CN104400375B - 基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置 - Google Patents

基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置 Download PDF

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Abstract

基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置属于精密仪器及机械技术领域；该装置包括第一部件单元和第二部件单元两个部分，第一部件单元包括工作台面和球环，工作台面上布置有第一支承面、第二支承面、第三支承面、第四支承面、第一定位孔和第二定位孔，第一支承面、第二支承面和第三支承面为平面结构，第四支承面为V型槽结构，第一定位孔和第二定位孔为孔状结构；第二部件单元的底座上固定有弹性支承柱A、弹性支承柱B、X轴高度调整件、X轴高度回复装置、Y轴高度调整件和Y轴高度回复装置；且球环与底座接触配合，实现对工作台面的球面导向滑动支承；本发明装置可实现对大负载试件的无耦合倾斜调整。

Description

基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置。
背景技术
近年来，随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展，特别是航空发动机性能的不断提升，对发动机加工装配的精度要求越来越高，尤其是在追求更高推重比的同时，由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能的影响逐渐凸显出来，这就对发动机的测试装备性能提出了严峻的挑战，因而也对所使用的调整定位工作台性能有了更高的要求，对发动机的加工装配，不仅要求工作台实现平面上二维调整的功能，而且要求工作台能调整工件的倾角，实现调倾功能。
英国的泰勒霍普森公司研制了三点法调心调倾工作台。这种工作台由三个构成等边三角形的支点A、B、P来支撑工作台台面。其中P点固定，其它的A、B两点配有驱动机构可以实现在垂直方向上微移动，从而实现工件倾角的调整(A.B.Barnaby,M.W.Mills,H.R.Lane.Metrologicalapparatusworkpiecepositioncontroller-automaticallycentresandlevelsbycomputerusingsurfacedatafromtransducerwithtransversecompensationaftertilting.EP240150-A2.1987:2～8)。该工作台用驱动机构来直接承载负载，负载的所有重量都落在三个支点上，这就要求驱动机构要有很大的的驱动力，这种工作台不能用在大承载的情况下。
日本的东京精密公司设计了一种可以在正交的两个方向分别进行偏心和倾斜调整的工作台，并给出了一种利用多个测量截面来获取工件轴线方向的倾斜调整方法(Katamachi,Shouzou.RoundnessMeasurementApparatus.US20080154540.2008:1～5)。
西安威而信精密仪器有限公司的专利CN201110450087“一种多功能测量仪用大型三维调整平台”提出了一种多功能测量仪用大型三维调整平台，平台中分布的两个伸缩电机可推动中间平台沿旋转组件作转动运动，并带动上平台一起作旋转运动，从而实现对工件Z方向倾斜摆动的调整。该平台的倾斜调整只能绕一个旋转组件旋转，倾斜调整能力有限且精度不高。
