某试用机襟翼装配型架的设计（总体结构）

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1、某试用机襟翼装配型架的设计（总体结构） 某试用机襟翼装配型架的设计(总体结构)前言 装配型架是具有独立的定位系统,而不依靠另一种工艺装配或产品来完成本工艺阶段的定位装配。它们是一些专用生产装备,在完成飞机产品从零组件到部件的装配以及总装配过程中,用以控制起形状几何参数,且具有定位功能。装配型架设备是其中主要的一类。型架的种类很多,按其用途换或工作性质可划分装配型架、对合型架、精加工型架、检验型架等。按装配对象的连接方法,有可将装配型架划分为铆接装配型架、胶结装配型架、焊接装配型架等。装配型架按工序又可划分组合件装配型架、板件装配型架、段件装配型架、部件装配型架等。装配型架的主要功用是:保证产品

2、的准确度及互换性。 即保证进入装配的零件,组合件,板件或是段件在装配时定位准确,保持其正确形状和一定的工艺刚度,以便进行连接,在装配过程中限制其连接变形,使连接装配后的产品符合图纸及技术的要求,即满足产品准确度及互换协调的要求。改善劳动条件,提高装配工作生产率,降低成本。 由于飞机形状复杂,刚度又小,在飞机装配工作中采用型架,就能发挥夹具定位夹紧迅速可靠地效果。通过装配型架将工件安装在适当的工作位置,操作方便,提高工作效率。 本次毕业设计课题是“某试用机襟翼装配型架的设计”,该设计的型架是一种典型的生产装备,是铆接装配型架,对保证襟翼前、后缘的外形和相关的接头位置准确度起着不可缺少的作用。 该

3、试用机为单发动机、下单翼、固定式前三点起落架飞机,装用美国莱康明公司生产的400匹马力活塞式发动机和美国哈扎尔公司生产的恒速变距三叶金属螺旋桨。该试用机的尺寸数据:上翼展18.76米,下翼展14.236米,机长12.74米,机高6.1米,上翼面积43.6平方米,下翼面积28平方米;该机重量数据:空重(基本型)3266千克,正常起飞重量5250千克,燃油重量900千克;其性能数据:最大平飞速度(高度1750米)256千米/小时,巡逻速度140-220千米/小时,海平面最大爬升率2.9米/秒,实用升限4500米,起飞滑跑距离153米,着陆滑跑距离173米,航程845公里。该机主要用于农作物的飞行作

4、业,森林防火及农业病虫防治,经简单改装后还可以进行地质探测、空中摄影、航空体育训练和航空旅游等作业,具有使用成本低,使用范围广,作业能力强,操作性好,安全性高等特点。图.1 某试用机机型飞机的组成2.1飞机机体结构 常规布局飞机的机体结构有机翼、尾翼、动力装置、起落架等构件组成。某些特殊布局的飞机会省掉一些部件,如无尾式飞机没有水平尾翼、飞翼式飞机没有水平尾翼甚至垂直尾翼等,但是这些特殊布局的飞机必定会另外采用相应的装置来实现所省略部件的功能。图.2 飞机机体结构示意图飞机结构的一般要求:1)空气动力要求:外形准确度、表面质量;2)质量和强度、刚度;3)抗疲劳破坏能力;4)可靠性和生存性; 5

5、)使用维护要求。 2.2 机翼 机翼是飞机最重要的部件之一,起主要功用是产生升力,同时机翼内部可以用来装置油箱和设备等,在机翼上还安装有改善起降性能的增升装置和用于飞机侧向操纵的副翼,很多飞机的起落架和动力系统也固定在飞机机翼上。 机翼的分类:梁式机翼; 单块式机翼; 整体壁板式机翼。 2.2.1梁式机翼(薄蒙皮骨架式机翼) 梁式机翼的组成:纵向骨架 横向骨架 蒙皮 接头.纵向骨架:指沿翼展方向的构件,包括翼梁、纵樯、桁条横向骨架:指沿翼弦方向安置的构件,主要包括翼肋蒙皮:通常用硬铝板材制成,用铆钉或粘结剂固定于纵横向骨架上,形成光滑的表面。2.2.2单块式机翼 随着飞行速度的提高,机翼的局部

6、空气作用力增大,需要增加蒙皮的厚度和桁条的数量,这样,蒙皮和桁条共同组成的壁板就能抵抗大部分变形,此时翼梁已经不是重要的抗弯构件,这种机翼称单块式机翼。 2.2.3整体壁板式机翼 单块式机翼的壁板式铆接,其零件数量较多,而且表面质量较差,高速飞行时阻力较大。因此又发展了由若干整体壁板组成而成的整体壁板式机翼。整体壁板式机翼试将蒙皮与横向骨架,纵向骨架合并形上下两块整体壁板,然后用铆接或其他方式连接起来,形成一块完整的机翼本次毕业设计的襟翼装配型架所装配的襟翼采用的是梁式机翼类,在这里着重介绍襟翼。 襟翼特指现代机翼边缘部分的一种翼面形可动装置,襟翼可装在机翼后缘或前缘,可向下偏转和向后(前)滑

7、动,其基本效用是在飞行中增加升力,襟翼的分类可分为后缘襟翼、前缘襟翼、开缝襟翼。 前缘襟翼是把后缘襟翼的位置移到机翼的前缘,就变成了前缘襟翼。前缘襟翼与后缘襟翼配合使用可进一步提高增升效果。 开缝襟翼是一条或几条附着在机翼后缘的可动翼片,平时与机翼合为一体,飞机起飞或着着陆时放下。襟翼片能够增加襟翼的面积,改变机翼弯度,同时还会形成一条或是几条缝隙。增加面积可以提高升力,并能减少失速现象的发生。开缝襟翼是襟翼中十分重要的一种,它可以装在飞机前缘上。 本次毕业设计的襟翼装配型架所装配的襟翼属于后缘襟翼,且与机翼后段相连,是通过转动该襟翼角度来增加整个机翼的弯度,从而起到增升效果。通常飞机后缘襟翼

