Методы сборки панелей, узлов, отсеков и агрегатов вертолетов: Конспект лекций по разделу курса ''Технология сборки летательных аппаратов''

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Авиастроение»

МЕТОДЫ СБОРКИ ПАНЕЛЕЙ, УЗЛОВ, ОТСЕКОВ И АГРЕГАТОВ ВЕРТОЛЁТОВ

Конспект лекций по разделу курса «Технология сборки летательных аппаратов»

Ростов-на-Дону 2005

Составители: к.т.н., доц. М.Б.Флек, д.т.н., проф. С.Н.Шевцов, ст.препод. А.А.Филиппов, ст.препод. В.М.Швачун, вед.инж. В.Н.Усиков Рецензент: к.т.н., проф. А.С.Мельников

Конспект лекций «Методы сборки панелей, узлов, отсеков и агрегатов вертолётов» по разделу курса «Технология сборки летательных аппаратов».. – Ростов н/Д, 2004, 36 c.. Методический материал ориентирован на студентов очной формы обучения по специальности 120100 «Технология машиностроения» со специализацией «Технология и организация производства летательных аппаратов». Печатается по решению методического совета факультета «Технология машиностроения»

2

1. 1.1. 1.2. 2. 2.1. 2.2. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.3. 3. 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3. 3.1.4. 3.2. 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 4.

Содержание Основные понятия технологии сборки летательных аппаратов Сборочные работы Основные схемы увязки форм и размеров деталей и оснастки Сборка совмещением сборочных баз элементов конструкций Сборка по разметке Сборка с базированием по сборочным отверстиям (СО) Технология сборки по сборочным отверстиям Требования, предъявляемые к схемам увязки размеров и форм Схемы увязки при сборке по СО Сборка по базовым поверхностям деталей Сборка совмещением сборочных элементов конструкций и приспособлений Сборка с базированием по отверстиям Сборка с базированием по КФО Схемы увязки при сборке с базированием по КФО Сборка с базированием по БО Сборка с базированием по отверстиям стыковых болтов (ОСБ) Сборка с базированием по поверхности деталей и узлов в конструкции ЛА Сборка в приспособлении с базированием по поверхности каркаса Сборка в приспособлении с базированием по внешней поверхности обшивки Сборка с базированием по внутренней поверхности каркаса Точность и технико-экономические показатели различных методов сборки

4 4 6 8 8 10 10 13 14 18 19 19 20 22 24 26 27 29 31 33 34

3

1. Основные понятия технологии сборки летательных аппаратов Создание такого сложного изделия, как вертолёт, представляло бы чрезвычайно трудную задачу, если бы в процессе эскизного и технического проектирования его не делили на законченные в конструктивном и технологическом смысле части. В производстве ЛА принято делить изделие на агрегаты, отсеки, узлы и детали часто называемыми сборочными единицами. В процессе разработки конструкции сначала производят деление планера на агрегаты, узлы и соединительные детали, входящие в планер, затем агрегаты делят на отсеки, узлы и соединительные детали, входящие в агрегаты. После этого отсеки делят на узлы и соединительные детали, входящие в отсеки, и, наконец, узлы отсеков, агрегатов и планера - на составляющие их детали [1, 6].

1.1. Сборочные работы Сборочные работы являются важнейшей составной частью производственного процесса предприятия по созданию летательного аппарата. Сборочные работы многовариантны [8] как по возможному составу и последовательности операций технологического процесса, так и по составу применяемой оснастки, оборудования, инструмента и т.д. Проектирование оптимальных технологических процессов сборки сложных изделий требует трудоёмких вычислений, связанных с выбором схемы сборки, с расчетом точности сборки, с нормированием трудоёмкости и расчётом технологической себестоимости сборки и т.п. Эффективность решения многих конструктивных и производственных проблем во многом зависит от уровня технического, технологического и организационного развития сборочных производств [1]. Этот уровень определяется, в первую очередь, теми методами сборки, которые закладываются при подготовке производства и используются в серийном производстве новых изделий, в частности авиационной техники. Метод сборки характеризует, как базируются и с помощью каких средств устанавливаются и закрепляются детали друг относительно друга в целях обеспечения их правильного и точного взаимоположения при сборке в собираемом изделии (Рис.1). 4