专利98229568.5“高精度快速自动调平机构”提出了一种高精度快速调平机构，其工作原理是：电机带动偏心轮转动，基座中的弹簧使顶针与偏心轮相靠，带动定位钉和定标板沿轴承套上下移动，定标板为气浮止推轴承，端面均布若干个节流微孔；承件台与半球相连，当在半球和半球座之间通以压力空气时，承件台可绕半球座球心转动，由上升气缸带动承件台上下移动,当工件与定标板接近时，形成气膜而间接相靠将工件调平。
上述发明的共同之处是均不能应用在大载荷的情况下，然而在航空发动机装配中，叶片等回转体组件重达几百千克，且叶片装配是直接在工作台上进行，这就要求使用的调整工作台能够承受大载荷并有很高的定位可靠性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出一种采用滑动摩擦结构做为工作台面支承的，并通过弹性支承柱A、弹性支承柱B、X轴高度调整件和Y轴高度调整件四个支点对工作台面进行倾角调节的方法，达到工作台面绕X轴和绕Y轴高精度、高稳定性运动的目的。本发明还提供了一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量调倾装置。
上述目的通过以下的技术方案实现：
一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置，该装置包括第一部件单元A和第二部件单元B两个部分，第一部件单元A包括工作台面和球环，工作台面上布置有第一支承面a1、第二支承面a2、第三支承面a3、第四支承面a4、第一定位孔a5和第二定位孔a6，第一支承面a1、第二支承面a2和第三支承面a3为平面结构，第四支承面a4为V型槽结构，第一定位孔a5和第二定位孔a6为孔状结构；第二部件单元B的底座上固定有弹性支承柱A、弹性支承柱B、X轴高度调整件、X轴高度回复装置、Y轴高度调整件，Y轴高度回复装置，其中弹性支承柱A、X轴高度调整件和X轴高度回复装置沿X轴分布，弹性支承柱B、Y轴高度调整件和Y轴高度回复装置沿Y轴分布，且X轴与Y轴相互正交；所述的底座上布置有第五支承面b1，第五支承面b1为球碗形结构；
所述的弹性支承柱A包括X轴垂直运动导向座、X轴弹性元件、X轴小钢球、X轴衬套和X轴顶柱；其中X轴弹性元件、X轴衬套和X轴顶住位于X轴垂直运动导向座内部，X轴衬套和X轴顶柱螺纹配合，X轴弹性元件位于X轴顶柱与X轴垂直运动导向座之间；所述的弹性支承柱B包括Y轴垂直运动导向座、Y轴小钢球、Y轴衬套和Y轴顶柱和Y轴弹性元件；其中Y轴弹性元件、Y轴衬套和Y轴顶柱位于Y轴垂直运动导向座内部，Y轴衬套和Y轴顶柱螺纹配合，Y轴弹性元件位于Y轴衬套与Y轴垂直运动导向座之间；
所述的球环固连在工作台面上，且球环与底座的支承面b1接触配合，实现对工作台面的球面导向滑动支承；第一部件单元A的第一支承面a1上贴有X轴减磨片，并与弹性支承柱A的X轴小钢球接触配合；第一部件单元A的第四支承面a4上贴有Y轴减磨片，并与弹性支承柱B的Y轴小钢球接触配合；第二支承面a2与Y轴高度调整件的顶部接触配合，工作台面通过第一定位孔a5与Y轴高度回复装置连接；所述的Y轴高度回复装置配合Y轴高度调整件实现工作台面绕X轴调倾；第三支承面a3与X轴高度调整件的顶部接触配合；工作台面通过第二定位孔a6与X轴高度回复装置连接；所述的X轴高度回复装置配合X轴高度调整件实现工作台面绕Y轴调倾。
工作台面通过弹性支承柱A、弹性支承柱B、X轴高度调整件和Y轴高度调整件四个支点确定平面位置。
球环上贴有减磨材料，该材料配置于球环与底座的支承面b1之间，并完全覆盖支承面b1。球环与支承面b1之间的配合为工作台面及其负载提供球面导向滑动支承。
X轴高度调整件为工作台面绕Y轴调倾提供驱动力，X轴高度回复装置为工作台面绕Y轴调倾提供回复力；Y轴高度调整件为工作台面绕X轴调倾提供驱动力，Y轴高度回复装置为工作台面绕X轴调倾提供回复力。
工作台面的第四支承面a4上贴有Y轴减磨片，在调倾过程中介于第四支承面a4与Y轴小钢球之间，并完全覆盖Y轴小钢球的滑动摩擦工作面；工作台面上的第一支承面a1上有X轴减磨片，在调倾过程中介于第一支承面a1与X轴小钢球之间，并完全覆盖X轴小钢球的滑动摩擦工作面。
