CN113084501B - 一种电磁反重力装配装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁反重力装配装置，包括：支撑架，竖直设置且高度可调；第一电磁铁，固定设置在所述支撑架上端；吸附装配工具，设置于所述第一电磁铁正下方的磁场区域内，其一端与对应的螺栓可拆卸连接，另一端被所述第一电磁铁的磁力所吸引；控制器，分别与所述第一电磁铁和吸附装配工具信号连接，用于根据螺栓的重量控制第一电磁铁的电流大小及方向以产生相应的吸力，使第一电磁铁吸引吸附装配工具和相应重量的螺栓的同时能耗最小化。本发明适用需在反重力状态下的装配操作，利用磁力防止零件下落，降低操作难度，保证操作动作在直接视线范围内，有效防止装配偏差，可直接测量螺栓尾高出轮盘高度，拆装方便、不产生多余物，节能减耗。

Description

一种电磁反重力装配装置

技术领域

本发明涉及发动机装配领域，特别地，涉及一种电磁反重力装配装置。

背景技术

航空发动机装配经常变化姿态，使零件处于竖直状态，需要克服零件重力装配，装配时将螺栓装在轴上后装入轴承座，将轮盘装到轴上，用螺母紧固，螺栓与轴之间无轴向限位件。装配到位后，需测量螺栓高出轮盘端面距离、螺栓与轴承座轴向距离，如不采取特殊措施，发动机采用该姿态装配，螺栓会因重力掉落到轴承座上。

当前采用的两种装配方式包括：

1、制造发动机装配支撑、盘支撑，装配人员位于发动机下方，将轮盘利用盘支撑向上托举装配。该方式的托举工装笨重且调整盘周向、轴向位置费力；同时，由于螺栓未固定，轮盘上升、测量螺栓露出轮盘尺寸都会推动螺栓向上移动，易造成螺栓偏离原位置、装配失败、测量数据错误。

2、采用涂胶、增加支撑件等方式防止螺栓掉落。该方式通过在螺栓与轴配合面涂胶、或采用垫块从内部支撑螺栓的方式防止螺栓下落，胶质与垫块用后不易去除，造成多余物。

发明内容

本发明提供了一种电磁反重力装配装置，以解决现有的航空发动机装配时螺栓受重力易掉落、螺栓位置易偏离、辅助工具难拆除且易造成多余物的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种电磁反重力装配装置，包括：

支撑架，竖直设置且高度可调；

第一电磁铁，固定设置在所述支撑架上端，其高度由支撑架调节；

吸附装配工具，设置于所述第一电磁铁正下方的磁场区域内，其一端与对应的螺栓可拆卸连接，另一端被所述第一电磁铁的磁力所吸引；

控制器，分别与所述第一电磁铁和吸附装配工具信号连接，用于根据螺栓的重量控制第一电磁铁的电流大小及方向以产生相应的吸力，使第一电磁铁吸引吸附装配工具和相应重量的螺栓的同时能耗最小化。

进一步地，所述吸附装配工具包括连接杆，所述连接杆的一端设置有与螺栓可拆卸连接的螺栓吸附部，另一端设置有与所述第一电磁铁相作用的磁性吸附部。

进一步地，所述螺栓吸附部包括吸盘。

进一步地，所述磁性吸附部为永磁体、第二电磁铁或磁吸性金属。

进一步地，所述连接杆为长度可调的伸缩杆。

进一步地，所述吸附装配工具还包括设置在所述连接杆上且与所述控制器信号连接的力传感器，所述控制器用于根据力传感器采集的信号控制第一电磁铁的电流大小及方向以产生相应的磁场吸力，使第一电磁铁吸引吸附装配工具和相应重量的螺栓的同时能耗最小化。

进一步地，所述吸附装配工具还包括设置在所述连接杆上且与所述控制器信号连接的加速度传感器，所述控制器用于根据所述加速度传感器采集的信号控制第一电磁铁的电流大小及方向以产生相应的磁场吸力，使第一电磁铁吸引吸附装配工具和相应重量的螺栓的同时能耗最小化。

进一步地，当所述磁性吸附部为第二电磁铁时，所述控制器还用于根据力传感器采集的信号控制第一电磁铁或第二电磁铁的电流大小及方向以产生相应的磁场斥力，使第一电磁铁排斥吸附装配工具和相应重量的螺栓的同时能耗最小化。

进一步地，还包括设置在支撑架上、用于测量第一电磁铁与轴承座间距的测距传感器，所述测距传感器与所述控制器信号连接，所述控制器用于根据所测间距控制支撑架的高度，使第一电磁铁与吸附装配工具之间保持设定距离。

