球头锁紧装置与应用方法与流程

本发明涉及对接设备领域、飞机组装领域，具体地，涉及一种球头锁紧装置与应用方法。

背景技术

飞机的大部件安装对接中，采用数字化对接是总体趋势。在数字化对接中，飞机与数控定位器的连接靠的就是飞机上的球头进入到数控定位器的球窝内，通过一组数控定位器的x、y、z三个方向的运动，实现飞机各个大部件的姿态调整，并进行对接。安装过程有球头进入球窝、调整飞机部件的姿态、进行对接，对应的锁紧机构有三种状态，自由、防逃逸、锁紧。由于飞机对接对精度要求非常高，从而对相关工装的安全性和可靠性要求也非常高。现有的锁紧机构在实际中不容易落实，安全性和可靠性也不高。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种球头锁紧装置与应用方法。

根据本发明提供的球头锁紧装置，包含承载结构、球窝以及径位调节机构；所述球窝与径位调节机构均安装在承载结构上；所述球窝内部设置有容物槽，容物槽内部形成对接空间；

球窝上设置有一个或多个调节孔，对接空间通过调节孔与外部空间连通；所述径位调节机构穿设在调节孔中；

承载结构上设置有变径导轨，变径导轨包含变径凸台，变径凸台包含档位部，多个档位部中包含有自由档位、防逃逸档位以及锁紧档位；

径位调节机构沿轴向的两端中，其中一端滑动安装在变径凸台上，另一端沿球窝径向方向滑动到达对接空间中。

优选地，所述承载结构包含支撑台，变径导轨转动安装在支撑台上；

自由档位、防逃逸档位、锁紧档位依次平滑过渡连接，自由档位、防逃逸档位、锁紧档位在支撑台径向方向上由外到内依次布置。

优选地，所述径位调节机构包含卡爪与顶头；

卡爪上设置有拉引槽，拉引槽与变径凸台相匹配；顶头在容物槽中的径向位置能够调节，所述径位调节机构与调节孔在数量上一一对应或存在不同。

优选地，所述拉引槽的槽壁面上设置有滚轮，卡爪通过滚轮连接到变径凸台上；

调节孔中还设置有直线轴承，顶头通过直线轴承安装在调节孔中。

优选地，所述变径导轨还包含转盘，多个变径凸台紧固安装在转盘上；

支撑台上设置有弧形导轨，转盘上设置有弧形滑块，所述弧形滑块滑动安装在弧形导轨上。

优选地，所述支撑台上还安装有微动开关，微动开关的数量与单个变径凸台上档位部的数量相对应；

转盘的外周面上设置有侧边凸起，侧边凸起能够触发微动开关。

优选地，所述微动开关连接有指示灯，微动开关与指示灯在数量上一一对应。

优选地，所述变径导轨上还设置有手柄；所述手柄包含可折叠手柄；

承载结构还包含球窝保护套，球窝保护套与支撑台紧固连接；球窝保护套上设置有手柄夹持夹，可折叠手柄折叠时近端到达手柄夹持夹中。

本发明还提供了一种上述的球头锁紧装置的应用方法，包含以下步骤：

自由对接步骤：转动变径导轨，使卡爪滑动到自由档位上，将球头对入到球窝的对接空间中；

姿态调整步骤：转动变径导轨，使卡爪滑动到防逃逸档位上，在对接空间中调整球头的姿态；

锁紧对接步骤：转动变径导轨，使卡爪滑动到锁紧档位上，球头与球窝之间的相对位置被固定。

优选地，所述自由对接步骤、姿态调整步骤以及锁紧对接步骤中：

侧边凸起均会触发对应的微动开关，且被触发的微动开关对应的指示灯亮起。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的球头锁紧机构能够在自由、防逃逸、锁紧三种状态中转换，满足飞机安装过程中球头进入球窝、调整飞机部件的姿态、进行对接三个过程的需要；

2、本发明中所有操作都是机械式的，不存在电气故障的影响；

3、所有过程状态都有对应的灯光提示，进一步保证对接结构处于正确状态；

4、固定在球窝保护套上的手柄夹持夹可以杜绝工人误撞到可折叠手柄，改变了球头锁紧机构的状态；

5、卡爪上的滚轮和弧形导轨也使得运动流畅可行，而且磨损小。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为锁紧机构结构示意图；