Рис. 1. Классификация методов сборки

В основу определения понятия «метод сборки» в общем машиностроении принят принцип степени взаимозаменяемости деталей, поступающих на сборку [5]. В соответствии с ГОСТ 18831-73 взаимозаменяемостью называется свойство конструкции составной части изделия, обеспечивающее возможность её применения вместо другой такой же части без дополнительной обработки с сохранением заданного качества изделия, в состав которого она входит. Точностью какого-либо размера называется степень соответствия его действительного значения значению заданного проектом. Взаимозаменяемость и точность являются важнейшими показателями качества, относясь к группе показателей технологичности Точность изготовления деталей, сборки узлов и агрегатов оказывает влияние на лётно-технические характеристики летательного аппарата. Изготовление деталей с увеличением заданного размера или больших плюсовых отклонений их приводит к увеличению массы. Поэтому изготавливаемые детали должны быть взаимозаменяемыми 5

по геометрическим параметрам - размерам и форме, и по физическим массе, жёсткости и т. д. Характер обеспечения взаимозаменяемости зависит от принципа, принятого при изготовлении деталей. В производстве ЛА имеют место два принципа - зависимый и независимый.

1.2. Основные схемы увязки форм и размеров деталей и оснастки Конструкцию и процессы изготовления сборочной оснастки во многом определяет выбранный метод увязки геометрических параметров сопрягаемых между собой деталей, узлов, отсеков и агрегатов. Под увязкой понимается согласование размеров и формы сопрягаемых поверхностей между собой. Методы увязки составных частей планера ЛА определяют вид первоисточника увязки (в качестве которого может быть чертёж, плаз, эталон и программа ЭВМ) и вид увязки, которым может быть инструментальное средство (станок, стенд, контрольно-измерительная машина), шаблон или макет. В зависимости от выбранного первоисточника и средства увязки для отдельных агрегатов и планера в целом могут использоваться следующие методы увязки: чертёжно-инструментальный, чертёжношаблонный, чертёжно-макетный, плазово - инструментальный, плазово - шаблонный, плазово - макетный, эталонно инструментальный, эталонно -шаблонный, эталонно- макетный, программно -инструментальный, программно -шаблонный, программно -макетный. В каждом из них могут иметь место два принципа [5] образования форм и размеров деталей, узлов и оснастки связанный и независимый (рис.2). Схема увязки размеров А и В по связанному принципу образования форм и размеров(рис. 2,а) имеет общие для обоих размеров этапы, число которых р. Каждая из ветвей образования конечного размера А и В имеет соответственно q и r этапов. Поля производственных погрешностей каждого из размеров и увязки двух размеров между собой могут быть описаны следующими уравнениями: p

q

i =1

j =1

δA = ∑ δ i + ∑ δ j ;

p

r

i =1

k =1

δA = ∑ δ i + ∑ δ k ;

q

r

j =1

k =1

δAB = ∑ δ j + ∑ δ k , 6

δ A ,δ B -поля производственных погрешностей размеров А и В соответственно; δ AB -поле производственной погрешности увязки размеров А и В; δ I , δ J , δ K - поля производственных погрешностей

где

общих i и индивидуальных j и k этапов.

Поля погрешностей общих

для обоих размеров этапов не влияют на точность увязки этих этапов между собой.

Рис 2. Принципы образования размеров и форм: а) связанный б) независимый

Из приведенных уравнений находятся условия, при которых точность увязки размеров А и В выше точности каждого из этих размеров: r

p

∑ δ k ≤ ∑ δi

δ AB ≤ δ A , если k =1 k

i =1

;

p

∑δ j ≤ ∑δi

δ AB ≤ δ A , если j =1

i =1

. Таким образом, для того чтобы обеспечить высокую точность увязки размеров, необходимо все этапы, дающие большие погрешности в каждой из индивидуальных ветвей, перенести в общие для обоих размеров этапы. В этом случае погрешность увязки будет меньше погрешности каждого из размеров. 7

Воспроизведение размеров сопровождается обработкой поверхностей, образующих заданную форму изделия. Операции переноса формы на рис. 2 показаны квадратами, а размеров кружками. Основное достоинство рассмотренного принципа состоит в том, что он позволяет обеспечить взаимозаменяемость изделий малой жёсткости, сложной формы и больших габаритных размеров. Именно принцип связанного образования форм и размеров является теоретической основой плазово - шаблонного метода увязки заготовительной и сборочной оснастки, применяющегося в производстве ЛА. Увязка на основе независимого принципа образования размеров и форм изделий (рис.2,б) не содержит общих этапов переноса каждого из размеров. В этом случае перенос размеров А и В осуществляется независимо друг от друга при разном в общем случае числе индивидуальных этапов m и n. Поле погрешности увязки размеров А и В, в этом случае запишется в виде: m

h

j =1

k =1

δ AB = ∑ δ J + ∑ δ k , где δ j , δ k -поля погрешностей j-го и k-го этапов переноса размеров А и В. 2. Сборка совмещением сборочных баз элементов конструкций

