提高衛星艙板架車平面度的方法

□ 張玉美 □ 席晉東 □ 李 陽

天津航天機電設備研究所 天津 300458

1 研究背景

衛星艙板平面度是衛星艙板特性的關鍵指標,直接關系到航天器研制的成敗。在衛星艙板組裝過程中,衛星艙板停放輸運時安放在衛星艙板架車上,并用螺釘進行固定。當衛星艙板架車平面度超差時,會導致被螺釘固定在衛星艙板架車上的衛星艙板變形,進而影響衛星艙板的平面度,嚴重時還會導致航天器失敗。近年來,衛星艙板架車生產量逐年增加。傳統衛星艙板架車的制造合格率僅為70%～80%,制造合格率很大程度上依賴裝配人員的技術水平和經驗,質量穩定性較差,裝配效率較低。筆者著重研究影響衛星艙板架車平面度的因素,提出提高衛星艙板架車平面度的方法,同時通過試驗驗證方法的正確性。

2 平面度影響因素

衛星艙板架車接口框是影響衛星艙板架車平面度的關鍵部件,尺寸精度要求高。接口框平面度直接關系到衛星艙板的平面度,從而影響衛星艙板在全生命周期中的可靠性。衛星艙板架車結構如圖1所示。接口框通過四個鉸座分別與翻轉推桿和翻轉架進行連接,接口框上的接口塊與安放的衛星艙板通過螺釘連接,接口塊通過螺釘和定位銷與接口框連接。

▲圖1 衛星艙板架車結構

根據現場調查、實例取證、參數驗證等方法,結合討論分析,確定影響衛星艙板架車平面度的主要因素有五方面,分別為:① 接口框與翻轉推桿、翻轉架連接的鉸座同軸度精度;② 翻轉推桿初始長度的安裝誤差;③ 接口框與接口塊安裝定位銷的拔銷方法;④ 接口框加工裝卡位置的確定;⑤ 接口框加工基準塊的確定。

3 提高平面度的方法

(1) 提高鉸座同軸度安裝要求。接口框與翻轉架、翻轉推桿的連接結構如圖2所示。接口框通過鉸座與兩者進行連接,當同一側兩個鉸座孔同軸度超差時,接口框產生受力不均,導致接口框平面度公差變化。針對此影響因素,除保證鉸座孔同軸度加工精度外,針對鉸座與接口框連接增加安裝定位銷來保證安裝同軸度。定位銷銷孔按照公差技術要求加工,保證尺寸及形位公差在合理范圍內。

▲圖2 接口框與翻轉架、翻轉推桿連接結構

(2) 翻轉推桿長度調節。由于翻轉推桿出廠時有裝配誤差,無法保證兩個翻轉推桿長度一致。裝配時,粗測兩個翻轉推桿長度尺寸,然后裝配到衛星艙板架車上。通過工業測量相機測量接口框平面度,可以測出接口框的平面高低點。根據測量數據,對每根翻轉推桿的伸出長度值進行調整,如圖3所示。

▲圖3 翻轉推桿伸出長度

(3) 拔銷方法。接口塊與接口框為螺紋連接,安裝每個接口塊時由兩個定位銷進行定位,定位銷位置如圖4所示。按照技術要求,在接口塊完成安裝后需要將定位銷拔出。為方便拔出定位銷,選用不銹鋼材質并具有中心螺紋孔形式的定位銷,如圖5所示。使用專用工具,沿著定位銷的軸線方向拔出定位銷。

(4) 指定接口框加工裝卡位置。由于接口框正常使用時主要為四個主支撐點受力,因此需指定接口框加工裝卡位置,使主支撐點位置與使用狀態一致。主支撐點位置如圖6所示。

▲圖4 定位銷位置▲圖5 定位銷▲圖6 主支撐點位置

(5) 接口框增加加工基準塊。機械加工時,在接口框的主支撐點位置增加主加工基準塊,其余位置增加輔助加工基準塊。加工接口塊前,先加工基準塊平面度為0.2 mm,然后翻面加工接口塊。加工完畢后,應保證所有接口塊平面度不大于0.2 mm。加工基準塊位置如圖7所示。

▲圖7 加工基準塊位置

4 試驗驗證

按照以上方法進行衛星艙板架車生產,衛星艙板架車裝配后進行初次測量。初次測量衛星艙板架車的平面度為0.292 mm,不滿足平面度小于0.2 mm的技術要求。因此,對工業測量相機的測量數據進行分析,確定調節推桿的位置和長度。

經過第一次調節翻轉推桿后,接口框平面度為0.233 mm,大于0.2 mm,不滿足平面度技術要求。再次調節翻轉推桿長度后,接口框平面度為0.125 mm,滿足平面度小于0.2 mm的技術要求。

為了驗證加載力對接口框平面度的影響,對驗收合格后的衛星艙板架車進行加載試驗,接口框平面度為0.145 mm,滿足平面度小于0.2 mm的技術要求。

為了驗證重復裝配衛星艙板對衛星艙板架車平面度的影響,對加載試驗后的接口框進行拆卸并重新安裝。安裝后首次測量接口框平面度為0.587 mm,平面度超差。利用工業測量相機測量翻轉推桿的長度進行第一次調節,調節后接口框平面度為0.236 mm,大于0.2 mm。對翻轉推桿長度進行第二次調節,調節后接口框平面度為0.118 mm,滿足平面度小于0.2mm的技術要求。試驗證明,每次衛星艙板裝配會對接口框的平面度產生影響,但是可以通過調節翻轉推桿長度使平面度滿足技術要求。

第三次將平面度合格的接口框拆除,并再次重新安裝。安裝后首次測量接口框的平面度為0.112 mm,滿足平面度小于0.2 mm的技術要求。

為了驗證拔除接口定位銷對接口框平面度會產生影響,將接口塊上的定位銷拔除。拔除定位銷后,接口框平面度為0.193 mm。可見拔除定位銷對平面度的影響很大,而且拔除定位銷的過程中不能使用蠻力,需要使用專用拔銷工具。

新投產的衛星艙板架車按照所提出的方法投產。經統計,共生產32臺衛星艙板架車,其中3臺平面度超差,合格率為91%,說明所提出的方法有效。

5 結束語

通過對提高衛星艙板架車平面度的方法進行研究,衛星艙板架車的出廠合格率從原來的70%～80%提高到90%以上,所提出的方法可以為后續衛星艙板架車設計提供技術指導,提高衛星艙板架車的平面度,為衛星艙板的停放、轉運及設備安裝提供有力的技術保證。