1、1某试用机襟翼装配型架的设计（总体结构）1. 前言装配型架是具有独立的定位系统，而不依靠另一种工艺装配或产品来完成本工艺阶段的定位装配。它们是一些专用生产装备，在完成飞机产品从零组件到部件的装配以及总装配过程中，用以控制起形状几何参数，且具有定位功能。装配型架设备是其中主要的一类。型架的种类很多，按其用途换或工作性质可划分装配型架、对合型架、精加工型架、检验型架等。按装配对象的连接方法，有可将装配型架划分为铆接装配型架、胶结装配型架、焊接装配型架等。装配型架按工序又可划分组合件装配型架、板件装配型架、段件装配型架、部件装配型架等。装配型架的主要功用是：（1） 保证产品的准确度及互换性。即保证进
2、入装配的零件，组合件，板件或是段件在装配时定位准确，保持其正确形状和一定的工艺刚度，以便进行连接，在装配过程中限制其连接变形，使连接装配后的产品符合图纸及技术的要求，即满足产品准确度及互换协调的要求。（2） 改善劳动条件，提高装配工作生产率，降低成本。由于飞机形状复杂，刚度又小，在飞机装配工作中采用型架，就能发挥夹具定位夹紧迅速可靠地效果。通过装配型架将工件安装在适当的工作位置，操作方便，提高工作效率。本次毕业设计课题是“某试用机襟翼装配型架的设计” ，该设计的型架是一种典型的生产装备，是铆接装配型架，对保证襟翼前、后缘的外形和相关的接头位置准确度起着不可缺少的作用。该试用机为单发动机、下单翼
3、、固定式前三点起落架飞机，装用美国莱康明公司生产的 400 匹马力活塞式发动机和美国哈扎尔公司生产的恒速变距三叶金属螺旋桨。该试用机的尺寸数据：上翼展 18.76 米，下翼展 14.236 米，机长 12.74 米，机高 6.1米，上翼面积 43.6 平方米，下翼面积 28 平方米；该机重量数据：空重（基本型）3266 千克，正常起飞重量 5250 千克，燃油重量 900 千克；其性能数据：最大平飞速度（高度 1750 米）256 千米/小时,巡逻速度 140-220 千米/小时，海平面最大爬升率 2.9 米/秒，实用升限 4500 米，起飞滑跑距离 153 米，着陆滑跑距离 173 米，航程
4、845 公里。该机主要用于农作物的飞行作业，森林防火及农业病虫防治，经简单改装后还可以进行地质探测、空中摄影、航空体育训练和航空旅游等作业，具有使用2成本低，使用范围广，作业能力强，操作性好，安全性高等特点。图.1 某试用机机型32. 飞机的组成2.1 飞机机体结构常规布局飞机的机体结构有机翼、尾翼、动力装置、起落架等构件组成。某些特殊布局的飞机会省掉一些部件，如无尾式飞机没有水平尾翼、飞翼式飞机没有水平尾翼甚至垂直尾翼等，但是这些特殊布局的飞机必定会另外采用相应的装置来实现所省略部件的功能。图.2 飞机机体结构示意图飞机结构的一般要求：1）空气动力要求：外形准确度、表面质量；2）质量和强度、
5、刚度；3）抗疲劳破坏能力；4）可靠性和生存性；5）使用维护要求。42.2 机翼机翼是飞机最重要的部件之一，起主要功用是产生升力，同时机翼内部可以用来装置油箱和设备等，在机翼上还安装有改善起降性能的增升装置和用于飞机侧向操纵的副翼，很多飞机的起落架和动力系统也固定在飞机机翼上。机翼的分类:梁式机翼；单块式机翼；整体壁板式机翼。2.2.1 梁式机翼（薄蒙皮骨架式机翼）梁式机翼的组成：纵向骨架 横向骨架 蒙皮 接头.1）纵向骨架：指沿翼展方向的构件，包括翼梁、纵樯、桁条2）横向骨架：指沿翼弦方向安置的构件，主要包括翼肋3）蒙皮：通常用硬铝板材制成，用铆钉或粘结剂固定于纵横向骨架上，形成光滑的表面。2