进一步地，所述第一电磁铁的直径大于各螺栓合围空间的最大宽度。

本发明具有以下有益效果：

本发明的电磁反重力装配装置，包括支撑架、设置在支撑架上的第一电磁铁、与螺栓连接的吸附装配工具、控制器。本发明适用需在反重力状态下的装配操作，可利用第一电磁铁的磁力防止零件下落，降低操作难度、保证操作动作在直接视线范围内，有效防止装配偏差，可直接测量螺栓尾高出轮盘高度，拆装方便、不产生多余物，同时，本发明还可根据螺栓的重量控制第一电磁铁的电流大小及方向以产生相应的吸力，使第一电磁铁吸引吸附装配工具和相应重量的螺栓的同时能耗最小化，节能减耗，降低装配成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的电磁反重力装配装置整体结构示意图；

图2是本发明优选实施例的吸附装配工具结构示意图。

图3是本发明优选实施例的电路原理示意图。

图4是零件处于竖直状态时的装配示意图(轮盘位于轴的上方)。

图5是零件竖直放置，但方向相反时的装配示意图(轮盘位于轴的下方)。

图中所示：

1、第一电磁铁；2、轮盘；3、吸附装配工具；31、磁性吸附部；32、连接杆；33、螺栓吸附部；34、力传感器；35、加速度传感器；4、螺栓；5、轴承座；6、轴；7、支撑架；8、控制器；9、测距传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种电磁反重力装配装置，包括：

支撑架7，竖直设置且高度可调；

第一电磁铁1，固定设置在所述支撑架7上端，其高度由支撑架7调节；

吸附装配工具3，设置于所述第一电磁铁1正下方的磁场区域内，其下端与对应的螺栓4可拆卸连接，上端被所述第一电磁铁1的磁力所吸引；

控制器8，分别与所述第一电磁铁1和吸附装配工具3信号连接，用于根据螺栓4的重量控制第一电磁铁1的电流大小及方向以产生相应的吸力，使第一电磁铁1吸引吸附装配工具3和相应重量的螺栓4的同时能耗最小化。

本实施例的电磁反重力装配装置，包括支撑架7、设置在支撑架7上的第一电磁铁1、与螺栓4连接的吸附装配工具3、控制器8。

如图4所示，装配时，零件处于竖直状态，需要克服零件重力装配，装配时需要将螺栓4装在轴6上后装入轴承座5，接着将轮盘2装到轴6上，用螺母10紧固，螺栓4与轴6之间无轴向限位件。装配到位后，需测量螺栓4高出轮盘2端面的距离h，螺栓4与轴承座5的轴向距离H1、H2，且H1>h,H2>h。

使用本实施例的电磁反重力装配装置时，先将吸附装配工具3的下端固定在螺栓4尾部，使吸附装配工具3暴露在第一电磁铁1产生的磁场中，螺栓4呈悬浮状态，此时吸附装配工具3的上端受到吸引克服螺栓4的重力及吸附装配工具3的自重将螺栓4贴合在轴法兰上，发动机其余部件对磁场不敏感，装配不受干扰；在装配和测量螺栓4高出轮盘2高度的过程中螺栓4位置不偏移；之后将轮盘2放入并穿入各螺栓4，装配完成后，切断第一电磁铁1的电流，磁场消失，拆下吸附装配工具3后，不遗留任何多余物。

本实施例适用需在反重力状态下的装配操作，可利用第一电磁铁1的磁力防止零件下落，降低操作难度、保证操作动作在直接视线范围内，有效防止装配偏差，可直接测量螺栓4高出轮盘高度，拆装方便、不产生多余物，同时，本实施例还可根据螺栓4的重量控制第一电磁铁1的电流大小及方向以产生相应的吸力，使第一电磁铁1吸引吸附装配工具和相应重量的螺栓4的同时能耗最小化，即控制电流大小，使第一电磁铁1产生的磁力大小刚好能够克服螺栓4的重力及吸附装配工具3的自重将螺栓4贴合在轴法兰上，不至于产生过大的磁力，如通过控制电流大小，使第一电磁铁1产生的磁力比螺栓4的重力及吸附装配工具3的自重之和大5％～20％，节能减耗，从而降低装配成本。

如图2所示，在本发明的优选实施例中，所述吸附装配工具3包括连接杆32，所述连接杆32的一端设置有与螺栓可拆卸连接的螺栓吸附部33，另一端设置有与所述第一电磁铁1相作用的磁性吸附部31。

在本发明的优选实施例中，所述螺栓吸附部33包括吸盘。

本实施例的螺栓吸附部33采用吸盘，使用时，通过排除吸盘内空气利用大气压将吸附装配工具3固定在螺栓4尾部，接着将吸附装配工具3暴露在激励电磁铁产生的磁场中，吸附装配工具3受到吸引克服螺栓4重力及工具自重将螺栓4贴合在轴法兰上，装配完成后，切断第一电磁铁1的电流，磁场消失，接着使吸盘内进入空气，即可拆下吸附装配工具3，不遗留任何多余物，方便快捷。

