CN114515955B - 环状分布螺纹副的紧固装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种环状分布螺纹副的紧固装置，所述螺纹副包括环状分布的多个第一螺纹件和与之配合的第二螺纹件，所述紧固装置包括：底座；转盘，绕第一轴线可旋转地设置于所述底座，且所述第一轴线经过多个所述第一螺纹件所在圆周的圆心位置；拧紧头，绕第二轴线可旋转地设置于所述转盘朝向于所述第一螺纹件的一侧，并可传递转矩地连接所述第二螺纹件；以及伸缩组件，可伸缩地连接于所述转盘和所述拧紧头之间，且伸缩方向垂直于所述转盘的盘面；其中，所述第一轴线与所述第二轴线互相平行。本公开实施例能够实现环状分布螺纹副的自动拧紧工作，提高螺纹副的装配效率和装配精度，进而提升发动机的整体装配可靠性。

Description

环状分布螺纹副的紧固装置

技术领域

本公开涉及航空发动机制造领域，尤其涉及一种环状分布螺纹副的紧固装置。

背景技术

目前，航空发动机中装配过程中的多个场景下都涉及对环形端盖的螺栓紧固，例如涡轮发动机端盖、圆形管道密封端盖等。针对环形端盖的螺栓紧固，现有的装配方案多通过人工对中端盖后对环形分布的各个螺栓逐个紧固，因此存在着重复性劳动的问题，对操作人员的耐性和细心程度是极大的考验。同时，人工拧紧螺栓劳作的加工效率较低，且加工精度得不到保障，容易造成多个螺栓之间的受力不均，在航空发动机长期工作过程中的机械振动的影响下，产生松动甚至脱落的不良后果。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种环状分布螺纹副的紧固装置，能够实现环状分布螺纹副的自动拧紧工作，提高螺纹副的装配效率和装配精度，进而提升发动机的整体装配可靠性。

在本公开的一个方面，提供一种环状分布螺纹副的紧固装置，所述螺纹副包括环状分布的多个第一螺纹件和与之配合的第二螺纹件，所述紧固装置包括：

底座；

转盘，绕第一轴线可旋转地设置于所述底座，且所述第一轴线经过多个所述第一螺纹件所在圆周的圆心位置；

拧紧头，绕第二轴线可旋转地设置于所述转盘朝向于所述第一螺纹件的一侧，并可传递转矩地连接所述第二螺纹件；以及

伸缩组件，可伸缩地连接于所述转盘和所述拧紧头之间，且伸缩方向垂直于所述转盘的盘面；

其中，所述第一轴线与所述第二轴线互相平行。

在一些实施例中，所述伸缩组件包括：

三个液压伸缩杆，伸缩方向互相平行且彼此等间距地垂直设置于所述转盘，两端分别连接所述转盘和所述拧紧头，且三个所述液压伸缩杆在所述转盘的投影的中心经过所述第二轴线。

在一些实施例中，所述紧固装置包括：

配重块，设置于所述转盘朝向于所述第一螺纹件的一侧，与所述伸缩组件相对于所述转盘的圆心对称设置，且重量等于所述拧紧头和所述伸缩组件的重量之和。

在一些实施例中，所述紧固装置还包括：

卡钳，设置于所述底座，可松开或压紧所述转盘，从而控制所述转盘旋转的启停。

在一些实施例中，所述拧紧头对所述第二螺纹件的拧紧力矩可预设，以使所述第二螺纹件以设定力矩与所述第一螺纹件相结合。

在一些实施例中，所述紧固装置还包括：

电动机，固定设置于所述底座，包括向外输出功率的电机轴，所述电机轴朝向于所述转盘设置并指向所述转盘的中心；以及

转盘轴，第一端通过联轴器与所述电机轴可传扭地连接，第二端穿设于所述转盘的中心，并设有传动键，用以在所述转盘与所述转盘轴之间传递转矩。

在一些实施例中，所述伸缩组件在所述转盘的设置位置相对于所述转盘的中心可调，从而实现对不同半径的环形分布的所述第一螺纹件的紧固操作。

在一些实施例中，所述拧紧头具有多种不同规格，所述拧紧头可替换地连接于所述伸缩组件远离所述转盘的一侧，以实现对不同规格的螺纹副的紧固操作。

在一些实施例中，所述紧固装置还包括：

启动按钮，设置于所述底座；以及

微型计算机，通信连接于所述电动机、所述伸缩组件、所述拧紧头、所述卡钳和所述启动按钮；

其中，所述微型计算机被配置为：响应于所述启动按钮发出的开启指令，控制所述卡钳松开所述转盘；控制所述电动机驱动所述转盘旋转至设定角度后，控制所述伸缩组件伸至设定长度；以及控制所述拧紧头以预设的拧紧力矩旋转所述第二螺纹件。

