WP—7裝配夾具的Γ形結(jié)構(gòu)懸臂梁的設(shè)計(jì)

邵緒威　宋斌　周金鑫

摘 要：在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造工業(yè)中，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的準(zhǔn)確度往往由裝配工裝來保證，因此，裝配夾具在航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件裝配過程中起著非常重要的作用。采用合適的夾具，不但能保證裝配精度，縮短裝配時(shí)間，提高裝配效率，而且可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。本文對(duì)渦噴-7航空發(fā)動(dòng)機(jī)的盤軸裝配過程中的軸裝配夾具進(jìn)行研究。設(shè)計(jì)了Γ形結(jié)構(gòu)懸臂梁；對(duì)所設(shè)計(jì)的夾具進(jìn)行了強(qiáng)度分析和誤差計(jì)算，通過強(qiáng)度與和誤差分析計(jì)算，保證了設(shè)計(jì)的夾具滿足實(shí)際裝配工藝的要求。所完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子柔性裝配夾具的研究具有一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：裝配工裝；Γ形懸臂梁；夾具設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.094

0 引言

作為軸輸送裝置的重要組成部分，Γ形結(jié)構(gòu)懸臂梁在整個(gè)裝置中起到了連接床身與工作部件（換向裝置、夾具）的作用。因此懸臂梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為決定夾具設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵。

1 WP-7航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析

通過發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)圖紙及其高壓軸和低壓軸設(shè)計(jì)圖紙測(cè)繪得出數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)對(duì)WP-7低壓渦輪軸零件圖紙分析，可以對(duì)高壓軸渦輪軸進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化后得到的模型為一根外徑為108mm 內(nèi)徑為94mm，軸向長(zhǎng)度為1100mm的空心長(zhǎng)軸，并且設(shè)定在裝配過程中軸的剛性非常大，忽略軸向的彎曲變形。將低壓渦輪軸簡(jiǎn)化模型為一根外徑為88mm內(nèi)徑為72mm，軸向長(zhǎng)度為1200mm的空心長(zhǎng)軸，并且設(shè)定軸的剛性非常大，忽略軸向彎曲變形。根據(jù)Catia仿真計(jì)算可以得出低壓軸渦輪軸簡(jiǎn)化模型以下簡(jiǎn)稱低壓軸模型）。

2 Γ形結(jié)構(gòu)懸臂梁的設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)WP-7發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪及低壓渦輪零件圖分析，提出了兩種設(shè)計(jì)方案。

方案一：使用規(guī)定尺寸的方鋼，其左端直接與Z軸運(yùn)動(dòng)的軌道板焊接形成一個(gè)組件，方鋼右端亦與工作部件焊接成為一體。

方案二：利用45鋼板進(jìn)行彎板加工形成，然后在指定位置進(jìn)行銑削、鉆孔及焊接加工成型。

由于方案一中方鋼的兩端與Z軸運(yùn)動(dòng)的軌道板及工作部件焊接在一起，容易產(chǎn)生梁的應(yīng)力集中，不便于維修檢測(cè)等諸多問題。因此，選用方案二的設(shè)計(jì)思路。Γ形結(jié)構(gòu)懸臂梁通過擠壓成型的方法使其為幾字形的截面形狀，并在左端鉆有與上下支承板相連接的螺栓孔，同時(shí)上下支承板亦與Z軸運(yùn)動(dòng)的軌道板通過螺栓、螺母等緊固件相連，確保懸臂梁能在Z軸方向上通過絲杠帶動(dòng)進(jìn)行精確運(yùn)動(dòng)，工作部件放置在右端的幾字形凹槽內(nèi)部。

3 有限元分析

軟件ANSYS是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲學(xué)與一體的大型CAE通用有限元分析軟件。由于懸臂梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算比較復(fù)雜，精度也不能得到很好的保證，故利用ANSYS有限元分析軟件，進(jìn)行模擬分析。本次計(jì)算采用Catia進(jìn)行懸臂梁建模，再利用ANSYS workbench的接口導(dǎo)入，模型傳遞過程中沒有元素丟失。網(wǎng)格全部為自動(dòng)生成，在左端對(duì)梁加以矩形端固定約束，而右端對(duì)梁施加Z方向垂直向下的力，大小為換向裝置、夾具及軸的重量。根據(jù)裝配系統(tǒng)運(yùn)行過程的實(shí)際受力情況模擬出該Γ形結(jié)構(gòu)懸臂梁的形變情況如圖1所示。根據(jù)ANSYS分析可以看出該梁在實(shí)際受力情況下的變形趨勢(shì)及應(yīng)力集中點(diǎn)的位置。應(yīng)力集中點(diǎn)在梁左端螺栓孔的位置及右端的U形缺口處。根據(jù)得出的分析圖可以看出該Γ形結(jié)構(gòu)懸臂梁的強(qiáng)度無大幅度變化符合設(shè)計(jì)使用要求。

4 總結(jié)

本文從選擇合適的軸輸送裝置的設(shè)計(jì)方案入手，通過從對(duì)轉(zhuǎn)子裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的重要部分夾具開始對(duì)Γ形結(jié)構(gòu)的懸臂梁及伺服系統(tǒng)分別作了詳細(xì)的介紹說明。并運(yùn)用力學(xué)及有限元的方法對(duì)換向裝置及Γ形結(jié)構(gòu)的懸臂梁的性能進(jìn)行計(jì)算分析，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)軸輸送裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1]航空制造工程手冊(cè)總編委員會(huì).航空制造工程手冊(cè)[J].發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械加工，北京：航空工業(yè)出版社，1997.

[2]石宏.航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配與維修[J].沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，2008.

[3]透平機(jī)械現(xiàn)代制造技術(shù)叢書編委會(huì).結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)[J].北京： 科學(xué)出版社，2002.

[4]Gomes de Sa A，Zachmann G.Virtual Reality as a Tool for Verfication of Assembly and Maintenance Processes[J].Computers and Graphics，1999，23（03）：389-403.