图2为球窝立体图；

图3为卡爪立体图；

图4为变径导轨立体图；

图5为弧形滑块立体图；

图6为弧形导轨立体图；

图7为球窝保护套立体图；

图8为支撑台立体图；

图9为变径凸台局部详图；

图10为球头锁紧装置应用方法流程图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的球头锁紧装置，包含承载结构、球窝2以及径位调节机构；所述球窝2与径位调节机构均安装在承载结构上；所述球窝2内部设置有容物槽，容物槽内部形成对接空间。球窝2上设置有一个或多个调节孔15，对接空间通过调节孔15与外部空间连通；所述径位调节机构穿设在调节孔15中。承载结构上设置有变径导轨5，变径导轨5包含变径凸台16，变径凸台16包含档位部17，多个档位部17中包含有自由档位31、防逃逸档位32以及锁紧档位33。径位调节机构沿轴向的两端中，其中一端滑动安装在变径凸台16上，另一端沿球窝2径向方向滑动到达对接空间中。

所述承载结构包含支撑台6，变径导轨5转动安装在支撑台6上。自由档位31、防逃逸档位32、锁紧档位33依次平滑过渡连接，自由档位31、防逃逸档位32、锁紧档位33在支撑台6径向方向上由外到内依次布置。所述径位调节机构包含卡爪11与顶头13；卡爪11上设置有拉引槽14，拉引槽14与变径凸台16相匹配；顶头13在容物槽中的径向位置能够调节，所述径位调节机构与调节孔15在数量上一一对应或存在不同。如图9所示，自由档位31、防逃逸档位32、锁紧档位33均为弧形结构，对应的弯曲半径分别为r3、r2、r1，且有r3>r2>r1。相邻两种半径之间通过两段圆弧过度，每段圆弧与相邻的半径相切，两段圆弧之间也相切，这样可以保证在改变锁紧状态时，卡爪11和顶头13不会有加速度的突变，同时也减小了运动过程中卡爪11和变径凸台16的磨损。

卡爪11位于自由档位31、防逃逸档位32、锁紧档位33上时，分别对应球头锁紧装置处于自由状态、防逃逸状态、锁紧状态。例如，当锁紧装置要从自由状态到防逃逸状态时，按如图9所示方向转动变径导轨5，卡爪11要从最大半径位置运动到中间半径位置。当卡爪11运动到两段圆弧的切点时，变径凸台16与顶头13之间的压力角最大，为38.66°。根据摩擦力计算公式：f＝μn，式中：f为摩擦力，μ为摩擦系数，n为正压力。若fsin38.66°＞ncos38.66°，即tan38.66°＞1/μ，即μ＞1.25时，无论给变径导轨5施加多大的力，变径导轨5都无法驱动卡爪11和顶头13沿径向运动。实施例中，所述拉引槽14的槽壁面上设置有滚轮19,卡爪11通过滚轮19连接到变径凸台16上。由于用的是滚轮19，滚动摩擦系数为0.01，即压力角大于89.4°，才存在变径导轨5无法驱动卡爪11和顶头13沿径向运动，而本发明中变径凸台16各处压力角都不会大于50°，所以不用担心卡住，但为了减小对滚轮19和变径凸台16的摩擦，从而导致精度变差，还是应该在接触面加上脂润滑。优选地，调节孔15中还设置有直线轴承12，顶头13通过直线轴承12安装在调节孔15中。

所述变径导轨5还包含转盘18，多个变径凸台16紧固安装在转盘18上；如图5、图6所示，支撑台6上设置有弧形导轨9，转盘18上设置有弧形滑块7，所述弧形滑块7滑动安装在弧形导轨9上。所述支撑台6上还安装有微动开关3，微动开关3的数量与单个变径凸台16上档位部17的数量相对应；转盘18的外周面上设置有侧边凸起20，侧边凸起20能够触发微动开关3。优选地，所述微动开关3连接有指示灯，微动开关3与指示灯在数量上一一对应。

此外，所述变径导轨5上还设置有手柄。实施例中，所述手柄包含可折叠手柄10；承载结构还包含球窝保护套4，球窝保护套4与支撑台6紧固连接；如图7所示，球窝保护套4上设置有手柄夹持夹8，可折叠手柄10折叠时近端到达手柄夹持夹8中。优选地，所述球窝保护套4上设置有供可折叠手柄10转动的开孔。优选地，所述弧形导轨9在沿径向方向的两个端面上设置有防脱滑槽21，弧形滑块7上设置有与防脱滑槽21相匹配的凸起，防止在转动时沿轴向脱出。