在一些实施例中，环状分布的多个所述第一螺纹件沿圆周均匀分布，所述微型计算机被进一步配置为：

根据输入的多个所述第一螺纹件的数量和最靠近所述卡钳的所述第一螺纹件与所述转盘的水平中心线的夹角，计算每个所述第一螺纹件的周向位置；

根据计算得到的每个所述第一螺纹件的周向位置，控制所述转盘旋转对应的角度；以及

在所述转盘旋转前，控制所述伸缩组件处于收缩状态，而在所述转盘旋转后，控制所述伸缩组件伸至设定长度。

因此，根据本公开实施例，通过电动机驱动转盘转动，再通过伸缩机构实现拧紧头的前进与后退，最后通过拧紧头的旋转实现螺纹副的紧固。由此，本公开实施例能够实现环状分布螺纹副的自动拧紧工作，提高螺纹副的装配效率和装配精度，进而提升发动机的整体装配可靠性。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开一些实施例的环状分布螺纹副的紧固装置的伸缩装置和拧紧头的结构示意图；

图2是根据本公开一些实施例的环状分布螺纹副的紧固装置的伸缩组件和拧紧头结构示意图；

图3是根据本公开一些实施例的环状分布螺纹副的紧固装置的伸缩组件和拧紧头的左视角度的结构示意图；

图4是根据本公开一些实施例的环状分布螺纹副的紧固装置的底座的结构示意图；

图5是根据本公开一些实施例的环状分布螺纹副的紧固装置的微型计算机的连接示意图；

图中：

1，底座；2，转盘；3，拧紧头；5，配重块；6，卡钳；7，电动机；8，电机轴；9，转盘轴；10，联轴器；11，启动按钮；12，液压伸缩杆；13，微型计算机。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1～5所示，在本公开的一个方面，提供一种环状分布螺纹副的紧固装置，螺纹副包括环状分布的多个第一螺纹件和与之配合的第二螺纹件，紧固装置包括：

底座1；

转盘2，绕第一轴线可旋转地设置于底座1，且第一轴线经过多个第一螺纹件所在圆周的圆心位置；

拧紧头3，绕第二轴线可旋转地设置于转盘2朝向于第一螺纹件的一侧，并可传递转矩地连接第二螺纹件；以及

伸缩组件，可伸缩地连接于转盘2和拧紧头3之间，且伸缩方向垂直于转盘2的盘面；

其中，第一轴线与第二轴线互相平行。

上述环状分布的螺纹副是指沿环状分布的多个第一螺纹件，和与之配合的第二螺纹件，考虑到螺纹件的种类较多，例如螺栓-螺母、螺钉-螺纹孔、螺柱-螺母等，因此环状分布的第一螺纹件的种类也并不被单一地限制为螺栓、螺母、螺钉、螺柱或其他种类的螺纹件，只要螺纹副的安装场景是环状分布，无论螺纹副之间是否等夹角设置，本公开实施例都可以实现其自动安装。

首先建立坐标系以便描述：以转盘2的旋转方向为周向，转盘2的半径方向为径向，垂直于转盘2的方向为轴向建立圆柱坐标系。在该圆柱坐标系下，本公开通过控制拧紧头3相对于转盘2中心的距离，使得拧紧头3在径向上对正于环状分布的第一螺纹件；再通过转盘2的旋转，使拧紧头3从环状分布的多个第一螺纹件之间移动；最后通过伸缩组件使拧紧头3从轴向上使第二螺纹件和第一螺纹件相接合。由此实现了螺纹副中的第一螺纹件与第二螺纹件从周向、径向和轴向三个方向的互相匹配，此时再通过拧紧头3自身的旋转，就可以实现螺纹副的装配。

