一种部件竖直方向低应力装配装置的制作方法

1.本发明涉及一种两部件在竖直方向的低应力装配装置，属于航天装配技术领域。


背景技术：

2.航天产品长期运行在微重力、高温差、强辐射的太空环境中，若想保证在轨工作可靠性高，寿命长，必须经过地面精密装调。在地面装配时，重力环境引起航天产品的弱刚度构件结构变形，产生附加应力；在太空服役时，失重环境引起附加应力的释放，结构变形的恢复改变装配面接触状态，引起航天产品性能的变化。因此，航天产品在地面的装配精度和试验性能并不能完全反映在太空的状态。因此，需要采用低应力装配装置来提高航天器的地面装配性能，更好的实现航天产品在轨运行的功能。


技术实现要素：

3.针对如何提高航天产品的地面装配装置性能的问题，本发明提供一种部件竖直方向低应力装配装置。
4.本发明的一种部件竖直方向低应力装配装置，所述装置包括支撑单元1、悬吊单元2和支撑架3；
5.所述支撑单元1和悬吊单元2均固定在支撑架3上，支撑架3作为承载平台；
6.装配部件a安装支撑单元1上，装配部件b悬挂在悬吊单元2的下方，装配部件a位于装配部件b的下方；
7.支撑单元1采用多点支撑，每个支撑点设置一个压力传感器9，用于采集对应支撑点的支持力，支撑单元1还用于调整待装配部件a在z轴方向、绕x轴方向、绕y轴方向的位置；
8.悬吊单元2采用单点悬吊，设置一个拉力传感器，用于采集悬吊点的拉力，悬吊单元2还用于调整装配部件b在x轴方向、y轴方向、z轴方向以及绕z轴方向的位置；
9.分别通过悬吊单元2和支撑单元1使装配部件a和装配部件b进行六自由度相对运动，实现装配部件a和装配部件b的装配；
10.z轴方向为高度方向，绕x轴方向为俯仰方向，绕y轴方向为偏航方向，绕z轴方向为滚转方向。
11.作为优选，所述支撑单元1包括支撑板7和四组连接组件，四组连接组件分布设置在支撑板7上；
12.每组连接组件均包括有1号高度调节机构8、一个压力传感器9和1号连接件10，
13.四组连接组件的1号高度调节机构8同时升高或降低，实现z轴方向的调整；
14.四组连接组件的1号高度调节机构8中两两差动实现绕y轴方向、绕x轴方向的调整；
15.压力传感器9的一端固定在1号高度调节机构8上，压力传感器9的另一端与1号连接件10连接，1号连接件10用于连接待装配部件a。
16.作为优选，1号高度调节机构8包括安装底座11、高度调节块12、双向螺栓13；
17.安装底座11固定在支撑板7上，双向螺栓的正向螺纹设置在安装底座11上，反向螺纹设置在高度调节块13上，高度调节块12位于安装底座11的上方，双向螺栓穿过安装底座11和高度调节块13，且双向螺栓的螺纹与安装底座11的正向螺纹、高度调节块13的反向螺纹啮合，调节双向螺栓13来调整高度调节块12的高度；
18.压力传感器9的一端固定在高度调节块12上。
19.作为优选，所述支撑架3包括支撑底板4、钢架5和配重6。
20.支撑底板4设置在钢架5的底部，配重6设置在支撑底板4上，所述支撑单元1和悬吊单元2均固定在钢架5的一侧，配重6位于钢架5的另一侧。
21.作为优选，所述悬吊单元2包括水平二自由度调节块14、连接座15、1号球轴承16、拉力传感器17、滚转装置18、2号高度调节机构19、2号球轴承20、吊耳21、横吊板22、和连接件23；
22.水平二自由度调节块14设置在支撑架3的上部，支撑架3上设置有y轴方向的长孔，水平二自由度调节块14可在所述y轴向长孔内沿y轴方向移动；连接座15固定在水平二自由度调节块14的底部，水平二自由度调节块14设置有x轴方向的长孔，连接座15可在所述x轴方向长孔内沿x轴方向移动；
