CN221337451U - 一种数字化楔形键精密装配仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字化楔形键精密装配仪器，涉及楔形键精密装配技术领域。其包括底板，还包括定位模块和装配模块；底板上设有位于同一条直线上的定位导轨和压紧导轨；其中定位模块约束于定位导轨中并且可沿定位导轨自由移动；装配模块约束于装配导轨中并且可沿装配导轨自由移动；装配模块包括传动基座、丝杠和顶头；传动基座设有轴孔，近定位模块的轴孔一端设有固定工装；丝杠从轴孔另一端插入并螺纹连接，其末端与位于轴孔中的顶头连接；丝杠的首段与手轮固定连接。本实用新型操作一致性，以及便于后续自动化装配。做到装配有依据检验有数据，满足航空产品可追溯性要求，为精益生产提供了工艺技术支撑。

Description

一种数字化楔形键精密装配仪器

技术领域

本实用新型涉及楔形键精密装配技术领域，尤其是小型楔形键传动结构的可视化精密装配仪器

背景技术

楔形键传递扭矩的原理是通过楔形键的楔入使之与轴、孔发生一定的弹性变形，相当于轴、孔之间产生一定过盈配合，使其产生较大的摩擦力将轴与套牢固贴合，用于传递扭矩，同时兼具轴向固定作用。一般应用于小型传动齿轮、联轴器的轴、孔联接结构中，具有结构简洁、紧凑，传递扭矩大的特点。

传统装配工艺中，利用装配工装。存在楔形键压入的有效接触面积、压入扭矩值没有检测数据，装配靠技能靠经验等问题，给产品质量造成隐患。并且天线在使用中出现楔形键脱落现象，造成质量事故且一直没有有效手段。

实用新型内容

针对上述问题，迫切需要一种直观、数据量化、可控的装配设备。一种数字化楔形键精密装配方法，是为了解决装配可量化，操作一致性，以及便于后续自动化装配。做到装配有依据检验有数据，满足航空产品可追溯性要求，为精益生产提供了工艺技术支撑。

基于上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种数字化楔形键精密装配仪器，包括底板，还包括定位模块和装配模块；

所述底板上设有位于同一条直线上的定位导轨和压紧导轨；其中定位模块约束于定位导轨中并且可沿定位导轨自由移动；所述装配模块约束于装配导轨中并且可沿装配导轨自由移动；

所述装配模块包括传动基座、丝杠和顶头；所述传动基座设有轴孔，近定位模块的轴孔一端设有固定工装；所述丝杠从轴孔另一端插入并螺纹连接，其末端与位于轴孔中的顶头连接；所述丝杠的首段与手轮固定连接。

进一步的，所述定位模块包括定位基座、分体式V型铁和调整杆；所述定位基座的顶部设有导向槽，分体式V型铁的两个组件均位于导向槽中；所述分体式V型铁的两个组件底部均设有螺孔，调整杆与两个螺孔螺纹连接；所述调整杆与两个螺孔对应的螺纹段螺纹旋向相反。

进一步的，所述导向槽的延伸方向垂直于定位导轨所在的直线。

进一步的，所述定位模块和定位导轨均设有两个，且两者一一对应；定位模块约束于对应的定位导轨中。

进一步的，还包括测量模块；所述测量模块包括显示单元、压力传感器和电源单元；其中，压力传感器用于将将装配过程中所受到的压紧力测量，显示单元将压力传感器数值实时显示，电源单元给压力传感器和显示单元供电。

进一步的，还包括推杆，所述推杆位于轴孔中，其一端通过压力传感器与丝杠末端轴承连接，另一端通过磁吸结构与顶头连接。

进一步的，所述测量模块还包括逻辑判断单元和数据库；所述数据库中保存有楔形键与齿轮锥面的接触面积与压入力的转换模型作为标准的楔形键参数，楔形键参数包括型号和压力值；所述数据库通过逻辑判断单元与显示单元连接，压力传感器与逻辑判断单元连接。