2.1.Сборка по разметке Метод сборки по разметке (Рис. 3) требует обязательного наличия в составе собираемого изделия одной такой детали, которая могла бы выполнить функцию основной (базовой), и на поверхности которой можно нанести линии разметки под сочленяемые с ней другие детали [1]. На обшивку наносят линии разметки (как правило, мягким карандашом) для всех деталей, соединяемых с обшивкой (стрингеры, шпангоуты, нервюры, подкладные ленты и др.). Линии разметки наносят с помощью универсальных разметочных средств (мерительных линеек, угольников, штанген-циркулей, рейсмусов и др.), либо с помощью специальных средств таких, как шаблоны и эталонные детали. 8

Рис.3. Принципиальная схема метода сборки по базовым линиям, получаемым разметкой. 1-базовые линии; 2-обшивка - базовая деталь с разметкой; 3 -стрингер; 4 шпангоут

Сборка изделий по разметке предпочтительна при наличии прямолинейных контуров входящих деталей. Разметка на криволинейных поверхностях весьма затруднительна. Сам процесс разметки является трудоёмким и малопроизводительным.

Рис.4. Крышка лючка и сборка его по разметке. 1- петля; 2- корпус; 3- замок

На рис.4 представлена крышка лючка (см. рис. 4а) и его сборка по разметке. Процесс сборки включает следующие операции: -разметку центров отверстий под заклёпки в петле 1 по размерам t, g, f и кернение центров отверстий (см. рис. 4б); -установку петли 1 на корпус 2 по размерам A B и закрепление петли и корпуса струбцинами (см. рис. 4в); -сверление отверстий под заклёпки в петле и корпусе по накерненным центрам; 9

-вставка заклёпок в отверстие, расклёпывание заклёпок, снятие струбцин; -разметка под заклёпки в замке 3 по размерам l, d, h, кернение центров отверстий (см. рис. 4б); -установка замка 3 на корпус 2 по размерам A и B, закрепление замка 3 и крышки струбцинами (см. рис. 4в); -сверление отверстий, постановка заклёпок, соединяющих замок с корпусом. Процесс сборки по разметке включает много переходов, связанных с разметкой центров отверстий в каждой детали, кернением положения центров, измерением расстояний между деталями, установкой и снятием струбцин и т.д. Однако небольшие затраты на оснастку и сравнительно малый цикл подготовки производства позволяют применять указанный метод в опытном и мелкосерийном производствах для сборки плоских узлов и цилиндрических панелей.

2.2. Сборка с базированием по сборочным отверстиям (СО) 2.2.1.Технология сборки по сборочным отверстиям

Сборка с базированием по СО – это процесс, при котором взаимное расположение собираемых деталей определяется положением на них СО, в которые на период сборки вставляют фиксаторы. Сборочные отверстия выполняются в паре конструктивно связанных деталей, из которых одна используется в качестве базовой. Установка остальных деталей в процессе сборки осуществляется на базовую деталь. На рис.5 представлена сборка ложемента с базированием собираемых деталей по СО. Каждая базовая и базируемая детали имеют сборочные отверстия, однозначно определяющие их взаимное положение в изделии. Сборочные отверстия, как правило, располагают в местах установки заклёпок и болтов. Диаметр СО по заклёпочным швам принимают равным Ø2.7Н9, а по болтовым соединениям Ø5Н9. Некоторые отверстия, предназначенные для заклёпок или болтов, вначале используют как СО, а после сборки узла, панели из этих отверстий вынимают фиксаторы, рассверливают их до требуемого размера и ставят заклёпку или болт. 10