23.拉力传感器17位于连接座15的下方，拉力传感器17的一个检测端通过1号球轴承16与连接座15连接，拉力传感器17能够绕连接座15进行绕x轴方向运动，
24.所述滚转装置18位于拉力传感器17的下方，2号高度调节机构19位于滚转装置18的下方,所述滚转装置18内部固定有上下两个轴承，拉力传感器17的另一个检测端与滚转装置18内部的上轴承的轴固定连接，滚转装置18内部的下轴承的轴设有外螺纹，且与2号高度调节机构19的顶端连接，
25.拉力传感器17和2号高度调节机构19可做绕z轴方向运动，2号高度调节机构19的底端通过2号球轴承20连接吊耳21，2号高度调节机构19可绕吊耳21转轴进行绕y轴运动，2号高度调节机构19的顶端和底端分别采用正反螺纹连接，通过正反螺纹可进行z轴方向运动；
26.吊耳21连接有连接件23，连接件23用于连接装配部件b。
27.本发明的有益效果，对于上下布局的航天部件，可实现两部件竖直方向上的低应力装配。
附图说明
28.图1是本发明低应力装配装置的结构示意图；
29.图2是支撑单元的结构示意图；
30.图3是1号高度调节机构的结构示意图；
31.图4是悬吊单元的结构示意图；
32.图5是本发明实施例的示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
36.本实施方式的一种部件竖直方向低应力装配装置，包括支撑单元1、悬吊单元2和支撑架3；
37.所述支撑单元1和悬吊单元2均固定在支撑架3上，支撑架3作为承载平台；
38.装配部件a安装支撑单元1上，装配部件b悬挂在悬吊单元2的下方，装配部件a位于装配部件b的下方；
39.支撑单元1采用多点支撑，每个支撑点设置一个压力传感器9，用于采集对应支撑点的支持力，支撑单元1还用于调整待装配部件a在z轴方向、绕x轴方向、绕y轴方向的位置；
40.悬吊单元2采用单点悬吊，设置一个拉力传感器，用于采集悬吊点的拉力，悬吊单元2还用于调整装配部件b在x轴方向、y轴方向、z轴方向以及绕z轴方向的位置；
41.分别通过悬吊单元2和支撑单元1使装配部件a和装配部件b进行六自由度相对运动，实现装配部件a和装配部件b的装配；
42.z轴方向为高度方向，绕x轴方向为俯仰方向，绕y轴方向为偏航方向，绕z轴方向为滚转方向。
43.装配过程为：将部件a坐落在支撑单元1上，将部件b悬挂在悬吊单元2上，对整个支撑架进行调平，保证力传感器可以真实的反映部件a和部件b的重力。利用压力传感器和拉力传感器，分别测量并记录各支撑点和悬吊点的支撑力ξ
支撑力
和悬吊力ξ
悬吊力
；测量部件a和部件b装配接口的位置误差，利用支撑单元1和吊单元2中调整部件a和部件b的相对位置及姿态，使部件a和部件b的装配接口轴线重合；支撑单元1和悬吊单元2共同实现对竖直方向装配的两部件六自由度的相对调整：利用支撑单元1和吊单元2调整部件a和部件b在z轴方向的位置，使部件a和部件b在竖直方向互相接近；部件a和部件b的装配接口相互接触后，获取此时压力传感器和拉力传感器测量的支持力δ
支撑力
和悬吊力δ
悬吊力
，与支撑力ξ
支撑力
和悬吊力ξ
悬吊力
相比，通过力的变化，判断装配接口之间的相互作用力，用支撑单元1和吊单元2中调整部件a和部件b的相对位置及姿态，直至压力传感器和拉力传感器测量的支持力和悬吊力与支撑力ξ
支撑力
和悬吊力ξ
悬吊力
的差达到误差许可要求，完成装配。本实施方式的装置能够实现竖直方向两装配部件相对姿态和位置的调节，通过采集压力传感器和拉力传感器数据，根据数据的变化进行相应自由度的调整，通过力传感器对装配过程中因为形变导致的应力进行可视化监测，对零部件的重力进行补偿，从而实现低应力装配。