进一步的，所述逻辑判断单元实现压力实测值与理论值的对比，并通过显示单元显示是否符合标准的结果。

与现有技术相比，本实用新型的优势在于：

本实用新型可以有效地实现小型楔形键精密化可视化装配，并且具有显示直观，降低对操作者的技能要求，便于标准化和自动化操作的特点。

本实用新型采用的技术方案各模块技术成熟，可实施性强。

本实用新型采用的技术方案具有较强的适用性，适宜推广，尤其适用于批量化生产的一致性保证。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是图1的底板结构示意图。

图3是图1中定位调整装置结构示意图。

图4是本实用新型实施例的设备结构图。

图5是本实用新型实施例传动压紧装置示意图。

图6是本实用新型实施例的使用状态俯视图。

图7是本实用新型实施例的使用状态正视局剖图。

图8是本实用新型实施例接触面积—压入力转化关系示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

如图1至图所示，本实施例包括电源模块1、显示模块2、压力传感器3、机械模块4和外壳5。其中，

电源模块1——给压力传感器和显示模块供电；

显示模块2——将压力传感器数值等结果显示；

压力传感器3——将装配过程中所受到的压紧力测量并反馈；

机械模块4——调整待装配件的位置，提供压入力并实现压紧装配；

外壳5——提供封装和其他模块的装入基础。

机械模块再细分，包括：

底板4-1，定位调整装置4-2，传动压紧装置4-3。其中，

底板4-1为定位调整装置4-2和传动压紧装置4-3提供安装基础，并与外壳5螺连固定(图中4-1-1是安装孔)。其上有3组滑轨，2组是提供给定位调整装置的(图中4-1-2)，1组是提供给传动压紧装置的(图中4-1-3)。

定位调整装置4-2由挡板4-2-1、基座14-2-2、分体式V型铁4-2-3和调整杆4-2-4组成，该装置主要为适应不同长度、不同直径的驱动装置(待装入件)，将其调整至合适的高度，并提供足够的支撑。具体地，

通过基座I4-2-1带动两组分体式V型铁4-2-3机构通过底板4-1上的滑轨4-1-2实现沿底板长度方向的平移，从而实现对不同长度待装入件的合理支撑。

通过调整螺杆4-2-4的旋转(螺杆上两端螺纹为不同旋向的)，带动分体式V型铁4-2-3同步向内收缩或向外张开。从而实现对不同直径的待装入件的高度调整，待装入件中的楔形键尽可能与压紧方向的轴线重合。(尤其是用于拆卸时)。

挡板I4-2-1的作用，安装在底板4-1的下方，与基座I4-2-2将底板4-1夹在中间；挡板4-2-1与基座I4-2-2螺连，防止其从底板4-1滑动时脱出。

分体式V型铁4-2-3下部截面是T型的，基座I4-2-2是T型槽，V型铁4-2-3通过基座I4-2-2的T型槽实现滑动平移。

传动压紧装置4-3，包括基座II4-3-1、固定工装4-3-2、顶头4-3-3、推杆4-3-4、压力传感器3、安装座4-3-5、挡块24-3-6、丝杠4-3-7、丝母4-3-8、手轮4-3-9和拆卸头4-3-9组成。其中，

基座II4-3-1是传动压紧装置的安装基础，同时也是与外壳5的连接件(螺连)。

固定工装4-3-2实现对待装入件的固定，约束其在压紧时沿压入方向的移动。其端部开U型槽，开口槽可以实现待装入件的装入和退出，U型的半圆弧是为了适应待装入件的外圆特征，为其提供接触支撑。

顶头4-3-3与推杆4-3-4做成分体可拆卸的，主要是考虑楔形键的拆卸。推杆4-3-4端头装有磁铁，可实现对顶头4-3-3和拆卸头4-3-10的快速更换。顶头4-3-3和拆卸头4-3-10的区别在于，拆卸头4-3-10工作一段设计成带有一段D型截面的轴(截面积等于或略小于待拆卸件中电机轴的截面积)。

推杆4-3-4一端与顶头4-3-3通过磁铁连接，另一端与压力传感器3螺连。

压力传感器3一端与推杆4-3-4螺连，另一端与安装座4-3-5螺连。

安装座4-3-5一端与压力传感器3螺连，一端与丝杆4-3-7通过挡块4-3-6螺连固定。

丝杠4-3-7将手轮(4-3-9)的回转运动转换为直线运动，并向前逐级推动安装座4-3-5带动压力传感器3、推杆4-3-4和顶头4-3-3沿底板4-1上的导轨4-1-3平移，实现对楔形键的接触压紧(反向时为分离)。

