Автоматизированное достижение точности замыкающего звена
пространственной размерной цепи при монтаже силовой установки вертолёта

С.К. Чотчаева,

аспир., semo_S@mail.ru,

 В.В. Сибирский,

доц., к.т.н.,

ДГТУ, г. Ростов-на-Дону

В статье представлена методика автоматизации процесса монтажа авиационных агрегатов с целью повышения производительности и точности. Метод включает кинематический анализ пространственной размерной цепи, восстановление размеров неизвестных звеньев с помощью эволюционного алгоритма и расчет параметров компенсаторов по нескольким пробным замерам.

 

The paper contains a method of aviation aggregates mounting automation which enhance a job performance and assembly’s precision. The presented method include a kinematical analysis of a 3D dimensional chain, next a numerical reconstruction of the hidden dimensions by genetic algorithm, and calculation of needed settings using some preliminary measurements.

 

Одной из особенностей сборочных узлов и агрегатов летательных аппаратов является наличие сложных пространственных размерных цепей [1], для которых характерно также возникновение упругих деформаций звеньев из-за статических и динамических нагрузок. Примером такого узла в вертолетах является механизм передачи мощности от двигателя к главному редуктору. Сферические опоры редуктора, монтируемого на фюзеляже вертолета, лишают каждый из двух двигателей трех степеней свободы. Соосность входных валов редуктора и двигателей обеспечивается регулировкой длин трех передних подкосов (рисунок 1), которые являются второй опорой двигателя. В практике монтажа силовой установки принято определять достигнутую соосность по параллельности торцевых поверхностей опор двигателя и редуктора путем измерения зазора в четырех точках стыка (рис. 2).

Размерная цепь связывает положение передней опоры двигателя на тягах-подкосах с положением торцевой плоскости шаровой опоры. Так как двигатель может вращаться в шаровой опоре, то его ось, а, следовательно, и торцевая плоскость могут занимать произвольное положение в пространстве (рис. 3).

рис.1 Схема монтажа силовой установки вертолета

рис.2 Схема монтажа силовой установки вертолёта

Контроль положения осуществляется по зазорам между торцевыми плоскостями двигателя и редуктора в четырех точках. Величина измеренной непараллельности является замыкающим звеном пространственной размерной цепи, связывающей положение передней опоры двигателя с положением торцевой плоскости задней опоры в шаровом шарнире. Связав неподвижную систему координат с редуктором, нам необходимо добиться такого положения передней опоры двигателя, чтобы направление его оси совпало с направлением одной из осей координат, которая совпадает с осью входной втулки редуктора. Передняя опора опирается на четыре тяги-подкоса, два из которых сопрягаются по диаметру передней части корпуса, а два симметрично в нижней части. Все тяги-подкосы состоят из двух стержней, соединенных шарниром, ось которого перпендикулярна осям опорных шарниров на фюзеляже и на двигателе.

Сложность обеспечения точности данного замыкающего звена при монтаже обусловлена, с одной стороны, невозможностью замера составляющих звеньев и их реальных погрешностей, а с другой стороны, тем, что три регулируемых тяги-подкоса, поддерживающих переднюю часть двигателя, образуют жесткую ферму. Независимое изменение длины звеньев этой фермы невозможно, что и определяет большую трудоемкость сборочно-монтажных работ.

Так как достижение требуемого положения оси двигателя осуществляется вращением в шаровой опоре, а крепление опор тяг-подкосов неподвижно, то при вращении корпуса двигателя, точки связи двигателя с подкосами будут двигаться по радиусу от  центра сферы. Так как и двигатель, и положение опор подкосов на фюзеляже, и положение редуктора имеют текущие значения в каждом конкретном случае, то перед началом установки и регулирования длины подкосов задаются только ориентировочно, после чего осуществляется монтаж двигателя [2,3]. Процесс регулировки осуществляется путем одновременного изменения длин подкосов, замеров непараллельности после каждого изменения длин [4], при этом регулировщик должен обходить «мертвые точки» механизма методом проб и ошибок. Такая технология является чрезвычайно трудоемкой, длительной и не в полной мере обеспечивает оптимальные показатели точности сборки.

Для повышения производительности и качества монтажа силовой установки предложено использование компьютерной модели размерной цепи с нечетко определенными размерами звеньев. Четырехкомпонентный вектор исходного звена включает вектор нормали стыковой плоскости двигателя в системе координат, связанной со стыковой плоскостью редуктора, и угол поворота двигателя вокруг своей оси. Уравнения размерной цепи связывают нечетко определенные размеры составляющих звеньев (с учетом погрешностей механической обработки и установки элементов в системе координат вертолета), регулируемые размеры тяг-подкосов и составляющие вектора замыкающего звена. После нескольких пробных регулировок и замеров зазора из уравнений размерной цепи с использованием эволюционного алгоритма определяются неизвестные размеры составляющих звеньев.

Исходными данными для определения необходимых положений тяг-подкосов является схема положения привалочной плоскости двигателя, представленная на рисунке 3. В этой схеме определены в пространстве четыре контрольные точки, по которым возможно получить уравнение плоскости и направление нормали к ней, которая является осью двигателя. Условием достижения заданной соосности осей двигателя и редуктора является выполнение следующих неравенств для четырех измеренных зазоров

| δ3-δ1|<0.15,     | δ2-δ4|<0.15,        δ3>δ1,         δ2>δ4.

По координатам этих точек выполняется построение уравнения нормали.  Это дает возможность определить положение центра передней опоры двигателя на тягах-подкосах, а, следовательно, и их необходимые длины. Далее алгоритм достижения точности строит оптимальную траекторию достижения заданной точности, обходящую «мертвые точки» механизма регулирования тяг-подкосов.

 

.

рис.3 Схема положения привалочной плоскости двигателя

На основе построенного алгоритма в системе MATLAB реализовано программное средство с пользовательским интерфейсом, пригодным для использования в условиях высокотехнологичного сборочного производства.

Работа выполнена при поддержке гранта П-201 Минобразования РФ.

Литература

1.   Расчёт сборочных размерных и функциональных цепей. Моделирование сборочно-регулировочных процессов: Справочник/ Сост. А.А.Зарин. – М.: МАИ, 1992. – 120 с.

2.   Житомирский Г.И. Конструкция самолетов: Учеб. для студентов авиационных специальностей вузов. М.: Машиностроение, 2005.- 406с.

3.   Далин В.Н., Смехов С.В. Конструкция вертолетов: Учебник. – М.: МАИ, 2001. 352 с.

4.   Безъязычный В.Ф., Непомилуев В.В. Некоторые проблемы современного сборочного производства и перспективы их преодоления. I международная научно-техническая конференция «Совершенствование существующих и создание новых технологий в машиностроении и авиастроении»: Сборник трудов (1-3 июня 2009 года, г.Ростов-на-Дону). - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2009. – 324 с.