本公开中转盘2旋转所绕的第一轴线与拧紧头3旋转所绕的第二轴线互相平行，能够确保本公开的紧固装置在重复性地对环形分布的多个第一螺纹件进行第二螺纹件的装配，都能保证第一螺纹件与第二螺纹件之间安装方向始终沿圆柱坐标系的轴线，避免由于角度偏差而造成螺纹副的装配困难，或是在角度有所偏差的情况下强行装配而造成螺纹副滑丝甚至失效的装配事故。

为了实现伸缩组件对拧紧头3的伸缩驱动，以及在拧紧头3进行螺纹副的装配过程中对拧紧头3起到稳固支撑的作用，在一些实施例中，伸缩组件包括：

三个液压伸缩杆12，伸缩方向互相平行且彼此等间距地垂直设置于转盘2，两端分别连接转盘2和拧紧头3，且三个液压伸缩杆12在转盘2的投影的中心经过第二轴线。

伸缩组件选择液压伸缩杆12的数量为三个，能够确保由三个液压伸缩杆12的两端分别确立出两个唯一平面，在此基础上，三个液压伸缩杆12互相等间距地分布，也即分布在等边三角形的三个顶点处，能够使三个液压伸缩杆12的受力均匀。

由此，在三个液压伸缩杆12的伸缩量相等的情况下，由三个液压伸缩杆12的两端所分别确立出的两个唯一平面将互相平行，也即使拧紧头3靠近转盘2的侧面平行于转盘2的盘面，进一步确保第一螺纹件与第二螺纹件之间的装配精度。

当然，对于本领域技术人员而言，伸缩组件选择四个以上的液压伸缩杆12，并使液压伸缩杆12均匀排布也能达到相似的效果，但是液压伸缩杆12的数量增加也会带来更复杂的伸缩控制，并降低紧固装置的整体可靠性。

为了减少转盘2在绕第一轴线旋转的过程中使转盘轴9受到不均匀弯矩的影响，在一些实施例中，紧固装置包括：

配重块5，设置于转盘2朝向于第一螺纹件的一侧，与伸缩组件相对于转盘2的圆心对称设置，且重量等于拧紧头3和伸缩组件的重量之和。

由配重块5平衡拧紧头3和伸缩组件通过转盘2带给转盘轴9的弯矩，使得紧固装置在长期工作中能够继续保持转盘轴9的长度方向和伸缩组件的伸缩方向能够严格沿圆柱坐标系下的轴向设置，从而保证螺纹副装配的准确度。

为了防止在拧紧头3进行第二螺纹件相对于第一螺纹件的装配过程中，转盘2发生摆动或转动而对装配过程产生影响，在一些实施例中，紧固装置还包括：

卡钳6，设置于底座1，可松开或压紧转盘2，从而控制转盘2旋转的启停。

为了精确地控制螺纹副的拧紧力矩，避免拧紧力矩过紧或过松对螺纹副装配可拆卸性和牢固程度的影响，在一些实施例中，拧紧头3对第二螺纹件的拧紧力矩可预设，以使第二螺纹件以设定力矩与第一螺纹件相结合。

为了实现对转盘2的旋转驱动，在一些实施例中，紧固装置还包括：

电动机7，固定设置于底座1，包括向外输出功率的电机轴8，电机轴8朝向于转盘2设置并指向转盘2的中心；以及

转盘轴9，第一端通过联轴器10与电机轴8可传扭地连接，第二端穿设于转盘2的中心，并设有传动键，用以在转盘2与转盘轴9之间传递转矩。

为了使紧固装置能够适用于多种不同半径的环状分布螺纹副的装配工作，在一些实施例中，伸缩组件在转盘2的设置位置相对于转盘2的中心可调，从而实现对不同半径的环形分布的第一螺纹件的紧固操作。

伸缩组件相对于转盘2的中心设置位置可调，使得伸缩组件能够带动着其端部设置的拧紧头3在圆柱坐标系的径向上位置可调，从而适用于不同尺寸的环形分布的螺纹副。

伸缩组件相对于转盘2的位置可调可以通过滑轨配合锁紧机构来实现，也即伸缩组件沿滑轨在转盘2上移动，并在移动至任一位置可由锁紧机构所固定，这样即能保证伸缩组件在移动前后的伸缩方向保持不变，还能使伸缩组件的径向位置任意可调，且在任意位置均能够被固定。此时锁紧机构可以采用机械锁紧的形式，也可以采用受控磁吸的方式——在移动过程中降低磁力或消除磁力，使伸缩组件相对于转盘2灵活移动，而在装配过程中增强磁力，从而实现伸缩组件与转盘2的牢固连接。

