基于人机工程分析的手持式电磁铆枪旋转托架设计

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随着计算机技术的不断发展，虚拟仿真技术广泛地应用在产品设计中。然而在产品的装配使用过程中，人的参与往往必不可少。利用人机工程学的仿真分析可以对设计方案进行修改及仿真验证，减少设计返工和实物原型的制作，能够缩短从设计到制造的周期和成本m，实现产品的快速研制。目前国内外悬挂手持式电磁铆枪的托架主要为龙门结构自，只适合于平板状结构产品的铆接，如机翼、机身壁板等。而对于长圆弧形结构的产品，则难以在龙门式托架中实施铆接。提出的旋转托架主要应用于长圆筒形被铆接件的铆接装配，并在其设计研发中引人基于DELMIA的人机工程分析，大大缩短了研发周期、降低了设计成本、保证了产品质量。

2手持式电磁铆枪旋转托架总体设计2.1旋转托架的结构特点托架是整个电磁铆接设备的框架，铆枪、电源及控制设备均安装在上面，在托架的配合下进行铆接作业 。目前国内外的龙门式托架结构的结构简单功能单-，其基本构件主要包括工字横梁、立柱、底座、平衡器、滚轮车等。现有龙门式托架能够实现铆枪沿横轨直线滚动，也可实现铆枪沿纵向钢丝绳的上下移动。由于铆接时必须保持铆枪在垂直于工件孔位的法线方向，故对于如长圆筒形件，龙门式托架则难以实施铆接。因此，提出旋转托架方案，如图 1所示。该托架可配合铆枪实现周向转动、纵向和径向移动，可以解决龙门式铆枪托架不适合大型长圆筒形件的铆接装配问题。旋转托架主要由上立柱 1-1、下立柱 1-2、圆弧导轨 1-3、滚轮车 14、直线轨道 1-5、旋转部件 16、前梁 17、后梁 1-8、平衡器 1-9组成。

2.2旋转托架的运动特点针对长圆筒形件的特殊外形结构，托架的旋转运动设计采用滚轮车 lI4配合圆弧导轨 1-3，使滚轮车 14在滚动过程中带动直线导轨 l5沿着圆形导轨 l-3实现转动，旋转部件 16与前横梁1-7装配成-体，直线导轨 1-5在旋转运动中，以旋转部件 16的中心为轴线。铆枪可以通过平衡器 l-9的钢丝绳实现纵向升降运动，也可以通过滚轮车 1-4沿着直线导轨 1-5实现水平滚动。

3基于 CATIA的旋转托架虚拟装配根据设计方案，建立旋转托架的CATIA实体模型，在此基础上进行虚拟装配时，根据旋转托架零部件之间的相互装配关系，采用零件-组件-产品的步骤进行产品装配，通过三维模型可以直观的查看旋转托架的结构，旋转托架的三维总装示意图，如图 1所示。在虚拟装配中进行干涉检查是十分必要的。装配体的来稿日期：2012-05-15基金项目：航空科学基金资助项目(2009ZE53053)作者简介：张 拮，(1988-)，男，陕西西安人，硕士研究生，主要研究方向：飞机先进装配与连接技术曹增强，(1966-)，男，陕西西乾县人，教授，主要研究方向：飞机先进装配与连接技术No.3Mar.2013 机械设计与制造 37分频将会超过转频，说明碰摩情况比较严重。

当碰摩刚度增大时，时域波形振荡加大，而且形状发生变化；轴心轨迹形圆变窄，渗透量减少，偏离原位置的程度变大，变形明显，碰摩刚度越大，碰摩情况越严重。通过与文献19]中结果的对比，可以看出在碰摩情况比较严重时 (碰摩刚度较大)，Hertz模型与线性刚度碰摩模型的差别较大，基于 Hertz模型仿真出的结果中碰摩特征更加明显，有利于判断碰摩故障的发生。

5结论(1)讨论转子系统碰摩问题时，需要考虑具有非线性特性的碰摩力的影响，Hertz模型中的碰摩力与嵌入深度呈非线性关系，随着嵌入深度的增加，碰摩力增加的幅度变大，使得系统的非线性特性会更加明显，更符合实际结果。

(2)当油膜对系统的影响可以不计时，碰摩使系统产生 112倍频和2倍频成分，而随着碰摩的加剧，系统逐渐出现了3/2倍频等多倍频。转定子碰摩发生时，时域波形上表现出削峰现象，但在高转速下削峰现象不易被观察到，因此在实际的碰摩故障诊断中难以应用。