Рис 5. Сборка ложемента с базированием по сборочным отверстиям

Базирование по СО возможно при образовании обводов агрегата и установке в сборочное положение элементов продольного и поперечного набора каркаса. Точность внешних обводов при сборке с базированием по СО небольшая и выдерживается в пределах ±1.5-2.0 мм, что допустимо только для изделий, к которым не предъявляется высоких требований по точности обводов. Метод пригоден для вертолётов и нескоростных самолётов (до М=0.4-0.6) при сборке нервюр, лонжеронов хвостового оперения, носков рулей высоты и направления, носков элеронов, при сборке отсеков, имеющих разъёмы по хорде. По СО выполняют установку элементов каркаса, которые не влияют на точность образования внешних обтекаемых воздушным потоком поверхностей, таких как: -подкрепляющие элементы шпангоутов, нервюр, лонжеронов. -компенсаторы на стрингеры; -окантовки люков; В вертолётостроении наиболее широко применяют сборку с базированием по СО при установке в сборочное положение элементов каркаса на обшивку. 11

Рис.6.Приспособление для сборки панели по СО. 1-обшивка; 2-стрингер; 3-шпангоут; 4-ложемент приспособления; 5-прижим приспособления; 6-каркас приспособления

Для удобства сборки габаритных панелей отсеков по СО изготавливают упрощённые приспособления, в которых производится их фиксация и сборка всех элементов (Рис.6). Это даёт возможность расположить панель в удобное положение для сборки и исключить деформацию элементов набора от воздействия их собственного веса. Сверление и клёпка могут производиться в этом же приспособлении или в подсобранном виде передаваться для сборки на сверлильные автоматы и пресса для клёпки. При выборе места расположения СО в узлах, имеющих продольный и поперечный набор, СО в продольном наборе располагают независимо от СО в поперечном наборе. В этом случае положение деталей продольного набора не связано с положением поперечного набора, и каждая система базирования выполняет свои функции. СО назначают для соединения пакета не более 2-х деталей. Места расположения СО указывают в схемах, прилагаемых к технологическому процессу сборки. На схемах наносят не только СО, но и места расположения направляющих отверстий (НО), базовых отверстий (БО). 12

НО - направляющие отверстия предназначены для сверления отверстий под заклёпки в присоединяемой детали и располагаются по шагу сверления заклёпок. Это исключает разметку отверстий размещения заклёпок при сборке. Диаметр НО принят равным Ø2.5Н9 мм. НО обычно дают в полках стрингеров, шпангоутов, нервюр и др. В тех случаях, когда затруднён подход для сверления отверстий со стороны каркаса, НО дают в обшивке. БО - базовые отверстия, применяемые в качестве установочной базы шаблонов при разметке СО на деталях. Подробней см. в разделе 3.1.3. Количество и характер расположения СО в деталях должно обеспечивать: -требуемое по чертежу взаимное расположение собираемых деталей; -достаточную жёсткость узла, исключающую его деформацию при выполнении сборочных операций; -возможность установки всех деталей, входящих в узел. 2.2.2. Требования, предъявляемые к схемам увязки размеров и форм Отличительной особенностью производства ЛА является использование при изготовлении большинства деталей и объектов сборки плазово-шаблонного метода воспроизводства размеров и форм изделий [1, 9]. Этот метод основан на принципе связанного изготовления изделий, при котором перенос форм и размеров с конструкторского чертежа на готовые изделия производится с помощью специальных носителей информации. При этом размеры и формы носителей (как натурных первоисточников) переносят на рабочую оснастку и далее на изделия различными способами копирования. Каждый этап переноса размера или формы сопровождается образованием некоторой погрешности первоначальных размеров и форм. Накопление погрешностей в результате их сложения или вычитания формирует в конечном счёте результирующий размер или окончательную форму изделия. В зависимости от вида средств увязки размеров и форм выделяют три принципиальные разновидности схем увязки: - использующие в качестве основных средств плоские специальные носители - шаблоны, полученные по теоретическим и конструкторским плазам;

13

- построенные на использовании специальных объёмных носителей форм и размеров - эталонов и контрэталонов, макетов и контрмакетов, изготовленных инструментальным способом или способом слепка; - основанные на применении эталонных деталей, узлов, отсеков, агрегатов и ЛА в целом, полученных в результате контрольных сборок изделия. Все перечисленные схемы могут быть использованы для любого объекта сборки. Это позволяет в зависимости от конструктивнотехнологических особенностей сборки и производственных условий выбрать наиболее рациональную схему процесса увязки. Основными требованиями, предъявляемыми к проектированию процессов увязки, являются: обеспечение взаимособираемости деталей, узлов, отсеков, агрегатов и обеспечение взаимозаменяемости их по основным геометрическим параметрам – контурам, стыкам и разъёмам. Проектируемая схема процесса увязки должна обеспечивать точность изготовления и согласованность размеров и форм (особенно сопрягающихся поверхностей) на всех этапах сборки. Детали, приходящие на сборку, и узлы, идущие на последующие сборки, должны удовлетворять условию собираемости без принудительного деформирования их в процессе сборки. При сборке по СО необходимо обеспечить лучшую увязку оснастки для изготовления базовой детали. 2.2.3. Схемы увязки при сборке по СО

