴承支撑架的顶端与回转轴承的底面固定连接,轴承支撑架的底端与装置底座固定连接,转台外环和转台内环的底面分别与一根竖直安装的电动升降撑腿顶端固定连接,电动升降撑腿的底端与装置底座的顶面滑动连接。
作为本发明进一步的方案:所述转台过盈装配装置为四组且均匀分布在装置底座的顶面。
作为本发明进一步的方案:所述电动升降撑腿由设置在装置底座旁边的电气控制系统控制伸缩。
作为本发明进一步的方案:所述电动升降撑腿的底部开设有上卡槽,电动升降撑腿通过上卡槽卡到导轨滑块的顶部并与导轨滑块滑动连接,导轨滑块的两侧对称开设有侧卡槽,电动升降撑腿的底部固定有伸入侧卡槽中的卡块,卡块与电动升降撑腿一体成型,电动升降撑腿的底部和卡块的侧面均嵌入式固定有不锈钢球,通过上述的结构设计,既能够有效提高电动升降撑腿和导轨滑块的连接稳定性,避免电动升降撑腿发生倾斜,而不锈钢球的设置,能够有效提高电动升降撑腿在导轨滑块上滑动的顺滑性,避免了电动升降撑腿在导轨滑块上滑动时发生卡涩。
作为本发明进一步的方案:所述转台外环外侧包裹陶瓷加热带,陶瓷加热带由内置的温度控制程序控制回路电流,从而让陶瓷软带生热提供表面热源,配套热电偶采集加热带实时监测的工件表面温度,维持在预设的温度,保持工件恒温,转台内环的内壁上设置有干冰存储槽,转台外环和转台内环装配时向干冰存储槽内添加适量干冰颗粒,干冰的熔点为-.℃,干冰在熔解时直接由固态升华为气态,对转台内环进行吸热冷缩。
作为本发明进一步的方案:所述陶瓷加热带和干冰存储槽外部均包裹有石棉布,通过石棉布进行辅助保温。
作为本发明进一步的方案:所述陶瓷加热带干冰存储槽内均设置有与电气控制系统连接的温度传感器,冷源和热源可同时施加提高施工效率,通过温度传感器实时监测温度并显示环体温度数值。
作为本发明进一步的方案:所述转台外环和转台内环的顶部靠近配合面的位置按同心圆的排布方式均匀粘贴有多个应变片,且应变片与电气控制系统电连接,每个圆周应变片的数量不少于20片,通过应变片测量记录圆周排布所在直径尺寸。
一种智能实时监测转台过盈装配的装置的装配方法,具体流程如下:
S1:将精密转台与转台过盈装配装置进行装配,其中回转轴承与轴承支撑架固定连接,转台外环和转台内环分别与两组电动升降撑腿连接,从而调整转台外环和转台内环的相对位置,保证转台外环和转台内环的同心;
S2:应变片的装联,在转台外环和转台内环靠近轴承配合面附件环体上粘贴应变片,并与电气控制系统完成互联,读取环体应变数值,并取平均值;
S3:施加冷源和热源,在转台外环外侧包裹陶瓷加热带,设定加热功率和保温温度℃后开启加热电源,转台内环内侧的干冰存储槽内添加干冰颗粒;
S4:根据过盈量和装配过程间隙需求设定变形量指标,温度传感器实时监测环体温度,电气控制系统拟合分析应变数值,达到需求后给电动升降撑腿发送指令;
S5:转台过盈装配装置进行精密转台的装配和拆解,对于本型号大型精密转台装配环节,当电气系统监测显示的间隙满足装配需求时,电动升降撑腿带动转台内环平稳上升,使转台内环与回转轴承内圈下沿贴合紧密;电动升降撑腿带动转台外环平稳下降,使转台外环与回转轴承外圈上沿贴合紧密;对于本型号大型精密转台拆解环节,当监测显示的间隙满足拆解需求时,电动升降撑腿带动转台内环平稳下降,带动转台外环平稳上升,使转台外环、转台内环与回转轴承分离。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供一种智能实时监测转台过盈装配的装置及装配方法,能一站式完成过盈配合回转转台环体的热胀及冷缩,实时监测环体温度及形变量数值,智能采集分析装配间隙并发送指令给执行机构完成精密装配/拆分,实现大过盈转台的装配过程智能实时监测,保证装配质量。
本装置的温控系统通过智能温控陶瓷加热带和干冰储存槽快捷实现对应环体的热胀和冷缩,实时监测环体温度。