6、.22 单块式机翼随着飞行速度的提高，机翼的局部空气作用力增大，需要增加蒙皮的厚度和桁条的数量，这样，蒙皮和桁条共同组成的壁板就能抵抗大部分变形，此时翼梁已经不是重要的抗弯构件，这种机翼称单块式机翼。2.2.3 整体壁板式机翼单块式机翼的壁板式铆接，其零件数量较多，而且表面质量较差，高速飞行时阻力较大。因此又发展了由若干整体壁板组成而成的整体壁板式机翼。整体壁板式机翼试将蒙皮与横向骨架，纵向骨架合并形上下两块整体壁板，然后用铆接或其他方式连接起来，形成一块完整的机翼本次毕业设计的襟翼装配型架所装配的襟翼采用的是梁式机翼类，在这里着重介绍襟翼。襟翼特指现代机翼边缘部分的一种翼面形可动装置，襟翼可
7、装在机翼后缘或前缘，可向下偏转和向后（前）滑动，其基本效用是在飞行中增加升力，襟翼的分类可分为后缘襟翼、前缘襟翼、开缝襟翼。前缘襟翼是把后缘襟翼的位置移到机翼的前缘，就变成了前缘襟翼。前缘襟5翼与后缘襟翼配合使用可进一步提高增升效果。开缝襟翼是一条或几条附着在机翼后缘的可动翼片，平时与机翼合为一体，飞机起飞或着着陆时放下。襟翼片能够增加襟翼的面积，改变机翼弯度，同时还会形成一条或是几条缝隙。增加面积可以提高升力，并能减少失速现象的发生。开缝襟翼是襟翼中十分重要的一种，它可以装在飞机前缘上。本次毕业设计的襟翼装配型架所装配的襟翼属于后缘襟翼，且与机翼后段相连，是通过转动该襟翼角度来增加整个机翼的
8、弯度，从而起到增升效果。通常飞机后缘襟翼是通过襟翼向后滑动（通过滑轨）改变弯度和面积而起到增升效果。但该襟翼增升效果仅仅通过角度来完成，其通过三个转动接头来实现改变襟翼角度来增加机翼的弯度，起到增升效果。该三个襟翼转动接头在本次设计的型架中应加以考虑，并考虑襟翼转动接头与机翼后段转动接头的协调关系。图.3 飞机襟翼实景图襟翼6图.4 飞机机翼结构图2.3 机身机身是飞机的一个重要部件，主要用于装载、传力，以及把全机各部件连接为一个整体。它的主要功用为：安置空勤人员、乘客，装载燃油、武器、设备和货物等；把机翼、尾翼、起落架和发动机连接在一起，形成一架完整的飞机。这些部件通过固定在机身上的接头，把
9、作用在各部件上的载荷都传到机身上，和机身上的其他载荷一起达到全机受力平衡。因此，可以说机身是整架飞机的受力基础。从空气动力学角度看，机身并不是必要的。如果机翼很大，能将所有设备和成员都装入其内，则可取消机身，这样的飞机称为飞翼。但目前大多数飞机机身依然是机体的主要组成部分。2.4 尾翼外 侧 （ 低速 ） 副 翼 前 缘 襟 翼后 缘 外 侧襟 翼 飞 行 扰 流板 内 侧 （ 高速 ） 副 翼地 面 扰 流 板后 缘 内 侧 襟 翼外 侧 （ 低速 ） 副 翼前 缘 襟 翼后 缘 外 侧襟 翼 飞 行 扰 流板 内 侧 （ 高速 ） 副 翼地 面 扰 流 板后 缘 内 侧 襟 翼7飞机尾翼的
10、主要功用是保证飞机的纵向和方向的平衡，并使飞机在纵向和方向两方面具有必要的稳定和操作作用。尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼包括固定的水平安定面和活动的方向舵组成；而垂直尾翼由固定的垂直安定面和和活动的方向舵组成。现代跨声速和超声速飞机的水平尾翼一般都采用全动式的，也就是不存在固定的水平安定面，整个水平尾翼都可以活动。有个别飞机垂直尾翼也是全动的，其目的是为了提高飞机在高速飞行时的操纵效能。本次毕业设计课题是“某试用机襟翼装配型架的设计” ，用该型架装配的襟翼部件是梁式机翼类，襟翼是可转动式的,是安装在机翼的后段，与机翼的后段相连接。是通过襟翼 1、5、9 肋的转动接头与机翼后段转动接头相连