Распространённой схемой увязки для объектов сборки пространственной конфигурации служит такая, в которой в качестве основных объёмных источников увязки выступают эталонные детали, полученные в результате контрольной сборки. При этом СО в эталонных деталях получают путём совместного рассверливания отверстий в собираемых деталях [1]. Основным недостатком подобной схемы увязки является необходимость обязательного изготовления общесборочного приспособления и корректировки оснастки для изготовления деталей по результатам контрольной сборки в общесборочном приспособлении. Схема увязки при использовании эталонных деталей показана на рис.7. 14

Рис.7. Схема увязки при использовании эталонных деталей

Увязка указанных на теоретическом чертеже (ТЧ) размеров и форм плоских узлов и панелей при плазово-шаблонном производстве осуществляется с помощью комплекта шаблонов, снятых с теоретического (ТП) и конструктивного (КП) плазов. Носителем теоретического контура является шаблон контрольно-контурный (ШКК). По этому основному шаблону способом прямого копирования выполняют комплект производственных шаблонов, используемых для изготовления деталей, оснастки и контроля. ШКК несёт информацию обо всех геометрических параметрах деталей, входящих в данное сечение: конструктивные оси, контуры, расположение деталей, наличие отверстий, в том числе и СО. По ШКК изготавливают шаблоны контура (ШК) на все входящие детали. ШК служат для изготовления контурообразующей оснастки (например, инструментальных штампов) и для контроля полученных деталей. Для этих же целей служат и шаблоны гибки (ШГ). Если листовые детали 15

имеют борта, отогнутые под различными углами к плоскости детали, то на такие детали изготавливают шаблон внутреннего контура (ШВК), который служит для изготовления штамповочной оснастки формоблоков или оправок (ОП). Заготовки деталей из листа получают фрезерованием по шаблонам развёртки детали (ШРД). Поставив кондукторные втулки на ШК в местах расположения СО, можно эти же шаблоны использовать для сверления в готовых деталях сборочных отверстий. Для изготовления обшивок необходим обтяжной пуансон из пескоклеевой массы (ПСК). Этот пуансон получают снятием слепка с деревянной болванки, которую изготавливают с помощью шаблона контура сечения (ШКС). По пуансону также изготавливают шаблон для обрезки обшивок по контуру ШОК).

Рис.8. Шаблон для обрезки контура и сверления отверстий для обшивок двойной кривизны

По этому варианту в результате контрольной сборки в сборочном приспособлении получают эталонные детали, детали каркаса и детали обшивки. Эталонные детали являются источником информации о размерах и расположении вырезов и сборочных отверстий для изготовления ШОК, показанном на рис.8. Увязку форм и размеров узлов и панелей со сложными пространственными поверхностями, произвести только плоскими шаблонами невозможно. Дополнительно требуются пространственные источники форм и размеров, в качестве которых при плазовошаблонном производстве используют эталоны или макеты поверхности (МП). Эталоны и макеты поверхности воспроизводят теоретические контуры частей планера вертолёта и несут на своей поверхности необходимую графическую информацию о размещении 16

внутренних элементов конструкции, сопрягающихся с обшивкой, о конфигурации и стыках самих обшивок, о размещении стыковых межагрегатных узлов. Таким образом, эталон поверхности представляет собой комплексный носитель форм и размеров, объединяющий функции шаблонов и калибров разъёмов, несущий информацию о поверхности объекта. Эталон поверхности является также первоисточником увязки сборочных отверстий. Примером рабочей схемы увязки может служить схема для увязки форм и размеров конструкции панели двойной кривизны, состоящей из обшивок, полушпангоутов и продольных балок, приведенная на рис.9.

Рис.9. Схема увязки форм и размеров панелей двойной кривизны

Панель имеет также ряд люков, вырезанных в обшивках. Макет поверхности агрегата, в состав которого входит рассматриваемая панель, изготавливается с помощью шаблонов ШКС. По макету поверхности изготавливают контрмакет методом слепка. Контрмакет используется для изготовления рабочих пуансонов для формообразования обшивок панели, окантовок и люков. Оснастка для изготовления полушпангоутов, окантовок, балочек увязывается через местные контрмакеты, снятые с макета поверхности.

