某型飞机自动钻铆保型架优化设计分析

丁先良，邹林飞，周 维，刘拥军

（1.江西洪都商用飞机股份有限公司，江西 南昌，330095；2.航空工业洪都，江西 南昌，330095）

0 引言

某型飞机自动钻铆保型架（下面简称“保型架”）用于产品在自动钻铆时的定位和产品固定。经过前几架份产品的试制发现，钻铆保型架在吊运上自动钻铆机时，由于刚性较差，吊运时变形过大，其很难与自动钻铆机上的接头对合上，导致工装的吊装困难且风险较大；由于在自动钻铆过程中，工装要进行±90度的翻转，此时工装运动幅度和变形较大；原钻铆保型架的刚性差，在自动钻铆时很难按预定程序准确定位，导致自动钻铆效率较低。因此，必须对原自动钻铆保型架的结构进行优化设计，降低自动钻铆机托架的运动幅度和进出自动钻铆机的难度，增强结构刚性，保证产品质量，从而提高壁板的自动钻铆效率。

1 原保型架刚度分析

原保型架主要由横梁、拱梁、卡板、起吊接头以及钻铆定位接头组成。如图1所示，拱梁为方铝型材焊接而成高拱背结构，每道拱梁上有三块卡板；其中拱梁、主梁以及卡板材料均为6061，起吊接头以及钻铆定位接头材料为45#钢。

图1 原保型架结构示意图

建立有限元模型，如图2所示。根据四点起吊情况对模型施加约束，并施加重力载荷，经计算分析，此时保型架的应变云图如图3所示，最大（张开）变形为（0.55+6.87=）7.42mm，保型架的刚性较差。

图2 原保型架有限元模型

图3 原保型架应变云图

2 新保型架刚度分析

新保型架主要由横梁、拱梁、支撑梁、卡板、起吊滑枕以及钻铆定位接头组成。如图4所示，拱梁及支撑梁为方铝型材焊接而成低拱背结构，每道拱梁上仅有一道卡板；卡板为可拆卸结构，加工不同的产品时可更换卡板，减小了产品加工时保型架转动的幅度；其中拱梁、主梁、支撑梁以及卡板材料均为6061，起吊滑枕以及钻铆定位接头材料为45#钢。

图4 新保型架结构示意图

建立保型架和产品组合的有限元模型，如图5所示。根据四点起吊情况对模型施加约束，并施加重力载荷，经计算分析，此时保型架的应变云图如图6所示，最大（张开）变形为3.55mm，低拱背结构虽然刚性相较于原保型架有所增强，但其刚性依然较差。

图5 新保型架有限元模型

图6 新保型架应变云图

3 结构优化

3.1 增加撑杆

为提高保型架在四点起吊时的刚度，在保型架两端增加了两根撑杆，如图7所示。同样的，根据四点起吊情况对模型施加约束，并施加重力载荷，经计算分析，此时保型架的应变云图如图8所示，低拱背增加撑杆后结构最大（张开）变形为0.407mm。由此可知，增加撑杆能有效增加保型架抵抗张开的刚度。

图7 保型架增加结构示意图

图8 优化后应变云图

3.2 吊挂点位置优化

如图9所示，沿图X轴方向调整吊挂点位置，分析计算出在不同的吊挂位置，保型架和产品的最大变形。分析结果如表1所示，由表可知，最佳吊挂点与横梁端点（X=0）的距离为1345mm。

图9 吊点优化示意图

表1 吊挂位置与结构变形对照表

4 结语

本文总结了自动钻铆过程中原自动钻铆保型架存在的问题，有限元分析结果表明原保型架的刚度较差，重新设计了新的保型架并进行刚度分析后，刚度有所提高但依然达不到设计要求。在保型架两端增加了撑杆并对吊点位置进行优化后，保型架在四点起吊时的最大变形由原来的7.42mm减小到了现在的0.365mm，有效提高了保型架的刚性，结果表明，该设计满足刚度要求。