44.优选实施例中，支撑架3包括支撑底板4、钢架5和配重6；
45.支撑底板4设置在钢架5的底部，沿边长向四周辐射布置，扩大支撑面积，在两部件装配的过程中提高抗颠覆能力。配重6设置在支撑底板4上，支撑单元1和悬吊单元2均固定在钢架5的一侧，配重6位于钢架5的另一侧，本实施方式利用配重6调整整体重心，在装配的过程中，保证装配装置和装配件的整体的质心尽量接近于支撑架3的中间偏下，提高抗倾覆能力及安全性。
46.支撑架3为装配提供基础的操作平台，支撑着支撑单元1和悬吊单元2。支撑架3的
底面设置有调平机构。本实施方式钢架5的上部采用c字形开口，c字开口的上部安装悬吊单元2，c字开口下部安装支撑单元1，整体由q235钢焊接而成，保证在装配的过程中支撑架的自身变形较小，降低对装配精度的影响。
47.本实施方式中，支撑架3依靠支撑地板坐落在地面或大理石平台上，为两部件的装配提供基础的操作平台。考虑到待装配的两部件工作时的离地高度较高，钢架5采用较长的方钢焊接提高整体装配操作平台的高度，这就增加了装配过程的危险性，在支撑底板4上放置配重6降低装配装置和零部件的整体质心。
48.优选实施例中，支撑单元1包括支撑板7和四组连接组件，四组连接组件分布设置在支撑板7上；
49.每组连接组件均包括有1号高度调节机构8、一个压力传感器9和1号连接件10，
50.四组连接组件的1号高度调节机构8同时升高或降低，实现z轴方向的调整；
51.四组连接组件的1号高度调节机构8中两两差动实现绕y轴方向、绕x轴方向的调整；
52.压力传感器9的一端固定在1号高度调节机构8上，压力传感器9的另一端与1号连接件10连接，1号连接件10用于连接待装配部件a。
53.四组1号高度调节机构8同时上升或下降，可实现所需要装配部件在高度方向(z轴)的调节；
54.四组1号高度调节机构8同时上升或下降，可实现所需要装配部件在高度方向(z轴)的调节；每两个1号高度调节机构8上升和下降的差动可实现对所需要装配部件偏航方向(绕y轴)、俯仰方向(绕x轴)上的调整；
55.本实施方式的1号高度调节机构包括安装底座11、高度调节块12、双向螺栓13；安装底座11固定在支撑板7上，双向螺栓的正向螺纹设置在安装底座11上，反向螺纹设置在高度调节块13上，高度调节块12位于安装底座11的上方，双向螺栓穿过安装底座11和高度调节块13，高度调节块12是活动的，且双向螺栓的螺纹与安装底座11的正向螺纹、高度调节块13的反向螺纹啮合，通过调节双向螺栓13来调整高度调节块12的高度；四组1号高度调节机构8同时调整实现高度方向(z轴)的调整；四组1号高度调节机构8两两差动实现偏航方向(绕y轴)、俯仰方向(绕x轴)的调整。
56.压力传感器9的一端固定在高度调节块12上，用于检测装配过程中连接件10所受的装配部件的压力。
57.本实施方式的4组1号高度调节机构8根据待装配零部件的接口位置不同设计不同高度及形式的1号连接件10和安装底座11，为了便于操作调节双向螺栓13，增加操作空间，安装底座11的相应位置掏空。双向螺栓13由m8
×
1的反向螺栓自主设计加工，一半是m6的正向螺纹，对应的螺纹设置在安装底座11上，另一半为m8的反向螺纹，对应的螺纹设置在高度调节块12上，调节双向螺栓13来调整高度调节块12的高度，从而调节待装配部件的高度。
58.优选实施例中，悬吊单元2包括水平二自由度调节块14、连接座15、1号球轴承16、拉力传感器17、滚转装置18、2号高度调节机构19、2号球轴承20、吊耳21、横吊板22、和连接件23；
59.悬吊单元设置有水平二自由度的调节能力以补偿机械加工误差：水平二自由度调节块14设置在支撑架3的上部，支撑架3上设置有y轴方向的长孔，水平二自由度调节块14具
