新型吸油試驗臺的設(shè)計制造*

馬雁嶺

(新航集團(tuán)機(jī)械制造廠，河南新鄉(xiāng)453002)

散熱器類產(chǎn)品為某廠重要的支柱產(chǎn)品，其主要作用是冷卻飛機(jī)發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)，是發(fā)動機(jī)的重要部件，產(chǎn)品的質(zhì)量保證也就尤其關(guān)鍵。散熱器三維旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時的性能測試，是對其質(zhì)量的重點(diǎn)檢驗。此項試驗主要是模擬飛機(jī)在空中進(jìn)行側(cè)滾翻、翻筋斗等高難度動作時該產(chǎn)品的工作狀況，能否滿足使用要求，保證飛機(jī)發(fā)動機(jī)相應(yīng)油路的暢通，將直接影響到飛機(jī)及飛行員的安全。做好此項試驗，相關(guān)設(shè)備須能提供必要的基礎(chǔ)保證。

完成此項性能試驗的原試驗臺，主要由試驗臺體及迥轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)兩部分組成，產(chǎn)品固定在迥轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，進(jìn)出接口分別用兩條橡膠軟管與臺體相連。試驗時，由油泵提供滑油進(jìn)行循環(huán)，產(chǎn)品在迥轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中分別繞X、Y坐標(biāo)軸進(jìn)行正反兩個方向的旋轉(zhuǎn)。其中大多數(shù)工作由人工手動完成。

由于橡膠軟管與臺體及產(chǎn)品的聯(lián)接方式為航標(biāo)接頭(HB4－XX－76)，利用螺紋鎖緊，密封形式為錐面密封。試驗過程中，軟管一端接頭不動，另一端接頭隨產(chǎn)品一起轉(zhuǎn)動，極易造成軟管纏繞、扭曲，以致形成管路斷油。而這一現(xiàn)象對于產(chǎn)品來說，是絕對禁止的。為減少此現(xiàn)象的影響，往往是操作人員一邊控制各種開關(guān)、按鈕，一邊小心翼翼地照顧橡膠軟管。但結(jié)果卻是事倍功半，效果不佳。此難題一直困擾著散熱器類產(chǎn)品的性能判定，也為以后產(chǎn)品使用過程有關(guān)問題的處理埋下極大隱患。由于試驗結(jié)果存在一定的不確定性，曾使某廠背負(fù)過產(chǎn)品不合格造成質(zhì)量事故的罪名。因此該問題的解決刻不容緩。另外，由于迥轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用手動操作，面對重達(dá)30kg的產(chǎn)品，旋轉(zhuǎn)起來十分吃力。而旋轉(zhuǎn)速度又是通過秒表，由操作人員的感官來掌握?？刂品绞铰浜螅_度難以保證。

再者，原試驗臺是上世紀(jì)70年代制造，設(shè)備嚴(yán)重老化，維修困難。生產(chǎn)效率低下，難以滿足批量試驗要求，成為該類產(chǎn)品擴(kuò)大生產(chǎn)的瓶頸。

鑒于以上情況，我們進(jìn)行了新型“吸油試驗臺”的設(shè)計與制造，以消除旋轉(zhuǎn)過程中軟管纏繞現(xiàn)象，同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作的自動化控制，提高控制精度，降低操作人員勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

由于此課題較為新穎，可供參考的原有設(shè)計圖紙較少。因此，我們通過大量的調(diào)查研究，查閱許多相關(guān)資料，結(jié)合多年從事非標(biāo)設(shè)計制造的經(jīng)驗，進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新。主要表現(xiàn)在以下幾方面:

1 獨(dú)創(chuàng)雙通路旋轉(zhuǎn)接頭，消除軟管纏繞

分析原設(shè)備軟管纏繞的原因有兩點(diǎn):一是接頭兩端分別與動靜不同的載體連接，而且又是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動;二是兩根軟管接頭沒有共同的旋轉(zhuǎn)軸，即使接頭采用常見的旋轉(zhuǎn)式管接頭(接頭兩部分既能相對轉(zhuǎn)動，又能保證密封)也不能解決問題。參考旋轉(zhuǎn)式管接頭［1］的原理，結(jié)合液壓用O形橡膠密封圈［2］的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計出如圖1所示的雙通路旋轉(zhuǎn)接頭。

圖1 旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)圖

其中1為轉(zhuǎn)動部分，右端有A、B兩環(huán)槽，分別與芯體的C、D兩通道相連形成AC、BD兩條油路，中部側(cè)面是與通道相連的兩徑向螺紋孔，左端為與其他轉(zhuǎn)動體聯(lián)接的軸;2為固定部分，其側(cè)面加工有兩徑向螺紋孔，與A、B環(huán)槽對應(yīng)布置;3為O形密封圈，4為定位彈性卡圈。由此可見，兩部分在相對轉(zhuǎn)動過程中，其上的螺紋孔始終通過AC、BD兩條油路連通，將它們分別與試驗臺體和迥轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的產(chǎn)品相連，就能實現(xiàn)相應(yīng)軟管的無纏繞旋轉(zhuǎn)。將這一創(chuàng)新技術(shù)分別應(yīng)用于X、Y軸(圖2中分別為3#大齒輪中心和5#軸)兩個方向，根據(jù)運(yùn)動疊加原理則能巧妙地實現(xiàn)三維立體方向的軟管無纏繞旋轉(zhuǎn)。