X轴弹性元件与Y轴弹性元件具高刚度；通过X轴衬套和X轴顶柱之间的螺纹配合调节X轴弹性元件的预紧力；通过Y轴衬套和Y轴顶柱之间的螺纹配合调节Y轴弹性元件的预紧力。
本发明具有以下特点及有益效果：
1、本发明装置中弹性支承柱A、弹性支承柱B、X轴高度调整件和Y轴高度调整件四个支点确定工作台面所处的平面，可有效保证工作台面的高定位精度，满足调倾装置高刚度、高稳定性的要求；
2、本发明装置中弹性支承柱A、X轴高度调整件和X轴高度回复装置沿X轴分布，弹性支承柱B、Y轴高度调整件和Y轴高度回复装置沿Y轴分布，且X轴与Y轴相互正交，故绕X轴调倾与绕Y轴调倾解耦，极大地降低了双向调倾步骤的复杂度，避免了现有技术中调倾耦合的问题；
3、本发明装置中采用球面导向滑动摩擦结构做为工作台面的支承，可实现对大负载的支承，并具有很高的定位稳定性，通过使用聚四氟乙烯材料做为减磨材料，极大提高了调倾装置的位移灵敏度和调整精度。
本发明装置用途广泛，尤其适用于航空发动机转静子装配测量中对大负载进行高精度、高刚度和高稳定性倾斜调整。
附图说明
图1为基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置结构示意图；
图2为基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置的第一部件单元结构示意图；
图3为基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置的第二部件单元结构示意图；
图4为基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置的弹性支承柱B的结构剖面图；
图5为基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置的弹性支承柱A的结构剖面图。
图中：A、第一部件单元；B、第二部件单元；1、工作台面；2、球环；3、底座；4、弹性支承柱A；5、弹性支承柱B；6、X轴高度调整件；7、X轴高度回复装置；8、Y轴高度调整件；9、Y轴高度回复装置；10、X轴垂直运动导向座；11、X轴弹性元件；12、X轴小钢球；13、X轴减磨片；14、X轴衬套；15、X轴顶柱；16、导向座；17、Y轴小钢球；18、Y轴减磨片；19、Y轴衬套；20、Y轴顶柱；21、Y轴弹性元件；a1、第一支承面；a2、第二支承面；a3、第三支承面；a4、第四支承面；a5、第一定位孔；a6、第二定位孔；b1、第五支承面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置，该装置包括第一部件单元A和第二部件单元B两个部分，第一部件单元A包括工作台面1和球环2，工作台面1上布置有第一支承面a1、第二支承面a2、第三支承面a3、第四支承面a4、第一定位孔a5和第二定位孔a6，第一支承面a1、第二支承面a2和第三支承面a3为平面结构，第四支承面a4为V型槽结构，第一定位孔a5和第二定位孔a6为孔状结构；第二部件单元B的底座3上固定有弹性支承柱A4、弹性支承柱B5、X轴高度调整件6、X轴高度回复装置7、Y轴高度调整件8，Y轴高度回复装置9，其中弹性支承柱A4、X轴高度调整件6和X轴高度回复装置7沿X轴分布，弹性支承柱B5、Y轴高度调整件8和Y轴高度回复装置9沿Y轴分布，且X轴与Y轴相互正交；所述的底座3上布置有第五支承面b1，第五支承面b1为球碗型结构。
