某型柱塞组件轴向间隙测量夹具优化设计

张智森，赵 勇，康林春，魏 纤

(1.中航工业金城南京机电液压工程研究中心，南京 211106；2.中航工业航空机电系统综合航空科技重点实验室，南京 211106)



某型柱塞组件轴向间隙测量夹具优化设计

张智森1,2，赵 勇1，康林春1，魏 纤1

(1.中航工业金城南京机电液压工程研究中心，南京 211106；2.中航工业航空机电系统综合航空科技重点实验室，南京 211106)

文章以某型恒速传动装置中的柱塞组件轴向间隙测量夹具设计为案例。从产品测量要求及工艺性能出发，初步设计出满足工艺要求的测量夹具。其次，结合各型产品尺寸规格数据，从夹具的关键测量部件入手，优化原夹具结构，保证该夹具能满足较大尺寸范围的测量要求。实践证明，该测量夹具结构简单，测量数据不但达到设计目标，而且极大地缩短产品制造周期，降低了检测成本。

夹具设计；轴向间隙；优化结构；通用性

0 引言

随着航空技术的快速发展，对机载系统的性能提出了更高的要求。柱塞组件作为恒速传动装置中的重要部件，制作安装过程中对其质量要求有着严格的标准。以往，对柱塞组件轴向间隙的控制主要通过偶件的配磨来保证，缺乏有效的检测手段来控制产品的质量。

本文以某型机载系统装置零件为案例，从某一关键工序尺寸的测量要求出发，对轴向间隙测量夹具的设计过程进行分析，并对该测具的结构优化以及适用性方面的拓展进行了探讨。

1 柱塞组件工艺性分析

本文涉及的柱塞组件应用在某型恒速传动装置上，主要由柱塞、滑靴两部分组成，见下图1。柱塞零件材料为9Cr18Mo,硬度为58～62。滑靴零件材料为40CrNiMoA,硬度为32～38。其工作环境为21MPa,工作温度为150℃以上。

图1 柱塞组件

其工作原理是：在腔体内控制变量泵的斜角倾角，来调节排量以控制恒速传动装置的输出速度。因此该柱塞组件在工作时需要转动灵活，切柱塞与滑靴结合部位的间隙应在设计要求范围内，以避免高速运动下的冲击危害。

2 夹具设计

2.1 测量要求分析

根据产品工艺技术要求，该型柱塞组件定位位置为A、B两处(见图1)，定位面均为圆柱面，测量位置为收口装配后柱塞球面与滑靴内球面顶点之间的轴向间隙δ。鉴于产品测量部位为封闭环境且间隙尺寸较小(本案例涉及尺寸δmax=0.02mm)，初步采用间接转换后打表测量的方法。

2.2 夹具设计步骤

该夹具设计从工艺技术要求出发，将夹具设计分为两个阶段：①从测量要求出发，计算测量误差；②根据测量工艺要求，初步设计数种装夹方式，计算各种方案的装配误差以及测量误差，取与步骤一计算值最近的方案。基于上述装夹方案，根据现场适应性要求，优化夹具结构。尽量使夹具结构简单，精度高。

装夹方案优选流程图如下图2所示。

图2 优选装夹方案示意图

2.3 夹具结构设计

通过对产品的测量要求以及测量工艺性能分析。预先采用V型与圆弧型面两种方式对产品进行定位。其中利用圆弧形面进行定位部分(B处)设置为可滑移结构，以方便将其间隙尺寸转化为千分表读数。相应的产品A处采用V型块定位的方式。根据产品整体装夹条件，初步选择柱塞组件中A处作为压紧点，采用压板对其进行固定。

依据上述步骤，设计出该型测量夹具。其结构图如图3～图5所示。产品依靠件2中V型槽与件4滑块上U型槽定位，表安装在表架(件8)，工作时压紧压板(件10)，通过手柄(件16)手动滑移V型块(件4)，观察指示表读数，直至表针读数不再变化，显示数值即为被测零件轴向间隙尺寸。