8、是通过襟翼向后滑动(通过滑轨)改变弯度和面积而起到增升效果。但该襟翼增升效果仅仅通过角度来完成,其通过三个转动接头来实现改变襟翼角度来增加机翼的弯度,起到增升效果。该三个襟翼转动接头在本次设计的型架中应加以考虑,并考虑襟翼转动接头与机翼后段转动接头的协调关系。 图.3 飞机襟翼实景图图.4 飞机机翼结构图 2.3 机身 机身是飞机的一个重要部件,主要用于装载、传力,以及把全机各部件连接为一个整体。它的主要功用为: 安置空勤人员、乘客,装载燃油、武器、设备和货物等; 把机翼、尾翼、起落架和发动机连接在一起,形成一架完整的飞机。这些部件通过固定在机身上的接头,把作用在各部件上的载荷都传到机身上,和

9、机身上的其他载荷一起达到全机受力平衡。因此,可以说机身是整架飞机的受力基础。 从空气动力学角度看,机身并不是必要的。如果机翼很大,能将所有设备和成员都装入其内,则可取消机身,这样的飞机称为飞翼。但目前大多数飞机机身依然是机体的主要组成部分。尾翼 飞机尾翼的主要功用是保证飞机的纵向和方向的平衡,并使飞机在纵向和方向两方面具有必要的稳定和操作作用。 尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼包括固定的水平安定面和活动的方向舵组成;而垂直尾翼由固定的垂直安定面和和活动的方向舵组成。 现代跨声速和超声速飞机的水平尾翼一般都采用全动式的,也就是不存在固定的水平安定面,整个水平尾翼都可以活动。有个别飞机垂直尾翼

10、也是全动的,其目的是为了提高飞机在高速飞行时的操纵效能。 本次毕业设计课题是“某试用机襟翼装配型架的设计”,用该型架装配的襟翼部件是梁式机翼类,襟翼是可转动式的,是安装在机翼的后段,与机翼的后段相连接。是通过襟翼1、5、9肋的转动接头与机翼后段转动接头相连,对接方式采用叉耳式接头,襟翼接头为耳片结构形式,机翼后段接头为叉子结构形式。2.5 飞机制造工艺2.5.1飞机制造的基本方法和特点 在飞机制造中为了将那些形状复杂、尺寸大、刚性小、易变形的零件装配形状和尺寸符合设计准确度要求的产品,不但需要采用体现产品形状、尺寸的专用装配型架对产品进行装配,而且不能在同一地、同一装配型架上完成整机的装配工作

11、,需要将其进一步划分为更小的制造单元进行单独制造(即:工艺分离面)。在装配过程中,首先是在初装车间把单个的零件在各种初装型架上,通过铆接、胶接、焊接的方法装配成板件、组件、段件、部件等(这时工艺分离面消失),然后再全部运送到总装车间在总装型架上,通过各部件上的接头装配成整机,同时安装发动机及燃油、液压、传动、航电系统等辅助设备,从而制造出飞机成品。 2.5.2飞机制造工艺装备飞机工艺装备的功用: 飞机工艺装备是飞机制造中必备的一种设备或工具,用来保证飞机产品的质量、提高劳动生产率、减轻劳动强度、降低产品成本,从而提高产品的竞争力。飞机工艺装备的分类: 在飞机生产过程中要用很多各种各样的工艺装备

12、,以及一定数量的标准工艺装备。飞机工艺装备分为两大类:生产工艺装备,这类工艺装备直接用于零件的成型和飞机的装备过程中。例如,模具用于成型零件,型架用于装配零件,标准工艺装备,这类作为生产工艺装备的制造检查和协调的依据。 生产工艺装备:按其在生产中的用途可以分为:毛坯工艺装备、零件工艺装备、装配工艺装备、检验工艺装备、精加工型架、辅助工艺装备。 装配工艺装备: 由于飞机结构不同于一般机械,在它的装配过程中,不能单靠零件自身形状和尺寸的加工准确性来装配出合格的部件,而须采用一些特殊的装配工艺装备。它们是一些专用生产设备,在完成飞机产品从零组件到部件的装配以及总装配过程中,用以控制其形状几何参数,且

13、具有定位功能。装配型架就是其中主要的一类。 本次毕业设计课题“某试用机襟翼装配型架的设计”所设计的型架属于装配工艺装备,也属于典型的铆接装配型架。2.6飞机装配2.6.1设计分离面与工艺分离面 飞机的基体由几十万甚至上百万个零件组成。根据使用功能、维护修理、方便运输等方面的需要,设计人员对整架飞机在结构上要划分为许多部件。飞机的机身、机翼、垂直尾翼、水平尾翼、襟翼、副翼、升降舵、方向舵、发动机舱、各种舱门、口盖等,它们之间的连接一般都是采用可拆卸的连接。这些部件之间所形成的可拆卸的分离面,称为设计分离面。设计分离面是为结构和使用需要而划分的,故也叫使用分离面。 设计分离面划分的部件或组合件,具

14、有外场更换、拆卸检查和维护的要求,因此要求具有较高的互换性。如在更换时须对产品作补偿加工,也应考虑这些补充加工工作能在外场条件下进行,并保证产品的质量和安全。 在装配生产过程中,为了生产需要,还将飞机结构进一步划分,即将部件划分为段件,段件再进一步划分为组合件和板件。机翼的前后段、翼肋、翼梁、壁板、翼尖等,这些板件、段件或组件之间一般采用不可拆卸的连接。这种分离面是为满足工艺过程的要求而划分的,故称为工艺分离面。 工艺分离面划分的各装配单元首先应具备生产互换性。当前飞机生产已进入国际分工协作的时代,同一型号的产品由多个国家几十家工厂共同生产。因此,分工范围就不是按设计分离面而简单划分,而是按零