11、，对接方式采用叉耳式接头，襟翼接头为耳片结构形式，机翼后段接头为叉子结构形式。2.5 飞机制造工艺2.5.1 飞机制造的基本方法和特点在飞机制造中为了将那些形状复杂、尺寸大、刚性小、易变形的零件装配形状和尺寸符合设计准确度要求的产品，不但需要采用体现产品形状、尺寸的专用装配型架对产品进行装配，而且不能在同一地、同一装配型架上完成整机的装配工作，需要将其进一步划分为更小的制造单元进行单独制造（即：工艺分离面） 。在装配过程中，首先是在初装车间把单个的零件在各种初装型架上，通过铆接、胶接、焊接的方法装配成板件、组件、段件、部件等（这时工艺分离面消失） ，然后再全部运送到总装车间在总装型架上，通过各
12、部件上的接头装配成整机，同时安装发动机及燃油、液压、传动、航电系统等辅助设备，从而制造出飞机成品。2.5.2 飞机制造工艺装备飞机工艺装备的功用：飞机工艺装备是飞机制造中必备的一种设备或工具，用来保证飞机产品的质量、提高劳动生产率、减轻劳动强度、降低产品成本,从而提高产品的竞争力。飞机工艺装备的分类：在飞机生产过程中要用很多各种各样的工艺装备，以及一定数量的标准工艺装备。飞机工艺装备分为两大类：生产工艺装备，这类工艺装备直接用于零件的成型8和飞机的装备过程中。例如，模具用于成型零件，型架用于装配零件，标准工艺装备，这类作为生产工艺装备的制造检查和协调的依据。生产工艺装备：按其在生产中的用途可以
13、分为：毛坯工艺装备、零件工艺装备、装配工艺装备、检验工艺装备、精加工型架、辅助工艺装备。装配工艺装备：由于飞机结构不同于一般机械,在它的装配过程中，不能单靠零件自身形状和尺寸的加工准确性来装配出合格的部件,而须采用一些特殊的装配工艺装备。它们是一些专用生产设备，在完成飞机产品从零组件到部件的装配以及总装配过程中，用以控制其形状几何参数，且具有定位功能。装配型架就是其中主要的一类。本次毕业设计课题“某试用机襟翼装配型架的设计”所设计的型架属于装配工艺装备，也属于典型的铆接装配型架。2.6 飞机装配2.6.1 设计分离面与工艺分离面飞机的基体由几十万甚至上百万个零件组成。根据使用功能、维护修理、方
14、便运输等方面的需要，设计人员对整架飞机在结构上要划分为许多部件。飞机的机身、机翼、垂直尾翼、水平尾翼、襟翼、副翼、升降舵、方向舵、发动机舱、各种舱门、口盖等，它们之间的连接一般都是采用可拆卸的连接。这些部件之间所形成的可拆卸的分离面，称为设计分离面。设计分离面是为结构和使用需要而划分的，故也叫使用分离面。设计分离面划分的部件或组合件，具有外场更换、拆卸检查和维护的要求，因此要求具有较高的互换性。如在更换时须对产品作补偿加工，也应考虑这些补充加工工作能在外场条件下进行，并保证产品的质量和安全。在装配生产过程中，为了生产需要，还将飞机结构进一步划分，即将部件划分为段件，段件再进一步划分为组合件和板
15、件。机翼的前后段、翼肋、翼梁、壁板、翼尖等，这些板件、段件或组件之间一般采用不可拆卸的连接。这种分离面是为满足工艺过程的要求而划分的，故称为工艺分离面。工艺分离面划分的各装配单元首先应具备生产互换性。当前飞机生产已进入国际分工协作的时代，同一型号的产品由多个国家几十家工厂共同生产。因此，分工范围就不是按设计分离面而简单划分，而是按零件、组合件、部件划分。9合理划分工艺分离面以后，可以明显改善飞机制造工艺性，主要体现在两方面：1）增加了平行装配工作面，为提高装配工作的机械化和自动化程度创造了条件。目前国内外已大量使用各种型式的自动铆接机，而现有铆接机一般只适用于板件结构，故部件板件化的程度已成为
16、评定结构工艺性的重要指标之一。自动铆接机自动化程度很高，可自动进行钻孔、锪窝、送铆钉、铆接以及铣平埋头铆钉钉头等。铆接机上的自动调平专用托架在计算机控制下可以自动调平，自动确定钉孔位置，还可以进一步自动调整工艺参数，大大提高了装配工作的机械化和自动化程度。2）改善了装配工作的开敞性，因而提高了装配质量，缩短了装配周期。以铆接结构为例，当结构划分为板件后，由于开敞性好，连接工作可以采用机械化设备，用压铆代替锤铆，不仅改善了劳动条件，提高了产品质量，还缩短了装配周期。在现代飞机结构中，有些部件的板件化程度高达 90%，在自动化生产的条件下，劳动生产率提高了 1.353.3 倍，装配周期缩短为原来的
