氣動測力量具的設計與應用

魏曉麗

（沈陽黎明航發集團公司轉包與民機事業部，遼寧 沈陽 110000）

1 引言

轉包某產品發動機整流罩在圓周方向裝配完44個徑向絲套后需要檢測安裝絲套時所用的力矩是否滿足設計要求，原測力量具結構為彈簧測力，測力機構設計制造后較為笨重，且精度不高，操作復雜，彈簧測力量具檢測周期短至少每周檢測一次，且彈簧在測具上無法實現校驗其自身的檢測力矩，需取下彈簧單獨進行檢測，每次檢測費用為1萬元，無法滿足現場零件的批生產使用[1]-[3]。

為了滿足現場零件的批生產需要，解決此類零件檢測費用高、效率低等問題，就必須考慮改進該測力量具的結構，想辦法提高檢測質量和效率，降低檢測成本。

圖1 彈簧測力的測力量具

2 技術解決方案

通過反復研究和對普通測力量具結構的分析，決定采用氣壓結構，并且充分利用生產現場的壓縮空氣，通過設計、制造、組裝成一套氣動測力量具。僅利用汽缸、氣閥、壓力表等元器件，通過氣壓、力矩轉換，實現力矩測量[4]-[5]。

采用這種方式檢測，只要定期送檢壓力表即可，從而解決了該零件檢測費用高、效率低等問題，提高了檢測零件的質量和效率，降低了檢測成本。

3 具體實施內容

該結構主要包括二聯件、氣缸、氣閥（手動閥）、壓力表四部分。

3.1 二聯件：由過濾減壓閥、油霧器組合而成。過濾器可除去壓縮空氣中的塵土、污垢、銹及凝結的液體物質，減壓閥可將出口壓力調至所設定的工作壓力，并使工作壓力趨于平穩，當工作壓力高于調定壓力時，溢流排氣系統會使工作壓力趨于穩定；油霧器可將潤滑油霧化，進入氣動系統，使控制元件和執行元件得以潤滑。

3.2 氣缸：根據工作機構所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力，由此來選擇氣缸時應使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選校了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設備笨重，成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費，在設計時，采用的是增力機構，以減小氣缸的尺寸。氣缸的行程與使用場合和機構的行程比有關，不同的安裝形式其氣缸的行程比不同。活塞運動速度與氣源壓力、負載、摩擦力、進排氣管接頭通徑等有密切關系。其中，以排氣速度影響最大。如果要求活塞桿高速運動時，應選用內徑較大的進、排氣口及導管。

3.3 氣閥：采用的是手動轉閥，它的優點是：體積小、重量輕、操作力小，由于采用了精密陶瓷閥芯，大大降低了泄漏量，性能更加可靠。

3.4 壓力表：控制氣缸進出口壓力值。

3.5 鋼球：保證氣源通過氣缸平穩傳遞到零件上。

3.6 百分表：顯示從氣缸出來的氣的壓力對零件產生的位移大小。

3.7 螺桿：起到氣缸與零件之間產生壓力的橋梁作用。

工作原理是將零件設計圖紙要求的100磅力經計算轉化，即：

100 磅=100LBS=45.3597千克力；

1千克力=1×9.8N/Kg=9.8N；

100LBS=980LBS=9.8×45.3597=444.52506 N；

壓力 P=F（力）/S（面積）=444.52506/πr2

=444.52506/3.14×（20×10-3）2

=0.35×106Pa=0.35MPa；

注：其中S（面積）為作用在轉力桿上的面積。

將二聯件的進口端與現場氣源出氣口連接，且連接一壓力表控制進氣多少，出口與手動閥的進氣口連接，手動閥的出氣口接在氣缸的進氣口上，二者間連接一塊壓力表，通過接在氣缸進口端一可以進行調壓的表來控制氣缸出口的壓力表指示0.35MPa的，當風壓開通手動閥關閉時，氣缸出口端壓力表指示為0.35MPa，當手動閥開動到最大出口端壓力表指示為0MPa，同時靠螺桿擰到零件絲套上，通過鋼球與氣缸緊密連接，當通過氣缸的壓力作用到零件螺桿上時，靠壓在螺桿上的百分表的指示，來證明絲套是否安裝牢固，即是否能承受0.35 MPa的力，若百分表指示在0.01-0.05mm內變化即為合格的[6]-[10]。

圖2 氣壓結構的測力測具

改進前測具效果圖(該測具已報廢)(見圖3)：

圖3

改進后的限力測距(見圖4)：

4 有益效果

通過該種氣動測力量具的使用，使零件最終滿足了設計圖紙和相關文件的技術要求，且可以極大的節約檢測成本：原測具采用的是彈簧測力，僅彈簧檢測費用10000/周，一年按5周計算，需花費520000元，而現測具只需檢兩塊壓力表每年只需檢一次，需花費100元。因此，每年節約送檢的檢測費用為519900元。另外，由于操作簡單，精度較高，大大提高了工作效率。

該氣動測力量具的使用為國內首創，這種測量方法的現場應用，不但實現了檢測的目的而且還降低了檢測成本，節約了整體加工時間提高了工作效率。它的成功使用可以直接推廣應用到軍品工裝設計創新思路領域中，如果能在軍品零件的工裝設計領域中廣泛推廣應用那么將大大提高軍品零件檢測的質量和效率[11]

圖4

[1]《航空制造工程手冊》總編委會.航空制造工程手冊·金屬材料切削加工.北京:航空工業出版社,1994:1-44.

[2]《中國航空材料手冊》編輯委員會.中國航空材料手冊·第1卷 結構鋼、不銹鋼.北京:中國標準出版社,2002:38-50.

[3]《中國航空材料手冊》編輯委員會.中國航空材料手冊·第4卷 鈦合金、銅合金.北京:中國標準出版社,2002:74-83,147-172.

[4]Merchant,M.E.Delphi-Type Forecast of th Future of Production Eng-ineering,Annals o the CIRP,1971:20.

[5]Shaw,M.C.Metal Cutting Principles,Claren don Press,Oxford,1984.

[6]Komanduri，R.Some Classifications on th Mechanics of Chip Fo-rmation When Machin ing Titanium Alloys,Wear,1982:76.

[7]Turkovich,B.F.Dislocatiopn Theory of Shea Stress,Strain Rate inMetal Cutting,《Advance in Machine Tool Design and Research》,1967.

[8]Welding VTW titanium alloy with an im mersed electrade on untreated edges，B.I.Dolotov：V.I.Mur av′ev,1998.

[9]徐灝.機械工程設計手冊·第3卷.北京:機械工業出版社,1991:33-89.

[10]氣動液壓手冊 機械工業出版社，1998.

[11]李煜 最新氣動元件產品及氣動自動化系統優化設計選用、故障排除實用手冊.機械工業出版社，2000.