图6、图7为常用的案例，将驱动装置(也就是上面提到的待装入件)中的楔形键压力的过程。

楔形键带有1:100的小锥度，与其配合使用的尺寸的键槽也设计成1:100的锥度。安装原理为，首先将电机轴(端部一定长度范围内的截面为D型的)和齿轮内孔调整至理论位置，并用固持胶将其粘接；然后采用工装将其尺寸一端固定(非楔形键装入面)，从而实现了对电机轴的固定，并且避免了压紧楔形键过程中对电机轴直接施加力造成损坏；最后，将楔形键小头插入电机轴与齿轮键槽形成的空间内，借助一定外力实现对楔形键缓慢平稳的压入(避免对待装入件造成损伤)。

本实施例的数据库建立了楔形键装配压入时，楔形键/齿轮锥面的“接触面积——压入力”的转换模型，实现了采用压入力作为评价指标的判据转换；该转换模型的数据通过试验确定，同时为便于指导生产，以表格数据形式呈现(如图8所示)。

楔形键的压入过程，是克服楔形键与齿轮锥面、楔形键与电机轴接触平面之间的摩擦力的过程，在以下条件下，可将该过程进行进一步简化：

1)压入过程较平稳，即为匀速运动，加速度为0。

2)楔形键与电机轴接触平面均为较平整光洁表面，完全“接触”。

3)楔形键与齿轮锥面由于加工误差问题，无法保证配合的锥面完全接触，需要修配保证足够的接触面积以提供足够的摩擦力防止楔形键脱出。只有发生接触的表面才能产生摩擦力，因此，按照“化整为零，积零为整”的思路，将配合的锥面分割成足够小的等面积接触单元，通过1和0分别对产生摩擦力和不产生摩擦力的接触单元进行赋值。

4)楔形键锥面的修配，只是对部分微小凸起进行修磨，未改变锥面的角度。

则楔形键的压入过程可简化为：

f_锥面+f_平面-F_压入＝ma＝0

其中，

i—发生接触的接触单元个数，j—在理论接触面内但未发生实际接触的接触单元个数；

C—对于特定的楔形键装配产品，表面接触面积一定，表面粗糙度一致，则该值为一定制，取常数C。

由此，可直观看出，压入力的大小与理论上与接触面单元个数成正比，线性递增的关系，即接触面越大，需要的压入力也越大，这也是符合实际情况的。

为指导生产，通过制作不同接触面积的楔形键，并用集成各模块的装置测出压力值作为参考数据(图中80％对应合格线)，通过与参考数据的对比来间接判断接触面的程度。需要说明的是，压入力的单位可选择N、MPa、KN、T、Kg。

此外，进一步地，可将试验数据进行拟合处理，得到曲线形式的连续性数据，需要注意的是，拟合后的数据由于引入了简化条件中所列的影响，以及整个装置的各项误差，曲线不一定是一条严格的线性曲线。

压入力的大小通过在机械传动机构中增加压力传感器1测得，并通过显示模块2直观反馈给操作者。

若所示，在机械传动机构中布设一个压力传感1，通过手轮转动带动丝杠副传动，提供楔形键压入方向的直线运动，过程中楔形键与电机轴/齿轮锥面的摩擦力会以反作用力的形式反馈给压力传感器。压力传感器测量结果通过显示模块对外反馈。

通过定位夹紧模块实现了操作者对楔形键与压入力方向的对中性控制与装配压入前准备工作的规范性。

通过转动手轮，经丝杠副传递，将手轮的回转运动转化为沿楔形键长度方向的直线运动，从而实现压入力的施加。

为进一步控制传动的平稳性，可将手动的手轮用驱动电机等代替，通过开关实现一键传动的自动化模式，该方案下可增加电流监测模块记录传动的平稳性，并增加限位装置等辅助机构来适应压入停止的自动控制。