柔性陶瓷加热带和干冰颗粒可适用各种尺寸规格样件,无需专门加热炉等设备,安全便捷,成本低。
本装置的机械结构由电动升降支撑腿及导轨滑块组成,在冷/热源作用下金属环体可自由膨胀/收缩移位,当间隙满足需求时通过控制四处电动升降撑腿同步运动,避免装配时歪斜卡涩风险,保证环体装配移位平稳、精确。
本装置的电气系统可控制陶瓷加热带功率通断,实时监测环体温度;应变片采集装配面变形量数值,与设计过盈量比对计算出装配间隙,满足装配需求时发送指令给电动升降撑腿,实现大过盈转台的装配过程智能实时监测,保证装配质量。
附图说明
图1为一种智能实时监测转台过盈装配的装置的整体结构示意图。
图2为一种智能实时监测转台过盈装配的装置的俯视图。
图3为一种智能实时监测转台过盈装配的装置的局部剖视图。
图4为一种智能实时监测转台过盈装配的装置中导轨滑块和电动升降撑腿连接方式的剖视图。
图5为一种智能实时监测转台过盈装配的装置装配的流程图。
如图所示:转台外环1、回转轴承2、转台内环3、应变片4、干冰存储槽5、陶瓷加热软带6、装置底座7、导轨滑块8、电动升降撑腿9、电气控制系统10、轴承支撑架11、干冰颗粒12、上卡槽13、侧卡槽14、卡块15。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~4,本发明实施例中,一种智能实时监测转台过盈装配的装置,包括过盈装配的精密转台和转台过盈装配装置,所述精密转台安装在转台过盈装配装置的顶部,由转台过盈装配装置完成精密转台的装配工作;
所述精密转台主要由转台外环1和装配在转台外环1内的转台内环3构成,转台外环1和转台内环3之间通过回转轴承2转动连接,回转轴承2为薄壁球轴承;
所述转台过盈装配装置包括轴承支撑架11、电动升降撑腿9及导轨滑块8,导轨滑块8通过螺栓固定安装在装置底座7的顶面且导轨滑块8沿装置底座7的径向分布,轴承支撑架11的顶端与回转轴承2的底面固定连接,轴承支撑架11的底端与装置底座7固定连接,转台外环1和转台内环3的底面分别与一根竖直安装的电动升降撑腿9顶端固定连接,电动升降撑腿9的底端与装置底座7的顶面滑动连接。
所述转台过盈装配装置为四组且均匀分布在装置底座7的顶面。
所述电动升降撑腿9由设置在装置底座7旁边的电气控制系统10控制伸缩。
需要说明的是,电动升降撑腿9可在水平方向自由膨胀和收缩移位,且电动升降撑腿9的支撑上下移动范围0.8~1.4m,移动精度0.05mm,所有电动升降撑腿9的升降同步性需保持一致,同步精度小于0.1mm,避免装配过程中偏斜、卡涩。
所述电动升降撑腿9的底部开设有上卡槽13,电动升降撑腿9通过上卡槽13卡到导轨滑块8的顶部并与导轨滑块8滑动连接,导轨滑块8的两侧对称开设有侧卡槽14,电动升降撑腿9的底部固定有伸入侧卡槽14中的卡块15,卡块15与电动升降撑腿9一体成型,电动升降撑腿9的底部和卡块15的侧面均嵌入式固定有不锈钢球,通过上述的结构设计,既能够有效提高电动升降撑腿9和导轨滑块8的连接稳定性,避免电动升降撑腿9发生倾斜,而不锈钢球的设置,能够有效提高电动升降撑腿9在导轨滑块8上滑动的顺滑性,避免了电动升降撑腿9在导轨滑块8上滑动时发生卡涩。
所述转台外环1外侧包裹陶瓷加热带6,陶瓷加热带6由内置的温度控制程序控制回路电流,从而让陶瓷软带6生热提供表面热源,配套热电偶采集加热带实时监测的工件表面温度,维持在预设的温度,保持工件恒温,转台内环3的内壁上设置有干冰存储槽5,转台外环1和转台内环3装配时向干冰存储槽5内添加适量干冰颗粒12,干冰的熔点为-78.5℃,干冰在熔解时直接由固态升华为气态,对转台内环3进行吸热冷缩。
所述陶瓷加热带6和干冰存储槽5外部均包裹有石棉布,通过石棉布进行辅助保温。
