用于飞行器舱板装配的机械系统设计与研究

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1、用于飞行器舱板装配的机械系统设计与研究郭卫东，沙佳杰，黄斌，韩先国(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要:针对飞行器舱板装配的现实需求，设计了能够自动完成装配任务的翻转机械系统。该机械系统主要由移动架车、水平移动机构、竖直移动机构和平面四杆机构(ＲPＲＲ)等组成。在完成机构系统构型设计、结构设计的基础上，进行了运动规划，并应用ADAMS软件验证了系统工作的准确性和可靠性，结果表明各项运动特性符合设计要求。关键词:飞行器;舱板装配;翻转机械系统;设计;虚拟样机中图分类号:TH12文献标志码:B文章编号:1671-5276(2014)06-

2、0018-03MechanicalSystemDesignforAircraftBoardAssemblyandItsＲesearchGUOWei-dong，SHAJia-jie，HUANGBin，HANXian-guo(SchoolofMechanicalEngineering＆Automation，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract:Accordingtotherealisticrequirementofaircraftboardassembly，Thispaperdesignsaturningme

3、chanicalsystemwhichcanbeusedtoautomaticallycompleteassemblytasks．Thissystemismainlycomposedofamovingcar，horizontalandverticalmov-ingmechanismandplanefour-barlinkagemechanism(ＲPＲＲ)，etc．Onthebasisofcompletingsystemconfigurationdesignandstructuredesign，themotionplanningisconducted，then

4、ADAMSisusedtoverifyitsveracityandreliability．Theresultshowsthatthemotioncharacteristicsmeetthedesignrequirements．Keywords:aircraft;boardassembly;turningmechanicalsystem;design;virtualprototype0引言装配是产品制造全生命周期中需要耗费大量时间和精力的关键环节。根据Womack等人［1］1990年所作的调查表明，工业化国家中，装配劳动量占产品总工时的20%～30%，装配成本超

5、过生产成本的40%。俄罗斯飞机制造业的统计资料也显示，在新机试制阶段，装配工作量高达飞机生产总工作量的75%～80%［2］。因此，装配技术的发展是保证产品品质和提高生产效率的决定性因素之一。在飞行器舱板的装配过程中，现有的翻转机械系统仍以手动操作为主，对于判断安装位置是否准确到位，取决于操作人员的目测结果，往往会造成装配位置不完全对应、装配效率较低、操作人员劳动强度较大等问题。所以实现飞行器舱板自动化装配是当前的必然需求，也是现代化飞行器装配过程中不可或缺的一部分。1机械系统设计要求翻转机械系统是为了能将飞行器可拆装的舱板以固定方式打开，并能可靠停放的一种运动

6、工装。主要有以下三点设计要求:1)翻转轴为舱板上边沿(图1中理想转轴)，即翻转机械系统要保证能够绕着舱板上边沿进行水平翻转，这是由飞行器舱板的打开形式所决定的;2)翻转角度:0°－90°，初始位置为水平;3)翻转速度:10－30°/min;由于舱板的外形尺寸较大、质量较为沉重、翻转轴位置固定等因素的存在，所以在进行舱板装配时，不可能依靠人力直接完成装配，必须要借助机械系统来完成。作为专门针对舱板装配而设计的翻转机械系统，可以使整个装配过程完全实现自动化，并且能够在很大程度上节省工作时间和减小操作人员工作强度，真正实现高效、精确、可靠的自动化装配。图1翻转轴位

7、置图示2机械系统运动原理及机构设计2．1运动原理为了满足工况需求，设计以上舱板装配翻转机械系统。该系统拥有水平移动、竖直移动和绕转轴转动三个自由度。如图2所示，移动架车由四个万向脚轮1、四套支作者简介:郭卫东(1962－)，男，黑龙江拜泉人，教授，博士，研究方向为机构学和虚拟样机技术。撑垫铁3和架车体5组成，来实现机械系统较大距离的移动，在架车移动至目标位置后，再调整架车体上的四个支撑垫铁，将架车体上表面调整到指定位姿。然后通过翻转机械系统本身的自由度调整舱板位姿，直至其到达指定装配位姿，而这个调整过程就需要由水平移动机构、竖直移动机构和平面四杆机构(ＲPＲＲ

8、)配合来完成。2．2机构设计1)水平移