针对于不同规格的第二螺纹件，例如具有三角螺栓头、六角螺栓头的螺栓，或者具有不同公称直径的螺栓，在一些实施例中，拧紧头3具有多种不同规格，拧紧头3可替换地连接于伸缩组件远离转盘2的一侧，以实现对不同规格的螺纹副的紧固操作。

为了实现对紧固装置的自动控制，在一些实施例中，紧固装置还包括：

启动按钮11，设置于底座1；以及

微型计算机13，通信连接于电动机7、伸缩组件、拧紧头3、卡钳6和启动按钮11；

其中，微型计算机13被配置为：响应于启动按钮11发出的开启指令，控制卡钳6松开转盘2；控制电动机7驱动转盘2旋转至设定角度后，控制伸缩组件伸至设定长度；以及控制拧紧头3以预设的拧紧力矩旋转第二螺纹件。

此时对电动机7的控制可以基于环状分布的螺纹副之间的角度差来确定，也即在完成对一个螺纹副的紧固工作后，输入电机的运行时间或转盘2的旋转角度，从而继续地对下一个螺纹副进行紧固。当然，对于环状分别且彼此周向夹角一致的多个螺纹副而言，在一些实施例中，环状分布的多个第一螺纹件沿圆周均匀分布，微型计算机13被进一步配置为：

根据输入的多个第一螺纹件的数量和最靠近卡钳6的第一螺纹件与转盘2的水平中心线的夹角，计算每个第一螺纹件的周向位置；

根据计算得到的每个第一螺纹件的周向位置，控制转盘2旋转对应的角度；以及

在转盘2旋转前，控制伸缩组件处于收缩状态，而在转盘2旋转后，控制伸缩组件伸至设定长度。

因此，根据本公开实施例，通过电动机7驱动转盘2转动，再通过伸缩机构实现拧紧头3的前进与后退，最后通过拧紧头3的旋转实现螺纹副的紧固。由此，本公开实施例能够实现环状分布螺纹副的自动拧紧工作，提高螺纹副的装配效率和装配精度，进而提升发动机的整体装配可靠性。

以下结合附图对本申请做进一步描述：

如图1所示，一种环形分布螺纹副的紧固装置，由底座1、电动机7、卡钳6、配重块5、拧紧头3、转盘2、转盘轴9、联轴器10、电机轴8、微型计算机13、启动按钮11和三个液压伸缩杆12组成。

启动按钮11和微型计算机13安装在底座1的侧边，转盘2安装在底座1的滑轨中，三个液压伸缩杆12组成的伸缩机构与配重块5经转盘2圆心对称安装，卡钳6安装在底座1滑轨的上部，转盘轴9与电机轴8通过联轴器10连接。

如图2所示，电动扭力扳手5安装在伸缩机构前部。

如图3所示，三个液压伸缩杆12呈等边三角形分布，拧紧头3前端的六角螺栓套筒轴线经过伸缩机构的中心。

如图4所示，转盘2的滑动轨道安装在底座11上。

如图5所示，微型计算机13的信号输入端连接启动按钮11，信号输出端分别连接电动机7、卡钳6、拧紧头3和三个液压伸缩杆12。

以下以六角螺栓-螺纹孔所组成的螺纹副为例进行说明：

环形均布六角螺栓紧固装置工作时，圆形端盖与转盘2同轴，伸缩组件在转盘2的回转半径与圆形端盖上螺纹孔的回转半径一致，将圆形端盖上螺纹孔的个数及起始螺栓孔与水平中心线的夹角值输入微型计算机13中，微型计算机13计算出所有螺栓孔所在位置，按下启动按钮11，电动机7带动转盘2旋转，使拧紧头3由竖直位置转至水平位置且靠近卡钳6侧。

将指定规格的六角螺栓放入拧紧头3的六角螺栓套筒内，再次按下启动按钮11，微型计算机13将起始螺栓孔的位置指令发送给电动机7，电动机7旋转到位，卡钳6卡紧转盘2，伸缩机构伸长，同时拧紧头3旋转六角螺栓套筒，六角螺栓旋入螺纹孔，达到指定力矩，紧固第一个六角螺栓。随后，伸缩机构收缩，卡钳6松开，完成一次循环。