15、件、组合件、部件划分。合理划分工艺分离面以后,可以明显改善飞机制造工艺性,主要体现在两方面: 1)增加了平行装配工作面,为提高装配工作的机械化和自动化程度创造了条件。目前国内外已大量使用各种型式的自动铆接机,而现有铆接机一般只适用于板件结构,故部件板件化的程度已成为评定结构工艺性的重要指标之一。自动铆接机自动化程度很高,可自动进行钻孔、锪窝、送铆钉、铆接以及铣平埋头铆钉钉头等。铆接机上的自动调平专用托架在计算机控制下可以自动调平,自动确定钉孔位置,还可以进一步自动调整工艺参数,大大提高了装配工作的机械化和自动化程度。 2)改善了装配工作的开敞性,因而提高了装配质量,缩短了装配周期。 以铆接结构

16、为例,当结构划分为板件后,由于开敞性好,连接工作可以采用机械化设备,用压铆代替锤铆,不仅改善了劳动条件,提高了产品质量,还缩短了装配周期。在现代飞机结构中,有些部件的板件化程度高达90%,在自动化生产的条件下,劳动生产率提高了1.353.3倍,装配周期缩短为原来的2/33/4,连接工作的机械化系数提高到80%。 在设计上考虑了的工艺分里面,在生产中是否利用,即是否按此分离面将工件分散装配,还要取决于综合的技术经济分析结果。例如,若机翼前后梁处按设计有工艺分里面,则对于机翼装配可以有两种工艺方案,当产量大时,可将机翼前后两段分别在两个型架上装配,然后此两段在机翼总装型架上与机翼中段的板件及翼肋等

17、装配成机翼;而当试制或产量小时,为了减少型架的品种和数量,机翼前、中、后各段的装配就都在机翼总装型架上完成。 设计分离面的划分,不仅要满足结构上、使用上和生产上的要求,还要满足强度、质量和气动方面的要求。因此,飞机结构划分工作在飞机设计过程中,是一项极为重要的设计任务,需要综合考虑各种因素,分析矛盾的各个方面,以求得合理地结构划分方案。 在本次的型架设计中,襟翼的连接采用的是可拆卸的连接,根据襟翼的使用功能,因此它的分离面是设计分离面,在该试用机的装配方案中将襟翼划分出一个装配单元,也即是工艺分离面,因此襟翼装配型架成为本设计的课题。 2.6.2飞机装配准确度 飞机装配准确度是指装配后飞机机体

18、及部件的几何形状、尺寸等实际数值与设计时所规定的理论数值间的误差。对于不同类型的飞机盒飞机上不同的部位,装配准确度的要求是不是一样的。 飞机的装配准确度一般包括3个方面:(1)飞机空气动力外形的准确度 飞机外形的准确度直接影响到飞机的空气动力性能。因为飞机结构是薄壁结构,大多数零件尺寸大,刚度小,因此飞机外形的准确度在很大程度上取决于飞机装配的准确度。一般来说,飞机翼面类部件比机身部件的外形准确度要求高;各部件最大剖面以前的部分要比最大剖面以后部分的外形准确度要求高。 飞机外形表面上的铆钉头、螺钉头及蒙皮阶差等局部凸凹不平度,即飞机外形表面平滑度也会影响飞机的气动性能。(2)部件之间相对位置的

19、准确度 飞机各种操纵机构的安装准确度将直接影响飞机的各种操纵性能。飞机装配后,应该保证运动机构和结构部分之间有必要的间隙。 机身各段间相对位置准确度的要求主要是要保证同轴度。机身同轴度要求并不高,一般在几毫米以内,但必须保证各段对接处的阶差不超过表面平滑度的要求。 飞机部件与部件连接时,在保证相对位置准确度的同时,还必须保证设计分离面的对接准确度要求。机身与机翼、机身与机身之间的对接,一般采用叉耳式接头或围框式(凸缘式)接头两种形式。叉耳式接头的螺栓孔与螺栓之间一般采用无无公称间隙的高精度配合;对于叉耳配合面,则只能对主要的叉耳接头采用上述高精度配合,其他接头则采用有公称间隙的配合或加补偿垫片

20、。(3)部件内部各零件盒组合件的准确度 这方面的准确度要求指大梁轴线、翼肋轴线、隔框轴线,以及长桁轴线等的实际位置相对于理论轴线位置的偏差。一般规定,梁轴线允许的位置偏差和不平度偏差为0.51.0mm,翼肋和隔框轴线的位置允差为12;长桁轴线的位置允差为2mm。 飞机装配准确度不同于一般机械产品,机械产品由于零件刚度大,连接变形小,故其装配准确度主要取决于零件制造准确度,其装配误差主要由零件制造误差积累而成。而飞机零件一般为钣金零件或薄壁零件,所以飞机装配是由大量刚度较小的零件在空间组合、连接而成,故飞机装配准确度很大程度上取决于装配型架(夹具)的准确度。此外在飞机装配中还有定位和连接产生的应

21、力和变形(如铆接应力和变形、焊接应力和变形),以及装配件从装配型架上取下后产生的变形等。因此在飞机制造中要采取一定的方法和措施,保证飞机装配的准确度要求。 本课题“某试用机襟翼装配型架的设计”所装配的“襟翼”的主要构件包括: 纵向方向布置了襟翼梁、3根长桁;横向方向有19根翼肋、第1、5、9翼肋处各装有襟翼的3个转动接头,外形件有上、下多块蒙皮以及前缘蒙皮。 襟翼部件外形准确度要求高,尤其是襟翼前缘蒙皮空气动力外形准确度有较高的要求,还有襟翼三个转动接头的位置准确度的要求,在型架的设计中,需考虑控制以上各主要零部件准确度的装置。如各种形式的外形定位件、接头定位件,在型架设计中因考虑设置如下定位