Преимущество третьей схемы перед второй состоит в использовании объёмного носителя форм и размеров, что значительно сокращает число несвязанных этапов переноса размеров и тем самым уменьшает количество погрешностей и увеличивает окончательную точность получения заданных размеров и форм деталей. Особенностью 17

третьей схемы увязки является также наличие двух первоисточников увязки: макет поверхности (МП), служащий для увязки контуров деталей, и эталонные детали, выполняющие функцию источника увязки положения сборочных отверстий.

2.3. Сборка по базовым поверхностям деталей Сборка по базовым поверхностям деталей - процесс, при котором определённость базирования деталей изделий может быть достигнута путем их сопряжения с ранее установленными деталями (рис.10). Возможность базирования детали по базовым поверхностям деталей определяется следующими условиями: -обеспечением заданной точности установки очередной детали взаимным положением ранее установленных деталей; -отсутствием ограничения для приложения фиксирующей нагрузки; -достаточной жесткостью базовых элементов и их способностью воспринимать фиксирующие и другие нагрузки, возникающие при сборке. Точность установки детали определяется точностью сборочной базы, Рис.10. Сборка по базовым образованной поверхностями ранее поверхностям деталей. установленных деталей. Базирование 1- лонжерон; 2- стойки; 3- фитинг деталей по базовым поверхностям деталей можно осуществлять также путем ориентации их относительно кромок, вырезов, подсечек и т.п., если обеспечивается фиксация базируемой детали относительно базы. Конструктивное оформление чертежа изделия, при сборке которого может быть использовано базирование по базовым поверхностям деталей, должно предусматривать фиксацию устанавливаемой детали одним из следующих способов: струбцинами; прижимными фиксаторами, макетными болтами и заклепками, прихваткой сварными точками. 18

3. Сборка совмещением сборочных элементов конструкций и приспособлений

3.1. Сборка с базированием по отверстиям При сборке по сборочным отверстиям необходимость обязательного изготовления общесборочного приспособления диктовалась получением эталонных деталей и корректировкой оснастки для их изготовления, с целью обеспечения точности и их полной взаимозаменяемости. Сборка агрегатов при базировании деталей и узлов по поверхностям отверстий, выдвигая специфические требования к состоянию поставки деталей и узлов на сборку, оказывает существенное влияние на конструктивные схемы сборочных приспособлений и объём оснащения сборочного производства. Технологическая оснастка для изготовления деталей в заготовительно-штамповочном и механообрабатывающем производствах кроме своих основных функций по образованию контуров деталей должна выполнять роль кондуктора для сверления в деталях: сборочных отверстий (СО), координатно-фиксирующих отверстий (КФО) и базовых отверстий (БО). КФО – координатно-фиксирующие отверстия, задаваемые в поперечных сечениях вдоль строительной оси вертолёта в строгом соответствии с шагом расположения шпангоутов, нервюр, элементов стыковых сочленений агрегатов, отсеков и т.д. Положение КФО с высокой точностью выверяется по конструкторским документам на координатно-инструментальных стендах. БО - базовые отверстия предназначены для ориентации деталей в сборочном приспособлении при сборке. В отличие от КФО базовые отверстия (БО) определяют местоположение базовых и других деталей в пределах отдельно взятого отсека, агрегата или панели. Сборка по БО осуществляется установкой входящих деталей и сборочных единиц на базовый узел по БО, расположенным в обводах и плоскостях соединяемых сборочных единиц. Базовые отверстия являются технологическими и могут быть не связаны ни с какими другими отверстиями, имеющими конструктивный характер, и впоследствии заглушаются. 19

