一种航空结构件螺栓装配局部应力检测平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可自动夹紧螺栓、加载负载扭矩并精确定位测量的航空结构件螺栓装配局部应力检测平台。
【背景技术】
[0002]装配应力是机械零件在装配时由加工误差引起的内应力。在实际的装配过程中，由于装配应力的存在，具有表面拉伸应力的构件其变形稳定性远远不如具有表面压缩应力的构件。航空工业对装配精度要求很高，为了避免构件受到装配应力影响而变形，需要对装配应力进行检测，确保装配应力大小在许用范围内。在飞机的结构设计中，主要的承力结构采用螺栓连接方式。螺栓在承载时，主要沿直径传递载荷、协调变形。螺栓“两端粗中间细”的结构很容易发生应力集中现象。在交变载荷作用下，应力集中部位有可能发生螺栓失效、塑性变形甚至断裂，对飞机的飞行安全造成难以估量的影响。因此，航空结构件对螺栓加工和装配过程中的许用要求的标准越来越高。
[0003]为了避免结构件受到不必要的螺栓装配应力影响而发生翘曲变形，需要对装配应力进行检测，确定装配应力大小，及时调整装配体以消除装配应力，保证装配质量和精度。对于已经失效的系统，利用合理的应力检测系统，对失效螺栓周围的应力分布进行检测，根据应力分布的不同，可以有效地判断螺栓的失效形式，找到螺栓失效原因，有助于解决问题，减小螺栓再度失效的可能性。更重要的是通过对螺栓装配应力检测，可以分析载荷与应力分布的关系，判断螺栓失效形式，了解螺栓失效规律，为螺栓的选型设计、使用及制造提供参考意见，从而在设计时就选择合适规格的螺栓，避免螺栓失效的现象的发生，保障飞行器的稳定的运行。
【发明内容】
[0004]本设计基于上述背景，提出一种航空结构件螺栓装配局部应力检测平台，主要应用对象为航空结构件，以及其他满足本应力检测平台尺寸要求的被测试件，以便能够快捷得获得螺栓装配局部应力分布情况。该平台主要有三个功能:可实现自动夹紧螺栓并加载负载扭矩；可将应力检测装置准确的定位在被测试件的某一位置进行应力测量；可将得到的数据传输至计算机处理，生成应力与负载的关系图。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种航空结构件螺栓装配局部应力检测平台，包括升降系统、扭转动力系统、应力检测系统和配套控制及显示系统。
[0006]所述升降系统包括固定机架、丝杠导轨机构、步进电机一、滑台和上升平台，用于控制扭转动力系统竖直方向位置和位移；所述扭转动力系统包括滑动导杆、步进电机二、行星减速器、固定轴承端盖一、推力轴承、固定轴承端盖二、轴承固定装置、深沟球轴承一、联轴器一、联轴器二、扭矩传感器、联轴器三、联轴器四、扭力扳手固定装置一、深沟球轴承二、扭力扳手、扭力扳手固定装置二和长螺栓，用于夹紧待测螺栓，提供可测量大小的用于拧紧螺栓的扭转力矩；所述应力检测系统包括超声波探测器、固定探头基座、X向机械臂、Y向机械臂、Z向机械臂、被测金属板和被测螺栓，用于测量被测螺栓周围任意位置的应力分布情况；所述配套控制及显示系统包括力矩显示仪器、超声波应力显示仪器和笔记本电脑，用于控制前面所述系统及显示扭矩和应力值。
[0007]本发明的有益效果为:应力检测平台结构简单、功能明确，能够实现自动夹紧螺栓并加载负载扭矩，并能准确定位应力检测装置，最后将进行结果数值化分析。
【附图说明】
[0008]图1是平台整体布局图；
[0009]图2是固定机架示意图；
[0010]图3是升降系统结构示意图；
[0011]图4是升降系统安装示意图；
[0012]图5是扭转动力系统安装示意图；
[0013]图6是步进电机与行星减速器装配图；
[0014]图7是行星减速器与推力轴承装配图；
[0015]图8是深沟球轴承安装示意图；
[0016]图9是扭矩传感器安装示意图；
[0017]图10是扭力扳手局部装配示意图一；
[0018]图11是扭力扳手局部装配示意图二 ；
[0019]图12是应力检测系统安装示意图；