所述的弹性支承柱A4包括X轴垂直运动导向座10、X轴弹性元件11、X轴小钢球12、X轴衬套14和X轴顶柱15；所述的弹性支承柱B5包括Y轴垂直运动导向座16、Y轴小钢球17、Y轴衬套19和Y轴顶柱20和Y轴弹性元件21；所述的弹性支承柱A4的X轴弹性元件11、X轴衬套14和X轴顶住15位于X轴垂直运动导向座10内部，X轴衬套14和X轴顶柱15螺纹配合，且X轴弹性元件11位于X轴顶柱15与X轴垂直运动导向座10之间；所述的弹性支承柱B5的Y轴弹性元件21、Y轴衬套19和Y轴顶柱20位于Y轴垂直运动导向座16内部，Y轴衬套19和Y轴顶柱20螺纹配合，且Y轴弹性元件21位于Y轴衬套19与Y轴垂直运动导向座16之间。
所述的球环2固连在工作台面1上，且球环2与底座3的第五支承面b1接触配合，实现对工作台面1的球面导向滑动支承；第一部件单元A的第一支承面a1上贴有X轴减磨片13，并与弹性支承柱A4的X轴小钢球12接触配合；第一部件单元A的第四支承面a4上贴有Y轴减磨片18，并与弹性支承柱B5的Y轴小钢球17接触配合；第二支承面a2与Y轴高度调整件8的顶部接触配合，工作台面1通过第一定位孔a5与Y轴高度回复装置9连接；所述的Y轴高度回复装置9配合Y轴高度调整件8实现工作台面1绕X轴调倾；第三支承面a3与X轴高度调整件6的顶部接触配合；工作台面1通过第二定位孔a6与X轴高度回复装置7连接；所述的X轴高度回复装置7配合X轴高度调整件6实现工作台面1绕Y轴调倾。
工作台面1通过弹性支承柱A4、弹性支承柱B5、X轴高度调整件6和Y轴高度调整件8四个支点确定平面位置。
球环2上贴有聚四氟乙烯材料；该材料介于球环2与底座3的第五支承面b1之间，并完全覆盖第五支承面b1。球环2与第五支承面b1之间的配合为工作台面1及其负载提供球面导向滑动支承。
X轴高度调整件6为工作台面1绕Y轴调倾提供驱动力，X轴高度回复装置7为工作台面1绕Y轴调倾提供回复力；Y轴高度调整件8为工作台面1绕X轴调倾提供驱动力，Y轴高度回复装置9为工作台面1绕X轴调倾提供回复力。
工作台面1的第四支承面a4上贴有Y轴减磨片18，在调倾过程中介于第四支承面a4与Y轴小钢球17之间，并完全覆盖Y轴小钢球17的滑动摩擦工作面；工作台面1上的第一支承面a1上有X轴减磨片13，在调倾过程中介于第一支承面a1与X轴小钢球12之间，并完全覆盖X轴小钢球12的滑动摩擦工作面。
X轴弹性元件11与Y轴弹性元件21具有高刚度；通过X轴衬套14和X轴顶柱15之间的螺纹配合调节X轴弹性元件11的预紧力；通过Y轴衬套19和Y轴顶柱20之间的螺纹配合调节Y轴弹性元件21的预紧力。

Claims (7)

1.一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置，其特征在于：该装置包括第一部件单元(A)和第二部件单元(B)两个部分，第一部件单元(A)包括工作台面(1)和球环(2)，工作台面(1)上布置有第一支承面(a1)、第二支承面(a2)、第三支承面(a3)、第四支承面(a4)、第一定位孔(a5)和第二定位孔(a6)，第一支承面(a1)、第二支承面(a2)和第三支承面(a3)为平面结构，第四支承面(a4)为V型槽结构，第一定位孔(a5)和第二定位孔(a6)为孔状结构；第二部件单元(B)的底座(3)上固定有弹性支承柱A(4)、弹性支承柱B(5)、X轴高度调整件(6)、X轴高度回复装置(7)、Y轴高度调整件(8)和Y轴高度回复装置(9)，其中弹性支承柱A(4)、X轴高度调整件(6)和X轴高度回复装置(7)沿X轴分布，弹性支承柱B(5)、Y轴高度调整件(8)和Y轴高度回复装置(9)沿Y轴分布，且X轴与Y轴相互正交；所述的底座(3)上布置有球碗形支承面(b1)；