在本发明的优选实施例中，所述磁性吸附部31为永磁体、第二电磁铁或磁吸性金属，其中，永磁体可以是铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、稀土永磁材料或复合材料；第二电磁铁为直流电磁铁；所述磁吸性金属包括铁及其合金。

在本发明的优选实施例中，所述连接杆32为长度可调的伸缩杆，从而可以根据实际需要调节吸附装配工具3的长度，长度增加后，第一电磁铁1与轴承座之间的操作空间变大，便于作业人员进行装配操作。

如图2和图3所示，在本发明的优选实施例中，所述吸附装配工具3还包括设置在所述连接杆32上且与所述控制器8信号连接的力传感器34，所述控制器8用于根据力传感器34采集的信号控制第一电磁铁1的电流大小及方向以产生相应的磁场吸力，使第一电磁铁1吸引吸附装配工具3和相应重量的螺栓4的同时能耗最小化。

本实施例的吸附装配工具3上还包括设置在所述连接杆32上且与所述控制器8信号连接的力传感器34，力传感器34可以检测螺栓4的重量，当检测到不同重量的螺栓4后，所述控制器8则根据力传感器34采集的信号控制第一电磁铁1的电流大小及方向以产生相应的磁场吸力，使第一电磁铁1吸引吸附装配工具3和相应重量的螺栓4的同时能耗最小化，也就是说，螺栓4的重量的越大，流入第一电磁铁1的电流越大，产生的磁力也越大，反之，则流入第一电磁铁1的电流越小，产生的磁力也越小，最终，所产生的磁力在刚好克服螺栓4重力及工具自重将螺栓4贴合在轴法兰上并稍有冗余即可，节能减耗，从而降低装配成本。可见，本实施例能够根据螺栓4的重量的不同自适应的调整流入第一电磁铁1的电流大小，相比采用固定电流大小的电磁铁，本实施例在满足磁力需要的同时，减少了电能消耗，降低了装配成本。

如图2和图3所示，在本发明的优选实施例中，所述吸附装配工具3还包括设置在所述连接杆32上且与所述控制器8信号连接的加速度传感器35，所述控制器8用于根据所述加速度传感器35采集的信号控制第一电磁铁1的电流大小及方向以产生相应的磁场吸力，使第一电磁铁1吸引吸附装配工具3和相应重量的螺栓4的同时能耗最小化。

本实施例中，加速度传感器35可检测装配过程中吸附装配工具3是否有发生摆动，装配过程中若检测到出现摆动时，所述控制器8则根据所述加速度传感器35采集的信号控制第一电磁铁1的电流大小及方向以产生相应的磁场吸力，如增加流入第一电磁铁1的电流大小，使第一电磁铁1产生更大的磁力吸引吸附装配工具3，确保装配过程中螺栓4的位置不偏移。

在本发明的优选实施例中，当所述磁性吸附部31为第二电磁铁时，所述控制器8还用于根据力传感器34采集的信号控制第一电磁铁1或第二电磁铁的电流大小及方向以产生相应的磁场斥力，使第一电磁铁1排斥吸附装配工具3和相应重量的螺栓4的同时能耗最小化。

本实施例主要针对另一种装配姿态，如图5所示，与前述实施例不同的是，本实施例中零件竖直放置，但方向相反，此时，装配人员位于发动机下方，将轮盘利用盘支撑向上托举装配，托举过程中，由于螺栓未固定，在轮盘2上升、测量螺栓露出轮盘2的尺寸时都会推动螺栓4向上移动，易造成螺栓4偏离原位置，导致装配失败、测量数据错误，因此，本实施例中，吸附装配工具3与螺栓4头部连接后(图中未示出)，使吸附装配工具3暴露在第一电磁铁1产生的磁场中，此时控制器8根据力传感器34采集的信号控制第一电磁铁1或第二电磁铁的电流大小及方向以产生相应的磁场斥力，使第一电磁铁1排斥吸附装配工具3和相应重量的螺栓4的同时能耗最小化，该磁场斥力确保螺栓4在装配过程中始终贴合在轴法兰上，防止装配时推动螺栓4向上移动。需要指出的是，本实施例中，流入第一电磁铁1或第二电磁铁的电流大小由所述力传感器34采集的信号决定，也就是说，当检测到推动螺栓4向上移动的力越大时，流入第一电磁铁1或第二电磁铁的电流越大，反之，则越小。可见，本实施例能够根据所受推力的不同自适应的调整流入第一电磁铁1或第二电磁铁的电流大小，相比采用固定电流大小的电磁铁，本实施例在满足磁力需要的同时，能使作用范围r大幅延伸，能量需求更少，减少了电能消耗，降低了装配成本。