[0020]图中I为固定机架，2为丝杠导轨机构，3为步进电机一，4为滑台，5为上升平台，6为滑动导杆，7为步进电机二，8为行星减速器，9为固定轴承端盖一，10为推力轴承，11为固定轴承端盖二，12为轴承固定装置，13为深沟球轴承一，14为联轴器一，15为联轴器二，16为扭矩传感器，17为联轴器三，18为联轴器四，19为扭力扳手固定装置一，20为深沟球轴承二，21为扭力扳手，22为扭力扳手固定装置二，23为长螺栓，24为超声波探测器，25为固定探头基座，26为X向机械臂，27为Y向机械臂，28为Z向机械臂，29为被测金属板，30为被测螺栓，31为扭力矩显示仪器，32为超声波应力显示仪器，33为笔记本电脑。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例附图中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0022]在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”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而不是要求本发明必须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。
[0023]下面结合附图及实施例对本发明的设计原理、各部分功能结构及装配工艺进行介绍:
[0024]如图1和2所示，此为固定支撑系统。固定支撑系统用于固定整个应力检测平台的各部分，支撑各部分在合理的位置，由固定机架I实现。根据人体工程学设计要求，初步设计机架长宽高为:750mmX560mmX880mm，那么平台适合正常身高的成年人坐在椅子上操做。固定机架I整体采用铝合金材料，底部焊接有钢板，可有效防止侧翻。在机架伸出部分底部设计有筋板，提高机架强度；机架顶部和底部各有四个M30的圆孔，可插入铝合金滑动导杆6，保证扭转动力系统上升下降时的稳定与精度；在装配升降系统的部分，其上下设计有凹槽，可保证升降系统沿竖直方向固定稳定；在安装应力检测系统处设计有工字型凹槽，凹槽上刻有尺寸刻度，用于固定机械臂并测量其移动距离。
[0025]如图1、3和4所示，此为应力检测平台升降系统部分。升降系统是实现扭转动力系统竖直位移的动力装置，可实现扭力扳手与被检测螺栓的夹紧与分离，包括步进电机一2，丝杠导轨机构3，滑台4，上升平台5。综合考虑平台竖直载荷较小、升降精度要求较高、升降速度缓慢的特点，选择丝杠滑块机构。被计算机控制的步进电机一 2安装在固定机架I的凹槽内，并用螺母固定安装在丝杠导轨机构3上面，滑台4安装在丝杠导轨机构3的导轨上，上升平台5安装在滑台4上。步进电机一 2为丝杠导轨机构3提供动力，步进电机一 2转动一周上升平台5沿竖直方向直线运动相应距离。上升平台5底部设计有凹槽，可用于连接和固定扭转动力系统的电机，在四个角设计四个M8圆孔，可插入铝合金滑动导杆6，起到稳定装置提高升降精度以保证扭力扳手对准被测螺栓的作用。
[0026]如图1、5至11所示，此为应力检测平台扭转动力系统部分。扭转动力系统用于夹紧被检测螺栓23、提供拧紧被检测螺栓23所需要的扭转力矩并测出其大小，包括滑动导杆6，步进电机二 7，行星减速器8，固定轴承端盖一 9，推力轴承10，固定轴承端盖二 11，轴承固定装置12，深沟球轴承一 13，联轴器一 14，联轴器二 15，扭矩传感器16，联轴器三17，联轴器四18，扭力扳手固定装置一 19，深沟球轴承二 20，扭力扳手21，扭力扳手固定装置二 22，长螺栓23。滑动导杆6插入固定机架I顶部和底部的四个M30圆孔，使上升平台5水平方向的自由度被约束，只能沿着竖直方向移动。被检测螺栓拧紧所需的扭力矩属于非连续性质，步进电机可通过计算机控制获得非连续的输出转矩，故选择步进电机二 7。步进电机二7安装固定在上升平台5底部设计有凹槽内，这样带动