为进一步控制传动的平稳性，可将手动的手轮用驱动电机等代替，通过开关实现一键传动的自动化模式，操作者只需将楔形键及待装件放入初始位置后，机械模块便可在重力传感器、位置传感器等的检测与反馈下实现自动调整；待调整到位后发出指令驱动丝杠副转动，将楔形键压入键槽内。该方案下可增加电流监测模块记录传动的平稳性，并增加限位装置等辅助机构来适应压入停止的自动控制。

通过显示模块将传感器测得的压力值进行对外反馈。可增加逻辑判断功能，实现实测值与理论值的对比，通过增加灯光显示模块或者声音播报模块实现判断结果的对外反馈。

定位夹紧模块中V型铁和滑轨结构可实现待装件在X-Y-Z三个方向的调整，通用性强，减少了对操作者的技能要求，实现标准化。进一步地，可增加视觉检测模块、逻辑判断模块、驱动模块等实现定位夹紧的自动化操作。

压入力的施加通过转动手轮，经丝杠副传递，将回转运动转化为沿楔形键长度方向的直线运动，从而实现压入力的施加。进一步地，为进一步控制传动的平稳性，可将手动的手轮用驱动电机等代替，通过开关实现一键传动的自动化模式，该方案下可增加电流监测模块记录传动的平稳性，并增加限位装置等辅助机构来适应压入停止的自动控制。

数字显示模块将压力传感器所测值以数字形式展示在显示屏上，直观地判断是否合格；或者进一步地，增加逻辑判断功能，自动实现实测值与理论值的对比，通过增加灯光显示模块或者声音播报模块反馈给操作人员/检验人员。

Claims (8)

1.一种数字化楔形键精密装配仪器，包括底板，其特征在于，还包括定位模块和装配模块；

所述底板上设有位于同一条直线上的定位导轨和压紧导轨；其中定位模块约束于定位导轨中并且可沿定位导轨自由移动；所述装配模块约束于装配导轨中并且可沿装配导轨自由移动；

所述装配模块包括传动基座、丝杠和顶头；所述传动基座设有轴孔，近定位模块的轴孔一端设有固定工装；所述丝杠从轴孔另一端插入并螺纹连接，其末端与位于轴孔中的顶头连接；所述丝杠的首段与手轮固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种数字化楔形键精密装配仪器，其特征在于，所述定位模块包括定位基座、分体式V型铁和调整杆；所述定位基座的顶部设有导向槽，分体式V型铁的两个组件均位于导向槽中；所述分体式V型铁的两个组件底部均设有螺孔，调整杆与两个螺孔螺纹连接；所述调整杆与两个螺孔对应的螺纹段螺纹旋向相反。

3.根据权利要求2所述的一种数字化楔形键精密装配仪器，其特征在于，所述导向槽的延伸方向垂直于定位导轨所在的直线。

4.根据权利要求2所述的一种数字化楔形键精密装配仪器，其特征在于，所述定位模块和定位导轨均设有两个，且两者一一对应；定位模块约束于对应的定位导轨中。

5.根据权利要求1所述的一种数字化楔形键精密装配仪器，其特征在于，还包括测量模块；所述测量模块包括显示单元、压力传感器和电源单元；其中，压力传感器用于将装配过程中所受到的压紧力测量，显示单元将压力传感器数值实时显示，电源单元给压力传感器和显示单元供电。

6.根据权利要求5所述的一种数字化楔形键精密装配仪器，其特征在于，还包括推杆，所述推杆位于轴孔中，其一端通过压力传感器与丝杠末端轴承连接，另一端通过磁吸结构与顶头连接。

7.根据权利要求6所述的一种数字化楔形键精密装配仪器，其特征在于，所述测量模块还包括逻辑判断单元和数据库；所述数据库中保存有楔形键与齿轮锥面的接触面积与压入力的转换模型作为标准的楔形键参数，楔形键参数包括型号和压力值；所述数据库通过逻辑判断单元与显示单元连接，压力传感器与逻辑判断单元连接。

8.根据权利要求7所述的一种数字化楔形键精密装配仪器，其特征在于，所述逻辑判断单元实现压力实测值与理论值的对比，并通过显示单元显示是否符合标准的结果。