22、装置: 1)襟翼的上下蒙皮外形定位件可采用某种形式的卡板(如内卡板、外卡板、半卡板、全卡板); 2)前缘蒙皮的外形定位件可采用某种形式的外形定位件(带有前缘外形,本次设计中最后设计成可移动的外形定位件); 3 襟翼三个转动接头采用某种形式的接头定位器(本次设计中采用了耳片形式定位件); 4)还有直接影响到外形准确度的襟翼梁也需设置定位件。装配型架及其零件设计3.1装配型架的功能及技术要求 飞机装配过程中采用了许多适合飞机结构和生产特点的工艺装配?型架。型架的种类很多,按其用途或工作性质划分有:装配型架、对合型架、精加工型架、检验型架等。其中大量的铆接型架。装配型架又可按其装配对象(工件)连接方

23、法划分为铆接装配型架、胶结装配型架、焊接装配型架等。按目前的技术状况,其中数量最多的是铆接装配型架,因而,这里主要讨论装配型架,装配型架按工序又可以划分为组合件装配型架(夹具)、板件装配型架、部件总装型架等。 装配型架称装配夹具,一般把尺寸较大的称为装配型架,而把尺寸较小的称为装配夹具。二者并无严格明确的界限。本次主要设计的某试用机襟翼襟翼属于装配型架。3.2装配型架3.2.1装配型架的组成装配型架的组成:1)骨架; 2)定位件; 3)加紧件; 4)辅助设备。1)骨架:型架的基体,用以固定和支撑定位件、夹紧件等其他元件,保证各元件的空间位置的准确度及其稳定性。 要求:具有足够的刚度。2定位件:

24、型架的主要工作元件,用以保证元件在装配过程中具有准确的位置。 要求:定位准确可靠,相互协调和使用方便。3)夹紧件:是使工件牢靠的固定在定位件上的加力元件。 要求:装夹迅速可靠(装配中不松脱)、使用方便,不损坏工件表面。4)辅助设备:是为了适应工人在型架操作需要和改善工作条件而配置的一些附属设备。如工作踏板、工作梯、托架、工作台、起重吊挂、地面运输车及照明、压缩空气管路等。 要求:工作方便、安全。本次设计的型架其组成为:1)骨架:框架式,由上下两梁和两根立柱组成2)定位件:襟翼上下蒙皮及前缘蒙皮外形定位器、襟翼三个转动接头定位器、襟翼梁定位器;3)夹紧件:襟翼梁定位件及各种形式蒙皮外形定位件均带

25、有夹紧装置;4)辅助设备:所有卡板打开时吊钩装置。3.2.2装配型架的功用1.保证产品的准确度和互换性; 如本设计中的外形卡板及接头定位器可保证襟翼的外形、襟翼与机翼后段的安装准确度和互换。2.装配型架的成套性和协调性; 本设计中的襟翼型架与机翼后段装配型架的成套性与协调性采用了标准量规协调方式来保证。3.改善劳动条件,提高装配工作生产率、降低成本。3.2.3对装配型架的一般要求1).装配型架的定位件必须有较高的位置准确度(对型架的根本要求)。影响型架定位准确度的因素有以下几项:一、定位件的理论误差;二、定位件在骨架上的安装误差;三、骨架在工作载荷作用下产生的绕度;四、在使用过程中,造成型架准

26、确度不稳定的其他因素。2).提高装配工作效率型架结构应为使用提供方便,有利于装配工作的进行。主要考虑的问题是:一、工件在装配型架上的位置应使工人在最有力的姿态下进行操作 本设计的型架总高度大约2米,使工人大多数情况下在最有力的姿态下操作。二、在保证产品质量的前提下,使型架结构尽可能开敞,以便接近工件,安放零件和装配件下架 根据襟翼的结构,共有1-9根肋,各肋的间距一般大约500mm左右,不会影响工人接近工件操作,因此为保证襟翼的外形准确度,在1-9肋各处均设有外形卡板。9根卡板均设计为可向上打开以安放零件和装配件下架。3).装配型架构造要简单,元件应标准化 型架构造的简化和元件的标准化,对于减

27、少型架的制造及安装工作量,缩短生产准备期和降低成本有着根本的作用。 型架构造还是要便于定期检查,如型架骨架上应装有标准样件和量规,定位用的标高或光学仪器等。3.2.4装配型架的设计原则一)使用性 满足装配工艺要求;定位合理,压紧可靠;工作开敞,操作条件好;定位件及压紧件的操作简单,活动构件应便于开启和工作位置的恢复;产品的上架和出架方式合理。二)协调性 定位系统的设计,应保证工艺装配之间的协调性,并合理确定制造协调方法;要从结构设计上考虑到在工艺装配的制造上能更好的满足工艺装配之间的协调性;对于加入尺寸控制环节的定位件,必须确定合理的定位或转换基准,以减少其安装误差。三)稳定性 刚度合理,重要

28、构建应消除应力;活动定位件的使用位置较稳定;根据产品的尺寸大小和精度要求情况,在工装结构设计上应有消除或减少温度因素,对协调影响的相应措施;工艺装配的尺寸在地坪上的安放,应优先采用“多点可调”支撑,以消除地基下沉对型架准确度的影响或便于恢复型架的总体精度。四)经济性 在满足使用要求的前提下,工艺装配的结构造价较低;在工艺装配结构上应适当考虑到产品改型对其提出的改造可行性;工艺装配的选择及其结构设计,必须处理好新机研制,试制和转批量生产三者的关系;便于工装的故障检修;类似产品(如框、肋等)的工艺装配结构,必须尽量同一化(指结构相似和元件相似或相同),以利于工艺装配的制造;选择合理的制造公差,并具

29、有良好的制造工艺性;尽量采用标准件,优先采用储备的标准件。五)安全性 在产品的定位和压紧过程中,应有必要的保护措施,以防止划伤产品;型架同产品之间必须有足够空间和必要的保护措施,以保证产品在出架时不至因摆动而被碰伤;大型活动构件应有配重或省力装置,操作者的活动区域内,工艺装配零件不得有锐角和锐边,以利于安全;较重的可卸构件应设置起吊装置和存放支承;承力较大的构件,必须经过强度校核。六)先进性 注意采用先进结构和先进工艺方法,以提高工艺装配的使用和降低工艺装配的制造费用。3.3装配型架设计的一般问题3.3.1型架设计的原始资料 在飞机部件的设计阶段,特别是在其工艺性审查过程中,结合对部件装配方案