2 結(jié)構(gòu)緊湊，巧妙避免干涉

圖2 傳動結(jié)構(gòu)圖

為使X、Y軸兩個方向的旋轉(zhuǎn)能獨(dú)立運(yùn)行，需要兩套蝸輪蝸桿傳動［3］裝置，新設(shè)計的迥轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將它們巧妙布局，雖然傳動系統(tǒng)復(fù)雜，但是結(jié)構(gòu)十分緊湊，如圖2所示。1#件為夾板，它由前后兩塊組成，3#大齒輪由2#滾輪支撐、定位于其中，產(chǎn)品通過專用夾具安裝在大齒輪上。6#套筒既是5#蝸桿軸的支撐，又是7#蝸輪與1#件夾板之間的傳動軸。為減小結(jié)構(gòu)尺寸，多處采用軸套代替軸承。

X軸方向傳動路線為:動力由5#蝸桿軸輸入，經(jīng)8#蝸輪、9#齒輪、10#齒輪，帶動3#大齒輪旋轉(zhuǎn)。

Y軸方向傳動路線為:動力由4#蝸桿軸輸入，經(jīng)7#蝸輪、6#套筒，帶動1#夾板及其中的3#大齒輪旋轉(zhuǎn)。

以上兩路動力均采用電動機(jī)帶動減速器輸入。

在1#夾板旋轉(zhuǎn)過程中，蝸輪蝸桿始終處于嚙合狀態(tài)，將帶動5#軸旋轉(zhuǎn)，而5#軸是動力軸，又由于減速機(jī)的不可逆性，從而產(chǎn)生兩系統(tǒng)間的干涉。為此，將電磁離合器安裝于5#軸與減速機(jī)之間，在1#夾板旋轉(zhuǎn)將動力脫開，完美解決兩傳動系統(tǒng)間的干涉問題。

3 應(yīng)用新技術(shù)，提高技術(shù)含量

在動力上選用空心軸減速機(jī)［4］，既能減小結(jié)構(gòu)尺寸，又能降低機(jī)械加工成本。旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)速器［5］技術(shù)，一方面控制精度大大提高，一方面調(diào)節(jié)幅度變寬，可在0.5～20轉(zhuǎn)/分可調(diào)，使設(shè)備的應(yīng)用前景更加廣闊。

4 通用代特殊，節(jié)約成本

選用普通的內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)子泵代替專用旋片泵，單臺泵的采購成本由原來的七千多元降至兩千多元，不但減小采購難度，而且降低成本。

5 芯軸定位，保證設(shè)備精度

圖2中1#夾板是旋轉(zhuǎn)裝置中的關(guān)鍵部件，由于尺寸過大，我廠的機(jī)加工設(shè)備又不能滿足，兩端夾套的軸孔難以保證同軸度，造成裝配后轉(zhuǎn)動困難。為解決此問題采用芯軸定位技術(shù):將兩端夾套的定位孔加工出一定的余量，通過芯軸將兩者的同軸度調(diào)整到合適范圍后，再利用銷軸等組合方式進(jìn)行固定，經(jīng)過多次精心調(diào)試，終于使該機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動自如。

該設(shè)備的研制成功，取得的經(jīng)濟(jì)效益及間接效益都十分可觀的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

1)該設(shè)備中的“雙通路旋轉(zhuǎn)接頭”技術(shù)，徹底解決困擾我廠多年的散熱器產(chǎn)品試驗時“軟管纏繞導(dǎo)致油路斷油”問題，可完全消除試驗結(jié)果中的不確定性，解決生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題，意義深遠(yuǎn)。

2)該設(shè)備中用兩臺普通的NYP0.78型內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)子泵代替兩臺專用旋片式油泵，此泵每臺價值僅兩千多元，而原有油泵卻超過7千余元。僅此一項，即可降低設(shè)備成本萬余元。

3)該設(shè)備利用各種電氣元件的有機(jī)結(jié)合組成電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的自動旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)，與手動操作相比，提高生產(chǎn)效率3～5倍，控制精度提高了1%～2%，操作人員勞動強(qiáng)度大大降低。

4)該設(shè)備中用鑄鐵材料替代錫青銅ZCuSn10P1［6］，前者價格只有后者的十分之一，大大節(jié)約了成本。

［1］岑軍健，等.非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計手冊(第3冊)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1980.

［2］聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計手冊(上冊)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1987.

［3］張世民.機(jī)械原理［M］.北京:中央廣播電視大學(xué)出版社，1993.

［4］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊(第2冊)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［5］辛一行.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［6］夏恭忱.中國航空材料手冊(第4卷)［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.