在本发明的优选实施例中，所述电磁反重力装配装置还包括设置在支撑架7上、用于测量第一电磁铁1与轴承座5间距的测距传感器9，所述测距传感器9与所述控制器8信号连接，所述控制器8用于根据所测间距控制支撑架7的高度，使第一电磁铁1与吸附装配工具3之间保持设定距离。

一般而言，为确保第一电磁铁1对吸附装配工具3有足够的吸力，除了保证流入第一电磁铁1的电流大小外，合适的间距也十分重要，间距太大，虽然具有宽敞的操作空间，但为了维持足够的吸力，往往需要加大流入第一电磁铁1的电流大小以增大磁场强度，增加了能耗，间距太小时，又会因为操作空间太小影响影响操作效率，因此，综合操作空间和能耗的需要，第一电磁铁1与吸附装配工具3应当保持设定距离，该设定距离可兼顾操作空间和节能的需求，本实施例中，设定距离为0.3m。所述控制器8可根据所测间距控制支撑架7的高度，使第一电磁铁1与吸附装配工具3之间保持设定距离，调节时，可在支撑架7的立柱上设置伸缩杆，并通过设置电机和相关传动部件，传动部件如丝杆螺母副、齿轮齿条副等，控制器8控制电机转动，继而调节支撑架7的立柱的高度，当测距传感器9检测到第一电磁铁1与轴承座5的间距达到设定距离时，控制器8控制电机停止转动，从而使第一电磁铁1与吸附装配工具3之间保持最优的设定距离。

在本发明的优选实施例中，所述第一电磁铁1的直径大于各螺栓4合围空间的最大宽度，本实施例中，所述第一电磁铁1的直径为0.4m，完全可以覆盖各螺栓4合围空间的最大宽度，确保各螺栓4在装配过程中都能位于所述第一电磁铁1的磁场范围内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁反重力装配装置，其特征在于，包括：

支撑架(7)，竖直设置且高度可调；

第一电磁铁(1)，固定设置在所述支撑架(7)上端，其高度由支撑架(7)调节；

吸附装配工具(3)，设置于所述第一电磁铁(1)正下方的磁场区域内，其下端与对应的螺栓(4)可拆卸连接，上端被所述第一电磁铁(1)的磁力所吸引；

控制器(8)，分别与所述第一电磁铁(1)和吸附装配工具(3)信号连接，用于根据螺栓(4)的重量控制第一电磁铁(1)的电流大小及方向以产生相应的吸力，使第一电磁铁(1)吸引吸附装配工具(3)和相应重量的螺栓(4)的同时能耗最小化。

2.根据权利要求1所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，所述吸附装配工具(3)包括连接杆(32)，所述连接杆(32)的一端设置有与螺栓可拆卸连接的螺栓吸附部(33)，另一端设置有与所述第一电磁铁(1)相作用的磁性吸附部(31)。

3.根据权利要求2所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，所述螺栓吸附部(33)包括吸盘。

4.根据权利要求2所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，所述磁性吸附部(31)为永磁体、第二电磁铁或磁吸性金属。

5.根据权利要求2所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，所述连接杆(32)为长度可调的伸缩杆。

6.根据权利要求2所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，所述吸附装配工具(3)还包括设置在所述连接杆(32)上且与所述控制器(8)信号连接的力传感器(34)，所述控制器(8)用于根据力传感器(34)采集的信号控制第一电磁铁(1)的电流大小及方向以产生相应的磁场吸力，使第一电磁铁(1)吸引吸附装配工具(3)和相应重量的螺栓(4)的同时能耗最小化。

7.根据权利要求2或6所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，所述吸附装配工具(3)还包括设置在所述连接杆(32)上且与所述控制器(8)信号连接的加速度传感器(35)，所述控制器(8)用于根据所述加速度传感器(35)采集的信号控制第一电磁铁(1)的电流大小及方向以产生相应的磁场吸力，使第一电磁铁(1)吸引吸附装配工具(3)和相应重量的螺栓(4)的同时能耗最小化。

8.根据权利要求4所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，当所述磁性吸附部(31)为第二电磁铁时，所述控制器(8)还用于根据力传感器(34)采集的信号控制第一电磁铁(1)或第二电磁铁的电流大小及方向以产生相应的磁场斥力，使第一电磁铁(1)排斥吸附装配工具(3)和相应重量的螺栓(4)的同时能耗最小化。

9.根据权利要求1所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，还包括设置在支撑架(7)上、用于测量第一电磁铁(1)与轴承座(5)间距的测距传感器(9)，所述测距传感器(9)与所述控制器(8)信号连接，所述控制器(8)用于根据所测间距控制支撑架(7)的高度，使第一电磁铁(1)与吸附装配工具(3)之间保持设定距离。

10.根据权利要求1所述的电磁反重力装配装置，其特征在于，所述第一电磁铁(1)的直径大于各螺栓(4)合围空间的最大宽度。

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