17、 2/33/4，连接工作的机械化系数提高到 80%。在设计上考虑了的工艺分里面，在生产中是否利用，即是否按此分离面将工件分散装配，还要取决于综合的技术经济分析结果。例如，若机翼前后梁处按设计有工艺分里面，则对于机翼装配可以有两种工艺方案，当产量大时，可将机翼前后两段分别在两个型架上装配，然后此两段在机翼总装型架上与机翼中段的板件及翼肋等装配成机翼；而当试制或产量小时，为了减少型架的品种和数量，机翼前、中、后各段的装配就都在机翼总装型架上完成。设计分离面的划分，不仅要满足结构上、使用上和生产上的要求，还要满足强度、质量和气动方面的要求。因此，飞机结构划分工作在飞机设计过程中，是一项极为重要的设计
18、任务，需要综合考虑各种因素，分析矛盾的各个方面，以求得合理地结构划分方案。在本次的型架设计中，襟翼的连接采用的是可拆卸的连接，根据襟翼的使用功能，因此它的分离面是设计分离面，在该试用机的装配方案中将襟翼划分出一个装配单元，也即是工艺分离面，因此襟翼装配型架成为本设计的课题。2.6.2 飞机装配准确度飞机装配准确度是指装配后飞机机体及部件的几何形状、尺寸等实际数值与设计时所规定的理论数值间的误差。对于不同类型的飞机盒飞机上不同的部位，装配准确度的要求是不是一样的。10飞机的装配准确度一般包括 3 个方面：（1）飞机空气动力外形的准确度飞机外形的准确度直接影响到飞机的空气动力性能。因为飞机结构是薄
19、壁结构，大多数零件尺寸大，刚度小，因此飞机外形的准确度在很大程度上取决于飞机装配的准确度。一般来说，飞机翼面类部件比机身部件的外形准确度要求高；各部件最大剖面以前的部分要比最大剖面以后部分的外形准确度要求高。飞机外形表面上的铆钉头、螺钉头及蒙皮阶差等局部凸凹不平度，即飞机外形表面平滑度也会影响飞机的气动性能。（2）部件之间相对位置的准确度飞机各种操纵机构的安装准确度将直接影响飞机的各种操纵性能。飞机装配后，应该保证运动机构和结构部分之间有必要的间隙。机身各段间相对位置准确度的要求主要是要保证同轴度。机身同轴度要求并不高，一般在几毫米以内，但必须保证各段对接处的阶差不超过表面平滑度的要求。飞机部
20、件与部件连接时，在保证相对位置准确度的同时，还必须保证设计分离面的对接准确度要求。机身与机翼、机身与机身之间的对接，一般采用叉耳式接头或围框式（凸缘式）接头两种形式。叉耳式接头的螺栓孔与螺栓之间一般采用无无公称间隙的高精度配合；对于叉耳配合面，则只能对主要的叉耳接头采用上述高精度配合，其他接头则采用有公称间隙的配合或加补偿垫片。（3）部件内部各零件盒组合件的准确度这方面的准确度要求指大梁轴线、翼肋轴线、隔框轴线，以及长桁轴线等的实际位置相对于理论轴线位置的偏差。一般规定，梁轴线允许的位置偏差和不平度偏差为0.51.0mm，翼肋和隔框轴线的位置允差为12；长桁轴线的位置允差为2mm。飞机装配准确度不同于一般机械产品，机械产品由于零件刚度大，连接变形小，故其装配准确度主要取决于零件制造准确度，其装配误差主要由零件制造误差积累而成。而飞机零件一般为钣金零件或薄壁零件，所以飞机装配是由大量刚度较小的零件在空间组合、连接而成，故飞机装配准确度很大程度上取决于装配型架（夹具）的准确度。此外在飞机装配中还有定位和连接产生的应力和变形（如铆接应力和变形、焊接应力和变形） ，以及装配件从装配型架上取下后产生的变形等。因此在飞机制造中要采取一定的方法和措施，保证飞机装配的准确度要求。本课题“某试用机襟翼装配型架的设计”所装配的“襟翼”的主要构件包括：