所述的弹性支承柱A(4)包括X轴垂直运动导向座(10)、X轴弹性元件(11)、X轴小钢球(12)、X轴衬套(14)和X轴顶柱(15)，其中X轴弹性元件(11)、X轴衬套(14)和X轴顶住(15)位于X轴垂直运动导向座(10)内部，X轴衬套(14)和X轴顶柱(15)螺纹配合，X轴弹性元件(11)位于X轴顶柱(15)与X轴垂直运动导向座(10)之间；所述的弹性支承柱B(5)包括Y轴垂直运动导向座(16)、Y轴小钢球(17)、Y轴衬套(19)、Y轴顶柱(20)和Y轴弹性元件(21)，其中Y轴弹性元件(21)、Y轴衬套(19)和Y轴顶柱(20)位于Y轴垂直运动导向座(16)内部，Y轴衬套(19)和Y轴顶柱(20)螺纹配合，Y轴弹性元件(21)位于Y轴衬套(19)与Y轴垂直运动导向座(16)之间；
所述的球环(2)固连在工作台面(1)上，且球环(2)与底座(3)的支承面(b1)接触配合，实现对工作台面(1)的球面导向滑动支承；第一部件单元(A)的第一支承面(a1)上贴有X轴减磨片(13)，并与弹性支承柱A(4)的X轴小钢球(12)接触配合；第一部件单元(A)的第四支承面(a4)上贴有Y轴减磨片(18)，并与弹性支承柱B(5)的Y轴小钢球(17)接触配合；第二支承面(a2)与Y轴高度调整件(8)的顶部接触配合，工作台面(1)通过第一定位孔(a5)与Y轴高度回复装置(9)连接；所述的Y轴高度回复装置(9)配合Y轴高度调整件(8)实现工作台面(1)绕X轴调倾；第三支承面(a3)与X轴高度调整件(6)的顶部接触配合；工作台面(1)通过第二定位孔(a6)与X轴高度回复装置(7)连接；所述的X轴高度回复装置(7)配合X轴高度调整件(6)实现工作台面(1)绕Y轴调倾。
2.根据权利要求1所述的一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置，其特征在于：工作台面(1)通过弹性支承柱A(4)、弹性支承柱B(5)、X轴高度调整件(6)和Y轴高度调整件(8)四个支点确定平面位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置，其特征在于：球环(2)上贴有减磨材料，该材料配置于球环(2)与底座(3)的支承面(b1)之间，并完全覆盖支承面(b1)。
4.根据权利要求1所述的一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置，其特征在于：X轴高度调整件(6)为工作台面(1)绕Y轴调倾提供驱动力，X轴高度回复装置(7)为工作台面(1)绕Y轴调倾提供回复力；Y轴高度调整件(8)为工作台面(1)绕X轴调倾提供驱动力，Y轴高度回复装置(9)为工作台面(1)绕X轴调倾提供回复力。
5.根据权利要求1所述的一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置，其特征在于：工作台面(1)的第四支承面(a4)上贴有Y轴减磨片(18)，在调倾过程中介于第四支承面(a4)与Y轴小钢球(17)之间，并完全覆盖Y轴小钢球(17)的滑动摩擦工作面；工作台面(1)上的第一支承面(a1)上有X轴减磨片(13)，在调倾过程中介于第一支承面(a1)与X轴小钢球(12)之间，并完全覆盖X轴小钢球(12)的滑动摩擦工作面。
6.根据权利要求1所述的一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾装置，其特征在于：X轴弹性元件(11)与Y轴弹性元件(21)的预紧力可调整，通过X轴衬套(14)和X轴顶柱(15)之间的螺纹配合调节X轴弹性元件(11)的预紧力；通过Y轴衬套(19)和Y轴顶柱(20)之间的螺纹配合调节Y轴弹性元件(21)的预紧力。
7.一种基于球面导向滑动支承的航空发动机转静子装配测量用调倾方法，其特征在于：该方法通过与底座(3)相连的弹性支承柱A(4)、弹性支承柱B(5)、X轴高度调整件(6)和Y轴高度调整件(8)四个支点实现对工作台面(1)的倾角调节；X轴高度调整件(6)控制工作台面(1)绕Y轴旋转，Y轴高度调整件(8)控制工作台面(1)绕X轴旋转。
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