本发明还提供了一种上述的球头锁紧装置的应用方法，其特征在于，包含以下步骤：自由对接步骤：转动变径导轨5，使卡爪11滑动到自由档位31上，将球头1对入到球窝2的对接空间中；姿态调整步骤：转动变径导轨5，使卡爪11滑动到防逃逸档位32上，在对接空间中调整球头1的姿态；锁紧对接步骤：转动变径导轨5，使卡爪11滑动到锁紧档位33上，球头1与球窝2之间的相对位置被固定。另外，所述自由对接步骤、姿态调整步骤以及锁紧对接步骤中：侧边凸起20均会触发对应的微动开关3，且微动开关3对应的指示灯亮起。也就是说，变径导轨5转动时，卡爪11每到达一个档位，均能使得对应的指示灯亮起。另外，在上述三个步骤中，可折叠手柄10也会有对应位置的手柄夹持夹8进行折叠收纳，防止操作人员误触转动。

优选实施方式：

球头1固定安装在飞机部件上；球窝2和支撑台6固定安装在一起，球窝2侧面开了三个圆孔；三个微动开关3固定安装在支撑台6上；支撑台6安装在数控定位器上；变径导轨5圆周上分布着三段起变径作用的变径凸台16，每个变径凸台16上有三种弯曲直径的档位部17，变径导轨5的侧面有一处侧边凸起20，转动变径导轨5时会触发不同的微动开关3，变径导轨5安装在弧形滑块7上，弧形滑块7和弧形导轨9配合；可折叠手柄10的一端固定在变径导轨5上，握住手柄转动就可以带动变径导轨5转动；手柄夹持夹8固定在球窝保护套4上，球窝保护套4和支撑台6固连，向下折可折叠手柄10，把手柄压入手柄夹持夹8，则变径导轨5不能再转动；卡爪11卡在变径导轨5变径凸台16上，卡爪11和顶头13固连，卡爪11和变径凸台16两侧相接触的地方是两个滚轮19；直线轴承12安装在球窝2的调节孔15内，顶头13从直线轴承12中间穿出，由卡爪11带动着在球窝2的调节孔15内做直线运动。优选地，球窝2的外周面上设置有平面部，用于与直线轴承12包含的法兰部进行连接。

变径导轨5上的变径凸台16与卡爪11的配合类似凸轮与从动件的配合，由于变径凸台16不同位置的直径不同，不同直径之间又是连续过渡的，所以握住可折叠手柄10带动变径导轨5转动，则使得卡爪11和顶头13在径向的位置发生变化。卡爪11上的滚轮可19以保证变径时不会因为卡爪11和变径凸台16之间摩擦角的变化而不能相对运动，而且卡在变径凸台16的两侧，所以不需要增加复位装置，可以自动复位。同时，变径导轨5转动到不同位置时，变径导轨5上的侧边凸起20起触发了不同的微动开关3。由于结构紧凑，用接近开关可能会引起误触发，而用接触式的微动开关3更可靠。当球头1要进入球窝2的时候，锁紧机构需要处于自由状态，此时转动可折叠手柄10，使得卡爪11卡在变径凸台16最大直径处，此时顶头13离中心最远，球头1可以自由的进入球窝2，同时，变径导轨5的侧边凸起20触发了第一个微动开关3，微动开关3控制的表示锁紧机构处于自由状态的提示灯亮起。当调整飞机部件姿态的时候，希望球头1可以有一定的运动量，但是不能脱出球窝2，锁紧机构需要处于防逃逸状态，此时转动可折叠手柄10，使得卡爪11卡在变径凸台16中间直径处，此时顶头13处于中间位置，球头1可以在一定范围内转动，但不能脱出球窝2，同时，变径导轨5的侧边凸起20触发了第二个微动开关3，微动开关3控制的表示锁紧机构处于防逃逸状态的提示灯亮起。当调整飞机部件对接或加工的时候，希望球头1相对于定位器完全固定不动，锁紧机构需要处于锁紧状态，此时转动可折叠手柄10，使得卡爪11卡在变径凸台16最小直径处，此时顶头13处于离中心最近的位置，压在了球头1上，球头1完全被固定，同时，变径导轨5的侧边凸起20触发了第三个微动开关3，微动开关3控制的表示锁紧机构处于锁紧状态的提示灯亮起。每次提示灯亮起后往下折动可折叠手柄10，压入手柄夹持夹8内，并检查提示灯是否依然正确亮着，每次要转动变径导轨5时再把可折叠手柄10拉起来。本装置有三重保护，一是所有操作都是机械式的，不存在电气故障的影响；而是所有状态都有对应的灯光提示，进一步保证处于正确状态；三是固定在球窝保护套4上的手柄夹持夹8可以杜绝工人误撞到可折叠手柄10，改变了锁紧机构的状态。另外，卡爪11上的滚轮19和弧形导轨9也使得运动流畅可行，而且磨损小。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。