30、的考虑,对各装配型架的基本方案就有初步的设想。在新机的试制过程中,在拟定部件指令性工艺规程时,基本上确定了所用装配型架的品种、数量及其基本方案。一般来说,在型架设计人员着手设计时,设计要求及技术条件已经基本上确定,以文件形式以于说明了。型架设计任务单;本课题所设计的“襟翼装配型架”的依据来源于“襟翼装配型架”设计任务单。装配件的结构图纸与技术条件;产品装配方案或指令件工艺规程和工艺装配协调图标;型架设计技术条件,其内容包括:在型架内需要完成的工作,进入装配的零件及装配件的定位基准,特别是部件外形和主要接头定位件的形式,定位尺寸(如果是工序尺寸,应注明加工余量)型架的制造依据和安装方法对型架构造

31、的原则性意见。如装配对象在型架内的放置状态、型架骨架的结构形式,最好画出草图在型架内完成装配后,工件的出架方式和方向,出架用的设备对辅助设备的要求,如对冷气管路、照明的布置及其他特殊要求型架元件及结构的标准化资料。3.3.2型架设计的内容和步骤 型架设计与其他机械设计一样,必须首先正确地选择设计基准,根据它确定型架上各个零件和装配件的相对位置,如果基准选择不当,在设计时确定工作尺寸和检验这些尺寸时都将遇到困难,会降低型架准确度和延长安装周期。 一般情况下,应以飞机部件的设计基准作为成套的装配型架和成套的标准工艺装配的设计基准,这样可以避免基准转换时繁杂的计算,也可以消除制造时由于基准转换引起的

32、误差积累。型架设计的内容:型架设计基准的选择;装配对象在型架中的放置位置;选择工作的定位基准,确定主要定位的形式及其布置、尺寸公差的选择;工件的出架方式;型架的安装方法;型架结构形式的确定;骨架刚度验算;型架支承与地基估算;温度对型架准确度的影响。型架设计的步骤:拟定草图或型架设计方案;绘制工作总图;绘制零件图。3.3.3型架设计基准和工艺基准的选择一、设计基准型架设计基准的功能:确定型架上的各个零件和装配件的相对位置。型架设计基准的选择原则:一般以飞机部件的设计基准作为型架的设计基准;相邻部件的装配型架的设计基准要统一;装配型架和标准工艺装配的设计基准要统一;应力要求简化尺寸的计算,以便制造

33、和检验;型架设计基准的选择,要与安装方法相适应 本次课题设计的设计基准是19号肋轴线、襟翼梁轴线、3根长桁轴线以及襟翼转动轴线等为设计基准。 在设计该型架时尽量做到工艺基准与设计基准统一,因此型架的定位件如外形定位件卡板、襟翼梁的定位件、转动接头定位件等的工艺基准就选择了该结构件的设计基准。 由于特殊原因,安装装配型架用的标准工艺装备的基准难于使用设计基准,因此工艺基准与设计基准不统一,但装配型架和标准工艺装配的工艺基准必须统一。二、工艺基准 在装配过程中,一般使用两种装配基准:以骨架为基准或者是以蒙皮外形为基准。 这种以骨架为基准进行装配的方法,其误差积累是“由内向外”,最后积累的误差反映在

34、部件外形上。但当外形要求较严时,即使采取措施也很难满足要求。为此,在结构设计和装配基准上,出现了以蒙皮外形为基准的装配方法。 以蒙皮外形为基准装配的典型结构和装配示意图如图3.5所示。这类结构装配的误差积累是“由外向内”的,积累的误差在内部骨架连接时用补偿的方法来消除。 以蒙皮为基准的装配,可以保证较为严格的外形准确度要求。可以使用蒙皮外形为基准,这时型架采用外卡板。也可以使用蒙皮内形为基准,这时型架采用内卡板。如图.5所示:图.5 以蒙皮外形为基准时的定位方式示意图 显然,采用什么基准进行装配取决于部件的结构。 以蒙皮内形为基准的装配形式与以蒙皮外形为基准装配相似,只是多一个蒙皮的厚度误差,

35、比以骨架为基准的装配形式累积的误差少,外形准确度也得到了提高和保证。因此在基准装配的选择上,装配型架的设计选择了以蒙皮内形为基准的装配形式。 在“某试用机襟翼装配型架设计”当中采用的是以蒙皮外形为基准的定位方式,在设计里能保证外形准确度,如设计中的利用卡板对襟翼蒙皮外形进行加紧定位。 3.3.4定位方式的选择 定位问题也就是在装配过程中,首先要确定零件、组合件、板件、段件之间的相对位置。 在装配工作中,对定位的要求是: (1)保证定位是符合飞机图纸和技术条件中所规定的准确度要求; (2)定位和固定要操作简单且可靠; (3)所用的工艺装备简单,制造费用少。 飞机襟翼包括梁,肋,蒙皮等。 在飞机装

36、配中,常用的定位方法有以下几种: (1)划线定位法:根据飞机图纸用通用量具划线定位。这种方法适用于零件刚度较大,位置准确度要求不高的部分。画线定位效率低,在成批生产中尽量不用或少用这种方法。 (2)装配孔定位法:即按预先在零件上制出的装配孔来定位。装配之前,在各个零件的部分铆钉位置上,预先按各自的钻孔样板分别钻出装配孔,装配孔的直径小于铆钉孔的直径。由于各个零件上装配孔的位置是根据同一个标准制出的,因此能保证装配孔之间的协调。装配孔的数量取决于零件的尺寸和刚度,一般情况下,装配孔的数量不少于两个,对于尺寸大,刚度小的零件,装配孔的数量应适当增加。用装配孔定位的装配方法不需要使用专用夹具,故在成