3.1.1. Сборка с базированием по КФО

Базирование по КФО используется при сборке узлов, панелей, отсеков, агрегатов вертолёта панелированной конструкции. Наиболее широко этот метод применяют в производстве средних, тяжелых и сверхтяжелых вертолётов. Сборка осуществляется установкой и фиксацией сборочных единиц (деталей или узлов) по базам-отверстиям в узлах - фиксаторах сборочных приспособлений. Ответные базы - отверстия выполняются в устанавливаемых сборочных единицах. Установка остальных деталей производится на ранее образовавшийся жёсткий каркас изделия. Количество КФО выбирается из условия допустимой деформации сборочной единицы под действием собственного веса и возможных внешних нагрузок, возникающих в процессе сборки. Назначается как минимум 2 отверстия КФО при размерах шпангоута до 1500 мм и 3 - 4 отверстия КФО - при размере более 1500мм. Процесс сборки следующий: шпангоуты отсека устанавливают в вилки сборочного приспособления и фиксируют по КФО. Затем части шпангоутов соединяют между собой накладками при помощи заклёпок или болтов; на подготовленный каркас устанавливается панель с продольным набором. Панель прижимается к каркасу двумя-тремя наружными рубильниками (или лентами), а затем по НО в полках шпангоутов сверлят отверстия в обшивках панелей и клепают. Точность обвода агрегата зависит от точности обвода каркаса, расположения КФО в деталях и элементах приспособления, а также точности обшивки по толщине. На рис. 11 представлена схема сборки отсека фюзеляжа с базированием по КФО. Ввиду значительных габаритов изделия вначале производится сборка каркаса приспособления из ложементов (1) с фиксаторами носителями КФО (2). Соединение ложементов выполнено накладками (3), устанавливаемыми на болтах, для обеспечения жёсткости каркаса приспособления. Технологический процесс сборки включает выполнение следующих основных работ: -установка шпангоутов(4) в сборочное положение и закрепление их по КФО фиксаторами(2); -соединение верхнего и боковых шпангоутов между собой накладками (5) с помощью заклёпок или болтов; 20

-установка на подготовленный каркас обшивки (6) в сборе со стрингерами и закрепление её в сборочном положении и прижимая к каркасу с помощью рубильников или лент(7); -подготовка мест сопряжения обшивки со стрингерами и каркаса к соединению, сверление по НО отверстий под заклёпки и собственно клёпка; -освобождение собранной конструкции от фиксаторов и выем из сборочного приспособления. Приспособления такого типа не требуют рубильников по всем сечениям шпангоутов и конструктивно выполняются в упрощённом виде. Они позволяют снизить трудоёмкость сборочных работ; металлоёмкость сборочной оснастки; сократить цикл подготовки производства.

Рис.11. Сборка отсека фюзеляжа с базированием по КФО 1 - ложементы приспособления; 2 - фиксаторы шпангоутов по КФО; 3 - накладки крепления ложементов; 4 - шпангоуты; 5 - накладки крепления шпангоутов; 6 - обшивка в сборе со стрингерами; N-прижим панелей обшивки.

21

3.1.2. Схемы увязки при сборке с базированием по КФО

Базирование по КФО имеет то принципиальное отличие от способа базирования по СО, что КФО расположены на собираемых деталях, а ответные им КФО - на сборочном приспособлении[1]. Это накладывает свои специфические требования на увязку размеров и форм при сборке по КФО. В большинстве случаев средствами увязки могут быть универсальные инструментальные координатные установки (плазкондуктор (ПК0) и инструментальный стенд (ИС)). Принципиальная схема процесса увязки при использовании КФО для сборки узлов, панелей, секций и отсеков приведена на рис.12.

Рис. 12. Схема увязки при сборке по КФО

Рассмотрим сборку по КФО шпангоута фюзеляжа, состоящего из трёх секций - поясов, соединённых между собой накладками (рис.11). Выбор места расположения КФО на полках поясов шпангоута не связан какими-либо условиями функционального назначения в конструкции, поэтому КФО могут располагаться, например, в строго координатной сетке плаз-кондуктора. Сетка плаз-кондуктора выполнена с шагом 50 мм. Для того чтобы было удобнее использовать плаз-кондуктор для увязки КФО, расстояние между осями КФО надо выбрать равным или кратным 50 мм. Это позволит не только легко осуществить перенос отверстий на детали, но и произвести сборку 22

