某型飛機(jī)自動鉆鉚保型架優(yōu)化設(shè)計分析

丁先良，鄒林飛，周 維，劉擁軍

（1.江西洪都商用飛機(jī)股份有限公司，江西 南昌，330095；2.航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330095）

0 引言

某型飛機(jī)自動鉆鉚保型架（下面簡稱“保型架”）用于產(chǎn)品在自動鉆鉚時的定位和產(chǎn)品固定。經(jīng)過前幾架份產(chǎn)品的試制發(fā)現(xiàn)，鉆鉚保型架在吊運(yùn)上自動鉆鉚機(jī)時，由于剛性較差，吊運(yùn)時變形過大，其很難與自動鉆鉚機(jī)上的接頭對合上，導(dǎo)致工裝的吊裝困難且風(fēng)險較大；由于在自動鉆鉚過程中，工裝要進(jìn)行±90度的翻轉(zhuǎn)，此時工裝運(yùn)動幅度和變形較大；原鉆鉚保型架的剛性差，在自動鉆鉚時很難按預(yù)定程序準(zhǔn)確定位，導(dǎo)致自動鉆鉚效率較低。因此，必須對原自動鉆鉚保型架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，降低自動鉆鉚機(jī)托架的運(yùn)動幅度和進(jìn)出自動鉆鉚機(jī)的難度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性，保證產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高壁板的自動鉆鉚效率。

1 原保型架剛度分析

原保型架主要由橫梁、拱梁、卡板、起吊接頭以及鉆鉚定位接頭組成。如圖1所示，拱梁為方鋁型材焊接而成高拱背結(jié)構(gòu)，每道拱梁上有三塊卡板；其中拱梁、主梁以及卡板材料均為6061，起吊接頭以及鉆鉚定位接頭材料為45#鋼。

圖1 原保型架結(jié)構(gòu)示意圖

建立有限元模型，如圖2所示。根據(jù)四點(diǎn)起吊情況對模型施加約束，并施加重力載荷，經(jīng)計算分析，此時保型架的應(yīng)變云圖如圖3所示，最大（張開）變形為（0.55+6.87=）7.42mm，保型架的剛性較差。

圖2 原保型架有限元模型

圖3 原保型架應(yīng)變云圖

2 新保型架剛度分析

新保型架主要由橫梁、拱梁、支撐梁、卡板、起吊滑枕以及鉆鉚定位接頭組成。如圖4所示，拱梁及支撐梁為方鋁型材焊接而成低拱背結(jié)構(gòu)，每道拱梁上僅有一道卡板；卡板為可拆卸結(jié)構(gòu)，加工不同的產(chǎn)品時可更換卡板，減小了產(chǎn)品加工時保型架轉(zhuǎn)動的幅度；其中拱梁、主梁、支撐梁以及卡板材料均為6061，起吊滑枕以及鉆鉚定位接頭材料為45#鋼。

圖4 新保型架結(jié)構(gòu)示意圖

建立保型架和產(chǎn)品組合的有限元模型，如圖5所示。根據(jù)四點(diǎn)起吊情況對模型施加約束，并施加重力載荷，經(jīng)計算分析，此時保型架的應(yīng)變云圖如圖6所示，最大（張開）變形為3.55mm，低拱背結(jié)構(gòu)雖然剛性相較于原保型架有所增強(qiáng)，但其剛性依然較差。

圖5 新保型架有限元模型

圖6 新保型架應(yīng)變云圖

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1 增加撐桿

為提高保型架在四點(diǎn)起吊時的剛度，在保型架兩端增加了兩根撐桿，如圖7所示。同樣的，根據(jù)四點(diǎn)起吊情況對模型施加約束，并施加重力載荷，經(jīng)計算分析，此時保型架的應(yīng)變云圖如圖8所示，低拱背增加撐桿后結(jié)構(gòu)最大（張開）變形為0.407mm。由此可知，增加撐桿能有效增加保型架抵抗張開的剛度。

圖7 保型架增加結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 優(yōu)化后應(yīng)變云圖

3.2 吊掛點(diǎn)位置優(yōu)化

如圖9所示，沿圖X軸方向調(diào)整吊掛點(diǎn)位置，分析計算出在不同的吊掛位置，保型架和產(chǎn)品的最大變形。分析結(jié)果如表1所示，由表可知，最佳吊掛點(diǎn)與橫梁端點(diǎn)（X=0）的距離為1345mm。

圖9 吊點(diǎn)優(yōu)化示意圖

表1 吊掛位置與結(jié)構(gòu)變形對照表

4 結(jié)語

本文總結(jié)了自動鉆鉚過程中原自動鉆鉚保型架存在的問題，有限元分析結(jié)果表明原保型架的剛度較差，重新設(shè)計了新的保型架并進(jìn)行剛度分析后，剛度有所提高但依然達(dá)不到設(shè)計要求。在保型架兩端增加了撐桿并對吊點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化后，保型架在四點(diǎn)起吊時的最大變形由原來的7.42mm減小到了現(xiàn)在的0.365mm，有效提高了保型架的剛性，結(jié)果表明，該設(shè)計滿足剛度要求。