需要说明的是,陶瓷加热带6干冰存储槽5内均设置有与电气控制系统10连接的温度传感器,和冷源和热源可同时施加提高施工效率,通过温度传感器实时监测温度并显示环体温度数值。
所述转台外环1和转台内环3的顶部靠近配合面的位置按同心圆的排布方式均匀粘贴有多个应变片4,且应变片4与电气控制系统10电连接,每个圆周应变片的数量不少于20片,通过应变片4测量记录圆周排布所在直径尺寸。
外环组件的最小受热温度计算根据加热包容件所需加热温度计算公式:
Figure GDA0003147185260000071
式中:t加热为环体受热温度(℃),δ1实际装配过盈量(mm),Δ1最小装配操作间隙(取0.002~0.003d1mm),d1为配合直径(mm),t0为装配环境温度(℃),k1为热胀温度系数。
内环组件的最大冷却温度计算根据冷却被包容件所需冷却温度计算公式进行:
Figure GDA0003147185260000072
式中:t冷却为环体冷冻温度(℃),δ2实际装配过盈量(mm),Δ2最小装配操作间隙(取0.002~0.003d2mm),d2为配合直径(mm),t0为装配环境温度(℃),k2为冷缩温度系数。
精密转台装配前,需预先开展相关试验,确定体钢材应变受温度影响的修正系数,形成数据包存储供调用。通过应变片4测量记录圆周排布所在直径尺寸,并将应变片4接入电气控制系统10,拟合计算并实时显示当前环体应变数值,取平均值,参照设计过盈量和最小操作间隙值,在电气控制系统10内输入目标阈值,当变形量达到设定目标值时,发送指令各电动升降撑腿9向上升或下降指定距离。
请参阅图5,本发明还提供了一种智能实时监测转台过盈装配的装置的装配方法的较佳实施例,具体流程如下:
S1:将精密转台与转台过盈装配装置进行装配,其中回转轴承2与轴承支撑架11固定连接,转台外环1和转台内环3分别与两组电动升降撑腿9连接,从而调整转台外环1和转台内环3的相对位置,保证转台外环1和转台内环3的同心;
S2:应变片4的装联,在转台外环1和转台内环3靠近轴承2配合面附件环体上粘贴应变片4,并与电气控制系统10完成互联,读取环体应变数值,并取平均值;
S3:施加冷源和热源,在转台外环1外侧包裹陶瓷加热带6,设定加热功率和保温温度120℃后开启加热电源,转台内环3内侧的干冰存储槽5内添加干冰颗粒12;
S4:根据过盈量和装配过程间隙需求设定变形量指标,温度传感器实时监测环体温度,电气控制系统10拟合分析应变数值,达到需求后给电动升降撑腿9发送指令;
S5:转台过盈装配装置进行精密转台的装配和拆解,对于本型号大型精密转台装配环节,当电气系统监测显示的间隙满足装配需求时,电动升降撑腿9带动转台内环3平稳上升,使转台内环3与回转轴承2内圈下沿贴合紧密;电动升降撑腿9带动转台外环1平稳下降,使转台外环1与回转轴承2外圈上沿贴合紧密;对于本型号大型精密转台拆解环节,当监测显示的间隙满足拆解需求时,电动升降撑腿9带动转台内环3平稳下降,带动转台外环1平稳上升,使转台外环1、转台内环3与回转轴承2分离。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内,且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种智能实时监测转台过盈装配的装置,包括过盈装配的精密转台和转台过盈装配装置,其特征在于,所述精密转台安装在转台过盈装配装置的顶部,由转台过盈装配装置完成精密转台的装配工作;
所述精密转台主要由转台外环(1)和装配在转台外环(1)内的转台内环(3)构成,转台外环(1)和转台内环(3)之间通过回转轴承(2)转动连接,回转轴承(2)为薄壁球轴承;
