飛機裝配型架典型構件的設計與研究

董峻朋 郭巖

摘 要：飛機的裝配設計結構復雜，零部件眾多，對于個各零部件間的配合精度要求嚴格，因此為了滿足設計、生產、制造時的技術要求，在飛機設計制造時采用了大量的工藝裝備，主要包括裝備工裝設計、刀具、夾具、模具的設計。其中裝配型架結構的設計占飛機生產制造的一大部分，那么飛機型架的裝備就成了影響整個飛機制造的生產周期、生產質量、生產成本的首要因素。

關鍵詞：工藝裝備；飛機裝配型架結構；設計流程

中圖分類號：V22 文獻標志碼：A

1 飛機裝配型架設計要求

飛機的裝配型架是機體上各個部件、組件、鍛件等裝配單元在裝配過程中對其進行定位夾緊的工藝裝備，是滿足飛機裝配的一個輔助裝置，飛機型架的設計內容如下：

1.1 飛機型架設計流程

（1）在對型架設計前需要進行準備，需要連接飛機制造的需求，了解工藝文件、整個飛機裝配方案、裝配程序、交接狀態等。

（2）需要先進行草圖的設計，通過不同的設計方案，繪制不同的草圖。

（3）對設計方案和草圖進行分析和評審，從而進行工作總圖的繪制。

（4）將總圖拆分為零件圖。

1.2 飛機裝配型架典型構件的種類

通常架車、卡板、內形板是典型構件中的重要組件，也是該文主要的研究對象，吊掛與工作梯是與外形無關的。

（1）外形定位件，確定氣動力外形的定位件，一般分為卡板、包絡板、內形板三類。

（2）架車，用于產品的運輸、對合停放等，分為有軌架車、普通架車、對接車3種。

（3）托架是在架車上用于調整位置的輔助結構，通常由移動裝置、升降裝置、支撐件3個部分組成。

（4）吊掛裝置，吊掛一般分為運輸吊掛與對接吊掛兩種，包括橫梁、鋼索、接頭、吊帶幾部分。

（5）工作架，又叫做工作梯，是為了方便工人裝配依附于型架上設計的輔助裝置，包括梯子、地板等。

1.3 架車結構的設計要求

按照與產品的接觸形式，將架車分為硬架車、滾動駕車、帶式架車3種形式，硬架車是應用最為廣泛的一種，通常又分為一托、三托、五托3種結構，來滿足不同曲面的支撐，具體形式如圖1所示。架車的設計要求如下：1）設計時，產品的重心應在中心線上，這樣可以保證整個型架的穩定性。2）架車所有的主要承載輪如無特殊需求應該為統一規格，保證運行過程中的平穩。3）導向機構應該在長度方向。4）手推車把手應與導向輪同側。5）通常設計為4個輪子，直帶輪2個導向輪2個。6）架車一般為焊接框架結構，長寬比例為4︰3～2︰1。

2 飛機裝配型架典型構件的建模

典型構件庫的建立就是把飛機裝配型架典型結構件的模型收集到一起，建立參數化模型與相應的管理系統及專門與CAD對接接口，優點在于大大縮短了工人的裝配量，設計時間并且可以及時糾正錯誤。

2.1 初始模型參數化設計

（1）零件信息，包括零件特征模型信息、裝配屬性、參數信息。

（2）層次關系，表示一個系統的零件組成關系。

（3）裝配關系，裝配關系中零件的方向與位置的定位；裝配體中所包括零件間的配合關系。

（4）參數約束關系，當繼承參數發生變化時，生成參數也要隨之調整。

2.2 主參數模型

主參數是指能夠封裝下層幾何信息，上層幾何屬性的信息，體現各個部件變形系列的參數。在零件的參數設計時，主參數是驅動設計的，次參數由主參數決定，常量參數是不變的。常量參數比較容易確定，主參數與次參數確定一般原則是：第一，決定產品形狀的參數，影響設計性能的參數，有裝配約束的參數設為組參數；第二，必須要保證次參數與主參數有一定的關聯。

2.3 檢索機制的建立

由于飛機裝配型架典型構件中的種類數目繁多，因此建立了自動檢索機制，在搜索欄中輸入關鍵詞即可找到相關零件。

3 設計與實現

飛機型架裝配設計中飛機型架典型構件的設計是最為重要的部分，為了提高設計效率和質量，滿足企業需求，開發飛機型架典型構件庫與零件間的建模工具也是至關重要的。

CATIA（計算機輔助三維交互設計應用），由于它強大的設計系統，使其在飛機、輪船、汽車等設計領域得到了一致好評。CATIA在行業內建立了通用標準，使設計中的資料得以共享，如：STEP、Dxf、IGES等。飛機裝配型架典型構件的設計一般分為典型構件主體建模、各零件間建模2個部分。

3.1 零件間建模的數學模型

我們給出一組定義作為建模基礎：

定義一：初始模型是工作面簡化后的典型構件，如果實體模型需要進行局部修改，那么修改前初始模型為，修改后實體模型為B，則。

定義二：我們把產品的設計特征叫作原象，用于映射構件的工作面特征，記為M。

定義三：局部修改中的布爾和叫作虛構造，記為P。

n表示初始零件數。

定義四：初始模型的定位尺寸與原象間的約束關系，記為W。

定義五：初始模型裝配關系與原象的關系，記為A。

3.2 零件間建模設

裝配布爾運算的基礎是在實體零件間的布爾運算的基礎上進行的，通過零件的布爾運算映射到裝配模型中，其過程如下：1）將產品設計的坐標導入典型構件模型中；2）生成映射特征；3）在零件間實現與裝配實體間的布爾運算。

3.3 典型構件庫設計工具

構件庫設計工具將裝配建模與參數化集成在一起，下面以架車為例說明構件庫的使用。

進入構件庫首先出現構件調入對話框，選擇所需要的構件，象架車，會出現所有相關的模型，選擇需要的進行預覽；然后根據用戶的選擇會出現設置主參數對話框，根據要求輸入參數值。

4 結論

該文討論了飛機裝配型架典型構件的設計要求，常見典型構件的研究，其中以架車為主；另外還研究了典型構件的構件庫設計與應用。相比于傳統的型架設計，我們采用的虛擬制造技術提高了整體的協調性，直接產生零部件明細表，而且計算機繪圖能夠保證圖形的一致性，也方便我們觀察改進，大大地提高了工作效率。

參考文獻

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