37、批生产中,在保证准确度前提下,应尽量使用装配孔定位的方法。对一些形状不是很复杂的组合件或板件,如平板、单曲度以及曲度变化不大的双曲度外形板件,都可采用装配孔方法进行装配。 (3)装配夹具(型架)定位法:由于飞机的零件、组合件尺寸大,刚度小,因此,为了进一步零部件之间的协调性和互换性,确保装配准确度,在飞机装配中通常采用装配夹具定位来保证零组件在空间相对准确的位置关系。装配夹具定位是飞机制造中最基本的一种定位方法,他除了起定位作用外,还有校正零件形状和限制装配变形的作用。其特点是定位准确度高,能够保证互换部件的协调,适用范围广。但是生产准备周期长,制造费用大。 (4)基准零件定位法:以产品结构件

38、上的某些点、线、面确定待装配零件的位置。这种装配定位方法简便易行,装配开敞,协调性好,在一般机械产品中大量采用。基准零件一般是先定位或安装好的零件,零件要有足够的刚度及较高的准确度,在装配时一般没有修补或补充等工作。在飞机制造中,液压、气动附件以及具有复杂空间的操纵控制机构等无外形要求的地方,采用这种方法装配定位。另外在对接分离面用这种方法来定位可简化部件或段件的对接型架结构。特点是使用刚性较好,定位准确度要求不高的工件,是一种辅助的定位方法。 (5)接触照相定位法:在腹板等平面上按明胶模线图板1:1地晒出了安装在其上的其他零件的形状和位置线,这些零件各按其本身的位置线定位。特点是定位准确度比

39、划线定位法高,省略了划线工序和工装定位,需要专用接触照相设备。适用于低速飞机的肋、隔框等装配和与外形无关的零件定位(主要为平板件)。 本设计的襟翼装配型架是采用装配夹具(型架)定位法,使用了各种类型的定位件。如1-9肋在型架中的定位是利用卡板确定肋的位置,襟翼前缘蒙皮是利用带有前缘外形的定位件定位,还有转动接头利用型架1、5、9肋处的接头定位器定位。 3.4型架骨架的构造骨架的结构形式包括:1、框架式; 2、组合式;3、分散式;4、整体底座式(多支点可调支承);5、内撑式。图.6 四点支承的框架式型架图.7 三点支承框架式型架图.8组合式型架的骨架图.9 单梁式型架 本次的设计采用的骨架结构形

40、式是框架式,主要介绍框架式: 框架式骨架 框架的固定形式:1)用地脚螺栓固定在专用地基上; 2)直接安放在地坪上,用混凝土固定; 3)通过三点或四点可调(螺栓)支承浮置于地坪上。 型架的重量在1吨以内时,一般使用三点或四点可调支承浮置在地坪上。重量在1-1.5吨时,使用混凝土固定。重量在1.5吨以上时,一般使用地脚螺钉固定在专用地基上。 由于该设计的某试用机的襟翼为小型翼面,其重量不大,其重量大约为0.8吨,根据上述原则判断采用六点可调(螺栓)支承浮置在地坪上,左右各三个点支承,其原因: 由于型架上下翼面各9根肋卡板,共18根卡板,为保证襟翼的下架以及工人铆接操作的方便,18根肋卡板均设置了打

41、开吊钩装置,而工人实际操作时不可能对称的同时打开,有可能影响到整个型架的稳定性,因此,本型架的底座宽度尺寸较大大约1.5米,而整个型架的重心落在底座的中间位置,因此采用六点可调(螺栓)支承。 框架的放置方式有以下三种: (1)竖放式:适用于大尺寸的零件(如大壁板件、机翼总装型架、段件装配型架等)。铆接方便,可节省车间面积; (2)平放式:适用于绝大部分的机身类飞机装配型架; (3)转动式:便于操作,只限于尺寸较小的零件(翼肋、隔等)。 转动式结构又可方便铆接和下架,下架方式虽然是从型架的上方(前缘方向)下架,在实际下架时,为便于工人下架操作,可将型架转动90而方便地从侧面下架。 襟翼装配型架属

42、于机翼装配型架(框架的尺寸为长*宽*高5150mm*1500mm*1620mm),为使工人铆接方便,节省车间空间面积,综合考虑,选择竖放式的放置方式。 综上所述该毕业设计的襟翼装配型架的骨架式采用框架式可调螺栓支承,框架的放置方式是竖放式。3.5定位件及夹紧件3.5.1型架定位件及夹紧件的分类 功能:保证工件的位置准确度。 分类(按所装工件的特点)分型材零件的定位夹紧件和外形定位件及夹紧件。 3.5.2外形定位件及夹紧件 型架卡板定位件是来确定飞机部件的气动力外形的定位件。 外形定位件分类:(1)卡板,包括:1)外卡板; 2)内卡板; 3)半卡板; 4)活动卡板。 (2)内型卡板; (3)包络

43、卡板; (4)型架平板。 卡板和内型板仅能定位某些切面外形,包络板则可定位整个空间曲面外形。卡板及包络板一般位于部件外形的外侧,内型板一般用于定位蒙皮内形。内卡板与内型板的区别只在于后者式外形定位件,而前者对外形表面来说只是个夹紧件。所以内卡板要与外卡板配合使用。 卡板有卡板本体和卡板端头组成,卡板一般都在上、下端头用轴销固定在叉型接头(叉子)上,而叉子又用快干水泥固定在型架骨架的杯形座中,卡板可绕上面的轴销转动。卡板的工作外形?骨架外形卡板端头?有本体材料直接延伸出来,为了增加卡板端头的耐磨性,在固定孔中压入或用快干水泥固定钢衬套卡板的吊挂和平衡装置:对焦中较大的向上打开的卡板,为操作安全和