重复上述动作，拧紧头3先由所在位置转至水平位置，微型计算机13依次将螺栓孔的位置指令发送给电动机7，电动机7依次将拧紧头3旋转至指定位置，拧紧头3依次紧固六角螺栓，直至最后一个六角螺栓紧固完成，所有部件复位。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种环状分布螺纹副的紧固装置，所述螺纹副包括环状分布的多个第一螺纹件和与之配合的第二螺纹件，其特征在于，所述紧固装置包括：

底座(1)；

转盘(2)，绕第一轴线可旋转地设置于所述底座(1)，且所述第一轴线经过多个所述第一螺纹件所在圆周的圆心位置；

拧紧头(3)，绕第二轴线可旋转地设置于所述转盘(2)朝向于所述第一螺纹件的一侧，并可传递转矩地连接所述第二螺纹件；以及

伸缩组件，可伸缩地连接于所述转盘(2)和所述拧紧头(3)之间，且伸缩方向垂直于所述转盘(2)的盘面；

其中，所述第一轴线与所述第二轴线互相平行，所述伸缩组件包括：

三个液压伸缩杆(12)，彼此等间距地垂直设置于所述转盘(2)，两端分别连接所述转盘(2)和所述拧紧头(3)，且三个所述液压伸缩杆(12)在所述转盘(2)的投影的中心经过所述第二轴线。

2.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，还包括：

配重块(5)，设置于所述转盘(2)朝向于所述第一螺纹件的一侧，与所述伸缩组件相对于所述转盘(2)的圆心对称设置，且重量等于所述拧紧头(3)和所述伸缩组件的重量之和。

3.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，还包括：

卡钳(6)，设置于所述底座(1)，可松开或压紧所述转盘(2)，从而控制所述转盘(2)旋转的启停。

4.根据权利要求3所述的紧固装置，其特征在于，所述拧紧头(3)对所述第二螺纹件的拧紧力矩可预设，以使所述第二螺纹件以设定力矩与所述第一螺纹件相结合。

5.根据权利要求4所述的紧固装置，其特征在于，还包括：

电动机(7)，固定设置于所述底座(1)，包括向外输出功率的电机轴(8)，所述电机轴(8)朝向于所述转盘(2)设置并指向所述转盘(2)的中心；以及

转盘轴(9)，第一端通过联轴器(10)与所述电机轴(8)可传扭地连接，第二端穿设于所述转盘(2)的中心，并设有传动键，用以在所述转盘(2)与所述转盘轴(9)之间传递转矩。

6.根据权利要求5所述的紧固装置，其特征在于，所述伸缩组件在所述转盘(2)的设置位置相对于所述转盘(2)的中心可调，从而实现对不同半径的环形分布的所述第一螺纹件的紧固操作。

7.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述拧紧头(3)具有多种不同规格，所述拧紧头(3)可替换地连接于所述伸缩组件远离所述转盘(2)的一侧，以实现对不同规格的螺纹副的紧固操作。

8.根据权利要求5所述的紧固装置，其特征在于，还包括：

启动按钮(11)，设置于所述底座(1)；以及

微型计算机(13)，通信连接于所述电动机(7)、所述伸缩组件、所述拧紧头(3)、所述卡钳(6)和所述启动按钮(11)；

其中，所述微型计算机(13)被配置为：响应于所述启动按钮(11)发出的开启指令，控制所述卡钳(6)松开所述转盘(2)；控制所述电动机(7)驱动所述转盘(2)旋转至设定角度后，控制所述伸缩组件伸至设定长度；以及控制所述拧紧头(3)以预设的拧紧力矩旋转所述第二螺纹件。

9.根据权利要求8所述的紧固装置，其特征在于，环状分布的多个所述第一螺纹件沿圆周均匀分布，所述微型计算机(13)被进一步配置为：

根据输入的多个所述第一螺纹件的数量和最靠近所述卡钳(6)的所述第一螺纹件与所述转盘(2)的水平中心线的夹角，计算每个所述第一螺纹件的周向位置；

根据计算得到的每个所述第一螺纹件的周向位置，控制所述转盘(2)旋转对应的角度；以及

在所述转盘(2)旋转前，控制所述伸缩组件处于收缩状态，而在所述转盘(2)旋转后，控制所述伸缩组件伸至设定长度。

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