1.底座 2.V型块 3.螺母 4.滑块 5.垫片 6.压板 7.螺钉 8.表架

9.销子 10.压板 11.垫片 12.旋转螺钉 13.圆柱销

14.特殊头型螺钉 15.销子 16.手柄 17.螺钉 18.导块 19.螺钉

在该型夹具的使用中，通过V型块(件2)以及滑块(件4)的配合作用，可以更加直观的对误差进行控制，能够满足产品测量精度要求，但是件4的圆弧形定位尺寸，限制了该夹具的检测范围。

2.4 通用性结构优化

为拓展该夹具的适用范围，解决不同型号产品在该夹具上的通用性问题，对该夹具进行了结构优化。

产品A处定位可通过件2上的V型块来实现，且其有较大的尺寸适应范围。故在一定的尺寸范围内可以使用一种尺寸的V型零件。另外产品B处的定位是通过件4滑块来实现，需要根据件4尺寸进行配合，故该处应设计为可快速更换类型，即可拆卸结构。针对此类问题，将件4滑块结构分为四部分，如图6所示。

1.定位块 2.圆柱销 3.开槽螺钉4.菱形销

将对产品B处的定位部分分离出来。通过采用菱形销与圆柱销定位的形式，保证定位尺寸的准确性。该结构与夹具主题的连接则采用螺钉紧固的连接方式，这样设计在测量不同型号产品时，只需要更换个别零件(图6中的件1)。从而避免被检测产品尺寸变换时，需要整体更换夹具的情况。

3 结束语

本文主要针对柱塞组件在工艺中的测量要求，而专门设计的一款测量夹具。通过优化结构使其能够适应不同尺寸产品的测量要求。这样的设计不但使测具结构简洁紧凑，减少了测量不同产品时所需的工装数量，而且缩短了设计制造周期，为工装快速设计提供了实践探索。

[1] 航空工艺装备设计手册编写组.航空工艺装备设计手册[M].北京：国防工业出版社 ,1975.

[2] 赵幸福,田一明,杨恢,等.测量不确定度评价方法在大型工件现场加工中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2011(8):68-71,75.

[3] 航空金属材料编写组.航空金属材料手册[M].北京：航空工业出版社 ,1994.

[4] 魏康明.高精度V形导轨加工工艺的改进[J].组合机床与自动化加工技术,2007(2):82-83.

[5] 肖铁忠,黄娟,罗静．发电机组气缸头气门精加工专用夹具设计[J]．组合机床与自动化加工技术，2015(3):147-148,160.

[6] 张智森.面向管接头类零件的成组工装设计[J].机电信息,2014(6):109-110.

[7] 单奇异,李红波,吴建林.保证发射架吊挂孔同轴度的定位工装设计[J]．航空制造技术，2010(8):86-88.

[8] 宋奇慧,卢铁钢.锥齿轮副误差测量成组夹具设计[J].航空制造技术,2012(5):88-91.

(编辑 李秀敏)

Optimization Design of Axial Clearance Measurement Fixture for a Certain Type of Piston Assembly

ZHANG Zhi-sen1,2,ZHAO Yong1,KANG Lin-chun1,WEI Qian1

(1.Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems, AVIC Jincheng, Nanjing 211106,China;2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Aero Electromechanical System Integration,Nanjing 211106, China)

This research focuses on axial clearance measure fixture design in the plunger component of a constant speed drive. A measure fixture is designed to meet the product measure requirements and processing performance requirements. Then, the fixture structure is optimized for greater measure dimensional range based on the size data of several style products. It’s found that the measure fixture with a simple structure can reach design goals of measure data, decrease product manufacturing cycle and lower testing costs.

fixture design; axial clearance;structure optimized; commonality

1001-2265(2016)10-0140-02

10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.10.037

2015-12-09;

2016-01-21

张智森(1982—)，男，湖北荆州人，中航工业金城南京机电液压工程研究中心工程师，硕士，研究方向为航空精密零件加工工艺装备设计，(E-mail)15851852796@163.com。

TH122;TG65

A