所述转台过盈装配装置包括轴承支撑架(11)、电动升降撑腿(9)及导轨滑块(8),导轨滑块(8)通过螺栓固定安装在装置底座(7)的顶面且导轨滑块(8)沿装置底座(7)的径向分布,轴承支撑架(11)的顶端与回转轴承(2)的底面固定连接,轴承支撑架(11)的底端与装置底座(7)固定连接,转台外环(1)和转台内环(3)的底面分别与一根竖直安装的电动升降撑腿(9)顶端固定连接,电动升降撑腿(9)的底端与装置底座(7)的顶面滑动连接;
所述转台外环(1)外侧包裹陶瓷加热带(6),陶瓷加热带(6)由内置的温度控制程序控制回路电流,转台内环(3)的内壁上设置有干冰存储槽(5),转台外环(1)和转台内环(3)装配时向干冰存储槽(5)内添加适量干冰颗粒(12)。
2.根据权利要求1所述的一种智能实时监测转台过盈装配的装置,其特征在于,所述转台过盈装配装置为四组且均匀分布在装置底座(7)的顶面。
3.根据权利要求1所述的一种智能实时监测转台过盈装配的装置,其特征在于,所述电动升降撑腿(9)由设置在装置底座(7)旁边的电气控制系统(10)控制伸缩。
4.根据权利要求1所述的一种智能实时监测转台过盈装配的装置,其特征在于,所述电动升降撑腿(9)的底部开设有上卡槽(13),电动升降撑腿(9)通过上卡槽(13)卡到导轨滑块(8)的顶部并与导轨滑块(8)滑动连接,导轨滑块(8)的两侧对称开设有侧卡槽(14),电动升降撑腿(9)的底部固定有伸入侧卡槽(14)中的卡块(15),卡块(15)与电动升降撑腿(9)一体成型,电动升降撑腿(9)的底部和卡块(15)的侧面均嵌入式固定有不锈钢球。
5.根据权利要求1所述的一种智能实时监测转台过盈装配的装置,其特征在于,所述陶瓷加热带(6)和干冰存储槽(5)外部均包裹有石棉布。
6.根据权利要求1所述的一种智能实时监测转台过盈装配的装置,其特征在于,所述陶瓷加热带(6)和干冰存储槽(5)内均设置有与电气控制系统(10)连接的温度传感器。
7.根据权利要求1所述的一种智能实时监测转台过盈装配的装置,其特征在于,所述转台外环(1)和转台内环(3)的顶部靠近配合面的位置按同心圆的排布方式均匀粘贴有多个应变片(4),且应变片(4)与电气控制系统(10)电连接,每个圆周应变片的数量不少于20片。
8.根据权利要求7所述的一种智能实时监测转台过盈装配的装置的装配方法,具体流程如下:
S1:将精密转台与转台过盈装配装置进行装配,其中回转轴承(2)与轴承支撑架(11)固定连接,转台外环(1)和转台内环(3)分别与两组电动升降撑腿(9)连接,从而调整转台外环(1)和转台内环(3)的相对位置,保证转台外环(1)和转台内环(3)的同心;
S2:应变片(4)的装联,在转台外环(1)和转台内环(3)靠近回转轴承(2)配合面附件环体上粘贴应变片(4),并与电气控制系统(10)完成互联,读取环体应变数值,并取平均值;
S3:施加冷源和热源,在转台外环(1)外侧包裹陶瓷加热带(6),设定加热功率和保温温度120℃后开启加热电源,转台内环(3)内侧的干冰存储槽(5)内添加干冰颗粒(12);
S4:根据过盈量和装配过程间隙需求设定变形量指标,温度传感器实时监测环体温度,电气控制系统(10)拟合分析应变数值,达到需求后给电动升降撑腿(9)发送指令;
S5:转台过盈装配装置进行精密转台的装配和拆解,对于大型精密转台装配环节,当电气系统监测显示的间隙满足装配需求时,电动升降撑腿(9)带动转台内环(3)平稳上升,使转台内环(3)与回转轴承(2)内圈下沿贴合紧密;电动升降撑腿(9)带动转台外环(1)平稳下降,使转台外环(1)与回转轴承(2)外圈上沿贴合紧密;对于本型号大型精密转台拆解环节,当监测显示的间隙满足拆解需求时,电动升降撑腿(9)带动转台内环(3)平稳下降,带动转台外环(1)平稳上升,使转台外环(1)、转台内环(3)与回转轴承(2)分离。
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