[发明专利]一种悬挂式航空发动机主单元体对中装配机械系统

摘要

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。

主权项

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)是由第一滚珠螺杆螺母结构(12)、第一螺母固定座(13)、直线导轨(14)、第一滑块(15)、升降装置动平台(16)、第一支撑座(17)、第一联轴器(18)、第一减速器(19)和第一伺服电机(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；第一滑块(15)安装在直线导轨(14)上，上部与升降装置动平台(16)连接；第一滚珠螺杆螺母结构(12)安装在两个第一支撑座(17)上，其一端通过第一联轴器(18)与第一减速器(19)相连；第一减速器(19)另一端与第一伺服电机(20)连接；升降装置动平台(16)下部与第一螺母固定座(13)连接；第一滚珠螺杆螺母结构(12)的螺母固定在第一螺母固定座(13)中；其中，该第一滚珠螺杆螺母结构(12)选用现有产品；该第一螺母固定座(13)上有螺母安装孔，上部加工有螺纹孔；该第一滑块(15)的型号是HGW55HAZOP；该升降装置动平台(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；该第一支撑座(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；该第一联轴器(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；该第一减速器(19)选用现有产品；该第一伺服电机(20)选用现有产品；所述拉力调节装置水平进给机构(3)是由第二滚珠螺杆螺母结构(21)、第二螺母固定座(22)、直线导轨(14)、第二滑块(23)、吊具动平台(24)、第二支撑座(25)、第二联轴器(26)、第二减速器(27)和第二伺服电机(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；第二滑块(23)安装在直线导轨(14)上，上部与吊具动平台(24)连接；第二滚珠螺杆螺母结构(21)安装在两个第二支撑座(25)上，其一端通过第二联轴器(26)与第二减速器(27)相连；第二减速器(27)另一端与第二伺服电机(28)连接；吊具动平台(24)下部与第二螺母固定座(22)连接；第二滚珠螺杆螺母结构(21)的螺母固定在第二螺母固定座(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，该第二滚珠螺杆螺母结构(21)，与第一滚珠螺杆螺母结构(12)相同；该第二螺母固定座(22)上有螺母安装孔，上部加工有螺纹孔；该第二滑块(23)与第一滑块(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；该第二支撑座(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第一支撑座(17)相同；该第二联轴器(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第一联轴器(18)相同；该第二减速器(27)与第一减速器(19)相同；该第二伺服电机(28)选用现有产品的型号与第一伺服电机(20)相同；所述调姿平台升降机构(4)由梯形丝杠螺母结构(29)、直线光轴(30)、丝杠\光轴支架(31)、第三减速器(32)、第三伺服电机(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：所述梯形丝杠螺母结构(29)和直线光轴(30)平行安装在丝杠光轴支架(31)上；所述梯形丝杠螺母结构(29)一端与所述第三减速器(32)连接，该第三减速器(32)一端与第三伺服电机(33)相连；梯形丝杠螺母结构(29)中的螺母又固定在升降装置动平台(16)的固定孔中，所述直线光轴(30)穿过所述升降装置动平台(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，该调姿平台升降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，该梯形丝杠螺母结构(29)为牙型梯形螺纹，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；该第三减速器(32)与第一减速器(19)相同；该第三伺服电机(33)选用的产品型号与第二伺服电机(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，由六自由度运动平台的动平台(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)又与所述六自由度运动平台的动平台(36)连接；该六自由度运动平台的动平台(36)，通过六个所述伺服电动缸(38)的协同伸缩运动，实现所述六自由度运动平台的动平台(36)的六个自由度运动，从而实现调姿的目的；其中，所述六自由度运动平台的动平台(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)、第三螺母固定座(43)、直线导轨(14)、第三滑块(45)、第三滚珠螺杆螺母结构(46)、第三支撑座(47)、挠性联轴器(48)、第四减速器(49)、减速器安装座(50)、第四伺服电机(51)组成；它们之间的相互关系是：所述直线导轨(14)通过螺纹连接固定在所述底座(41)两侧；所述第三滚珠螺杆螺母结构(46)通过所述两个第三支撑座(47)固定在基座上，其一端通过所述挠性联轴器(48)与所述第四减速器(49)相连，所述第四减速器(49)另一端与所述第四伺服电机(51)连接；所述动平台(42)与所述第三螺母固定座(43)与所述第三滚珠螺杆螺母结构(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)四角均固定有所述第三滑块(45)，该第三滑块(45)与所述直线导轨(14)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；该第三螺母固定座(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(14)采用四列式单圆弧牙型接触，其型号为HGH30CA2R660ZOP；该第三滑块(45)的型号是：HGH30CAZOP；该第三滚珠螺杆螺母结构(46)与第一滚珠螺杆螺母结构(12)相同；该第三支撑座(47)的中心孔中固定有滚动轴承，两端有四个安装孔，其选用的型号与第一支撑座(17)和第二支撑座(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第一联轴器(18)、第二联轴器(26)相同；该第四减速器(49)与第一减速器(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；该第四伺服电机(51)选用的产品型号与第二伺服电机(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水平进给机构和所述转接工装之间；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，其型号与第二伺服电机(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，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；所述调姿平台水平进给机构(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。