44、减轻劳累应给卡板装上保险和附设备装置图.10 卡板结构图卡板的工作外形及位置的确定: 卡板的工作表面可以是飞机的蒙皮外形,也可以是骨架外形。在一些以骨架为基础的装配型架上,有时要求卡板既能定位骨架外形,又能在装配蒙皮时夹紧蒙皮的作用,从而又要求卡板带蒙皮外形。为兼顾这两方面,卡板的工作表面加工成蒙皮外形,而在卡板表面上分布一些局部的活动垫板,垫板的工作面就是骨架零件的外形。侧面还有靠板,以确定骨架零件(翼肋)的位置,当用卡板夹紧蒙皮时,必须把靠板退出,同时把垫板置于旁边的槽内,不致于蒙皮相碰。卡板的侧平面应在骨架零件的平面上。 卡板的数量与所定位的工件刚度和准确度要求有关,当定位件、段件时,因

45、其刚度较好,没有接头定位器时,一般可在两处设卡板。使用接头定位器,还可适当减少部、段件长度大的,则应适当增加卡板数量。 本次课题“某试用机襟翼装配型架”的设计中,基于型架是以蒙皮外形为基准,所以采用的是两个上下翼面型架外卡板配合夹紧定位,使之夹紧襟翼,定位翼肋。在该设计当中使用了转动接头定位器,根据要求,是用上下翼面各9根卡板共18根来作为型架的外形定位件。3.6接头定位件 为保证各部件的互换和对接接头的协调,在装配型架上要有接头定位件,用于叉耳接头的称为叉耳式接头定位件,简称接头定位件,用于围框式接头(凸缘连接接头)的称为型架平板。叉耳式接头定位件一般采用以下几种形式: 1)固定式,它直接固

46、定在型架骨架上,是不可卸的,优点是刚度好,结构简单,但有时工作不开敞,工件下架较困难。一般用于组合件装配夹具上。 2)拆动式,是可卸的。 3)导杆式,有标准件,分为单导杆或是双导杆式两种,单导杆式用于尺寸较小的接头的定位,悬臂长度不宜过大,因为定位精度与悬臂尺寸、导套长度、导杆导套间隙等都有关 本次设计的三个转动接头的定位器采用的是固定式。 定位件上定位用孔,定位叉耳等,一般应以产品上对应的界限尺寸为其公称尺寸(指一次定位而言),其公差一般选用间隙配合,定位件精度选用与产品同级或适当地略高。定位件和夹紧件的选择: 装配夹具的布置决定结构工艺特性,定位方法,零件及装配单位装配条件,装配与完成连接

47、过程的工序顺序,装配夹具示意图,以及完成连接采用的设备与工具装配夹具随着装配时所完成连接的形式可有一些组合,在装配夹具的每种形式中,可完成铆接、焊接、胶接结构的组件、板件、段件的不同装配过程。 在装配过程中,要确定零件、组合件、板件、段件之间的相对位置,这就是装配定位。在装配过程中,对定位的要求是:1)保证定位符合图纸和技术条件所规定的准确度要求;2)定位和固定要操作简单且可靠;3)所用工艺装配简单、制造费用少。 本次的“某试用机襟翼装配型架”的设计中,为定位襟翼的转动轴线,在型架上采用了三个转动接头定位件。3.7出架方式 工件在型架内装配完以后的出架方式是型架结构方案中的主要问题之一,对型架

48、结构影响较大,出架方式选择的好,可以简化型架结构,出架安全,不致损伤工件,还可节省厂房面积,简化搬运设备。对于较小的工作,出架较为简单,只要有关的定位夹紧件能收缩足够尺寸,就能取出工件。对于大尺寸部件,尤其是大型飞机的大部件,出架方式应认真考虑,大尺寸部件一般有三种出架方式:从型架上方出架;纵向出架;侧向出架与驾车式出架。 重量不太重可用型架内专用吊车吊出,较重的可用架车从侧向下架,架车的托板伸进机翼的下方,然后将机翼稍作转动,安放在架车的托板上。 工件在型架中的位置状态应使工人在最有力的工作姿态下进行工作,即应使大部分操作是在站立姿态下,在高度为1.1?1.4米范围内工作。此外,还应考虑节省

49、车间面积。 本次毕业设计“某试用机襟翼装配型架”设计里,可根据上述原则,结合工件结构特点和装配工作内容予以确定工件在型架上的放置状态样式为竖放。出架方式采用侧向出架。其出架过程为: 将上下翼面的某一面9根卡板全部打开,3个襟翼转动接头定位器耳片拆下,3个前缘蒙皮定位件摇下即可将襟翼从侧向出架。型架的安装及检查4.1型架的安装方法 安装方法分:1)通用测量工具安装方法; 2)标准量规安装法; 3)型架装配机安装法; 4)光学仪器安装法; 5)激光准直安装法; 该设计的“某试用机襟翼装配型架”中, 结合产品装配工艺的安装方法,采用标准量规、型架装配机和光学仪器的安装方法相结合的方法。 在本次的“某

50、试用机襟翼装配型架”设计中,转动接头定位件的标准量规有标高,卡板标准件样板等等。 4.2型架的安装过程用标准量规安装型架的典型过程如下:一)型架骨架的装配;二)标准量规在型架中的定位。 用标准量规安装型架时,首先要把标准量规在型架骨架上固定牢固。标准量规在型架中的定位和固定,一般是通过标高板,标高板作为安装定位基准,这些标高板,标高板也是以后型架检修时,标准量规在型架上的安装定位基准。三)型架卡板的安装: 在安装标准样件上,凡是有型架卡板的隔框或翼肋切面处都带有该切面的实际外形。因此,卡板的安装比较方便、准确、迅速。型架卡板通过叉形接头固定在型架骨架上。 叉形接头在型架骨架上的定位,一般不采用

51、螺栓连接的形式。因采用螺栓连接时,在叉形接头底座和型架骨架之间,不可能贴合很好,需要选配适当厚度的垫片,有时还要配斜面垫片,打孔,攻丝,最后用螺钉固定,这些都是很工时的钳工操作。最好的方法是将固定卡板的叉形接头,用注入填充剂的方法固定在型架骨架上的杯形座中,此设计用快干水泥,及用高标号铝钒土水泥加快干固化剂,用快干水泥固定叉形接头的方法,既快又省,而且牢固可靠,所以得到了广泛的应用。在卡板基准面画上划结构轴线 在型架卡板的基准面上需要划出各种结构轴线,如水平基准线、对称轴线、长桁轴线和大梁轴线,以便在卡板上安装相应的小型定位件或在装配时使用。接头定位件的安装 型架上的接头定位件直接标准样件上相