有沿y轴向长孔移动的能力；连接座15固定在水平二自由度调节块14的底部，水平二自由度调节块14设置有x轴方向的长孔，连接座15具有沿x轴方向长孔的移动能力。
60.连接座15固定在水平二自由度调节块14的底部，拉力传感器17位于连接座15的下方，拉力传感器17的一个检测端通过1号球轴承16与连接座15连接，拉力传感器17能够绕连接座15进行绕x轴方向运动，
61.所述滚转装置18位于拉力传感器17的下方，2号高度调节机构19位于滚转装置18的下方,所述滚转装置18内部固定有上下两个轴承，此设计的目的是为了保证位于下方的零部件在旋转时不带动传感器传动导致测量误差；拉力传感器17的另一个检测端与滚转装置18内部的上轴承的轴固定连接，滚转装置18内部的下轴承的轴设有外螺纹，且与2号高度调节机构19的顶端连接，拉力传感器17和2号高度调节机构19可做绕z轴方向运动，2号高度调节机构19的底端通过2号球轴承20连接吊耳21，2号高度调节机构19可绕吊耳21转轴进行绕y轴运动，2号高度调节机构19的顶端和底端分别采用正反螺纹连接，通过正反螺纹可进行z轴方向运动；
62.本实施方式的2号高度调节机构19考虑操作方便和调节行程等因素，设计为长方体，中间掏空，可以肉眼观察调节行程的余量，以避免危险。
63.吊耳21连接有连接件23，连接件23用于连接装配部件b；
64.1号球轴承16和2号球轴承20，均采用外螺纹端面球轴承，1号球轴承16的螺纹部分连接拉力传感器17，2号球轴承20的螺纹部分连接2号高度调节机构19的底端。
65.1号球轴承16和2号球轴承20的设计可保证待装配的悬吊部件靠自身重力保持竖直方向，因此悬吊单元2不需要设计专门的偏航和俯仰调整手段。
66.本实施方式的步骤二和步骤三中：
67.利用悬吊单元2在x、y轴方向上的调整方法包括：
68.将水平二自由度调节块14带动装配部件b在支撑架3的长孔中进行x轴方向、y轴方向运动；
69.在绕z轴方向上的调整方法包括：
70.转动滚转装置18进行装配部件b的滚转调整。
71.本实施方式的悬吊单元2还包括横吊板22，吊耳21通过横吊板22与连接件23连接。
72.本实施方式的5个力传感器所测的实时数据通过串口通信采集并整合显示在显示屏，方便后期装配过程中实时监测。
73.本实施方式通过支撑单元1中的1号高度调节机构8、悬吊单元2中的水平二自由度调节块14及2号高度调节机构19对所需要装配的零部件在x轴方向、y轴方向及绕z轴方向、高度z方向、绕y轴和绕x轴方向上进行调整，使所需要待装配的两零部件的接口对准，从而实现低应力装配。
74.在装配的过程中，可通过采集拉力传感器17数据，根据数据的变化进行相应自由度的调整，降低装配应力。
75.实施例：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
76.待装配部件24的总重量为80kg，待装配部件25的总装量为40kg，设计配重6重量为150kg，将整体的重心下移的同时尽量靠后，保证装配过程的安全性。
77.参考图5，将部件24坐落在支撑单元1上，利用连接件10进行固定，将部件25连接在悬吊单元2的连接件23上，设计不同的连接件10和连接件23的形状避免与部件本体发生干涉；利用1号高度调节机构和2号高度调节机构使两部件的连接面接触，根据力传感器的示数变换调整两部件的相对位置和姿态，控制力传感器的示数变化在某一阈值内，完成装配。
78.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。