52、对应的接头进行安装。安装时,也应采用浇注快干水泥的方法固定。 接头定位件在型架上的固定方式,常用的有两种: 一种是安装时,先将接头定位件的底座固定在型架上,然后将接头定位件与标准样件上的接头的叉耳配合面和对接孔合好,保持配合面间无应力,二级精度销子在孔中能自由滑动,无紧涩现象。即可在接头定位件的轴套和底座杯套的间隙中填充入快干水泥以固定。 另一种固定,是在接头定位件底座和型架骨架之间预先留有一定的间隙,用固定螺钉和调节顶丝调整定位件的底座,使接头定位件与标准样件上的接头对合好,然后在定位件底座和型架骨架之间填上快干水泥。 当用标准量规安装型架时,对一些非主要的定位件,也可以借助样板进行安装,这

53、样可以简化标准样件的结构,节省标准样件的加工工时。 在本课题的“某试用机襟翼装配型架设计”的定位转动轴的三个转动接头采用的是第一种方式,先将接头定位件的底座固定在型架上,然后将接头定位件与标准样件上的接头的叉耳配合面和对接孔合好,保持配合面间无应力,使得销子能自由滑动,然后再浇注快干水泥,使得其转动定位器的定位精准。 4.3型架的检查 完成该型架的制造后,进行检查的主要内容有: 压紧器的开合,工作是否方便灵活,定位挡板和定位件的定位是否准确,是否有利于装配,型架骨架焊接缝处有无裂纹,产品的出架是否方便等 5 襟翼装配型架的设计5.1襟翼的构件本次毕业设计的襟翼为可转动式的类型,襟翼安装在机翼的

54、后缘,与机翼后段相连,通过襟翼的1、5、9号肋的转动接头与机翼后段接头相连,作用的是提高飞机的升力。该课题“某试用机襟翼装配型架的设计”所装配的襟翼的主要构件包括如图.12所示:纵向方向布置:襟翼梁; 三根长桁。横向方向布置:1-9根翼肋; 第1,、5、9号翼肋处各安装的转动接头定位件。图.11 机翼结构图翼梁:它由缘条与腹板组成,其作用是抵抗大部分的弯曲变形。长桁:在该设计的3根长桁铆接在蒙皮内表面,用于支持和加强蒙皮,还可以抵抗部分弯曲变形,并将襟翼的9根翼肋相互连接起来。翼肋:它是形成并维持翼剖面的形状,将骨架与蒙皮连成一体,把蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁等。转动接头:该某试用

55、机襟翼上的转动接头是为了襟翼转动轴的准确定位,则需要在翼梁分别和1、5、9号肋结合处安装转动接头,以达到精准定位。5.2襟翼的装配型架 “某试用机襟翼配型架”采用的是铆接装配型架,用来保证襟翼前、后缘、上下翼面的外形及位置准确。 5.2.1某试用机襟翼装配型架的骨架 本次“襟翼装配型架”的设计中,襟翼尺寸为长*宽*高5150*1500*1620(单位mm),为合理固定和支撑定位件、夹紧件等原件,保证各元件的位置准确度及稳定性,采用的骨架形式为框架式,支撑为螺栓是可调式,设计的原因是由于型机重量为0.8吨,在1吨以内采用螺栓可调式的支承(六点支承),其原因: 由于型架上下翼面各9根肋卡板,共18

56、根卡板,为保证襟翼的下架以及工人铆接操作的方便,18根肋卡板均设置了打开吊钩装置,而工人实际操作时不可能对称的同时打开,有可能影响到整个型架的稳定性,因此,本型架的底座宽度尺寸较大大约1.5米,而整个型架的重心落在底座的中间位置,因此采用六点可调(螺栓)支承。 同时也为了搬迁方便,或是地基有变形,可以随时调整,为了铆接方便,节省车间面积,选择型架采用竖放式,装配单元襟翼在该型架上的放置方式是竖放式。 综上所述,骨架形式采用支撑螺栓可调式的框架式骨架,放置方式为竖放式。5.2.2襟翼装配型架的定位件及夹紧件 本次毕业设计“某试用机襟翼装配型架设计”中定位件包括:定位前缘外蒙皮的三个外形定位件;定

57、位襟翼转动轴的三个转动接头定位件(该转动接头定位件使用的是单耳片式的接头);定位襟翼翼梁的8个定位件;定位标准量规的两个标高。 其作用确定如下: 1)由于襟翼较长,设置了9个翼肋的外卡板(本次设计当中采用的是外形卡板,卡板工作表面为襟翼蒙皮外形,使之翼肋能夹紧定位)。 2)在型架上安装3个定位前缘外形的外形定位件,定位前缘蒙皮。 3)接头都具有较高的位置准确度的要求,因此在1、5、9肋处设置了3个襟翼转动接头定位器。 4)襟翼的翼梁也需要定位,因此在8根卡板上安装了襟翼梁的定位夹紧件,能够对翼梁进行加紧定位作用。 5 9根翼肋借助型架上的卡板定位,卡板有样板标准件确定准确位置,其位置准确度要求很高,因此在型架上装两个标高板,其在重装或是检修时都可以确定精准的位置。 5.2.3襟翼型架的辅助设备在本次“某试用机襟翼型架”设计的辅助设备有起重吊钩,用于18根肋卡板打开时使用,也便于襟翼从侧向出架。 在整个的某试用机襟翼装配型架设计里,将其设计的骨架类型、各种的接头定位件、外形定位件、夹紧件以及襟翼标准量规标高在装配图上的显示如图.12。图.12 某试用机襟翼装配型架5.3 襟