шпангоута на универсальном групповом приспособлении типа плоской координатной плиты c отверстиями, расстояние между которыми может быть выдержано с большой точностью. Перенос размеров и контуров деталей шпангоута на заготовительную оснастку и сборочное приспособление, их увязка между собой происходят в рассматриваемом примере по схеме: с ШКК (как основного носителя форм и размеров). Путём копирования изготавливают ШК или ШКК поясов шпангоута, по ШВК выполняют оправку для формования полок поясов шпангоута, по ШК переносят на полки поясов КФО и производят контроль точности изготовления поясов. С ШКК можно снять также необходимую информацию на шаблон приспособления (ШП), который используется в дальнейшем для настройки (выставления фиксаторов с КФО) сборочного приспособления универсального координатного стола. Сборка шпангоута производится следующим образом: секции-пояса устанавливают по КФО на координатном столе и соединяют между собой с помощью накладок. По этой же схеме процесса увязки можно произвести сборку по КФО панелей любой конфигурации: цилиндрической, конической, двойной однозначной или знакопеременной кривизны. Отличительной особенностью схемы увязки будет наличие в ней инструментального стенда, необходимого для монтажа узлов с КФО сборочного приспособления. Сверление КФО в деталях (секциях шпангоутов) целесообразно производить с помощью плоского группового шаблона. В этом случае возможно использование группового шаблона также для наладки универсального переналаживаемого сборочного приспособления. Далеко не все конструкции планера, для которых можно применить сборку по КФО, позволяют расположить КФО в системе координат, кратной 50 мм. К тому же могут возникнуть затруднения и в симметричном расположении КФО относительно главных конструкторских осей. Поэтому КФО приходится располагать на деталях и в сборочных приспособлениях на расстояниях, не кратных 50. что требует для их изготовления и увязки дополнительных спецшаблонов и других средств увязки. Эти изменения находят своё отражение в схеме процесса увязки (рис.13): дополнительно вводится ШП с КФО для монтажа сборочной оснастки, дополнительно потребуются ШК с КФО для изготовления и контроля деталей. 23

Рис.13. Схема увязки форм и размеров деталей для изделий, собираемых по КФО

Увязка размеров расположения осей КФО на деталях и оснастке может быть произведена также по эталонным деталям, полученным в результате контрольной сборки в общесборочном приспособлении (рис.14). При такой схеме изготовления и монтажа общесборочного приспособления обычно используют плаз-кондуктор (ПК) и инструментальный стенд (ИС).

Рис. 14. Схема увязки форм и размеров при использовании эталонных деталей с КФО

24

3.1.3. Сборка с базированием по БО Сборка с базированием по БО применима для объектов сборки типа отсеков крыла и оперения, состоящих из жестких лонжеронов, соединяющихся непосредственно с нервюрами и листами обшивки панелей, БО для сборки выполняют в стенках (или поясах) и стойках лонжеронов, ответные отверстия располагают в узлах- фиксаторах приспособления и стенках нервюр (рис.15). В этом случае лонжероны, установленные и зафиксированные по БО приспособления, а также нервюры, установленные и зафиксированные по БО в полках лонжеронов, образуют жесткую систему, служащую основой для последующего наслоения всех остальных деталей.

Рис.15. Схема расположения КФО и БО в деталях секции крыла: 1-панель; 2-лонжероны; 3- нервюры; 4- сборочное приспособление

Сборка может осуществляться с установкой и фиксацией базового узла в сборочном приспособлении (любым из известных способов, в том числе и по БО). Установка на базовый узел входящих узлов и деталей осуществляется по БО базового узла и ответным БО в устанавливаемых узлах и деталях. При сборке агрегатов, состоящих из отдельных секций или отсеков, БО располагают в местах стыковки секций (рис.16). Так, для отсеков крыла БО сверлят в полках лонжеронов и в обшивках носков. 25

Для сборки секций фюзеляжа БО сверлят в обшивках панелей. Окончательную сборку фюзеляжа производят, как правило, в сборочном приспособлении. Это объясняется тем, что секции фюзеляжа не обладают достаточной собственной жесткостью и могут деформироваться под действием собственного веса.

Рис.16. Схема расположения БО в отсеках крыла и фюзеляжа

Базовые отверстия используются в качестве установочной базы для базирования обшивки или панели с продольным набором на рубильниках приспособления. Пример приведён на рис. 6. в разделе 2.2.1. "Сборка в приспособлении с базированием по поверхности каркаса". 3.1.4. Сборка с базированием по отверстиям стыковых болтов (ОСБ)

Выше упоминалось о необходимости членения планера ЛА и в связи с этим о наличии конструктивных и эксплуатационных разъёмов и стыков[6]. К деталям, входящим в стыковые соединения, предъявляются высокие требования, так как малейшие их неточности приводят к большим доводочным работам и нарушают всю систему взаимозаменяемости деталей и нарушают точность воспроизведения аэродинамических обводов ЛА. При базировании стыковых узлов и узлов крепления оборудования к элементам планера в качестве баз используют поверхности отверстий под стыковые болты. При сборке агрегатов ОСБ в деталях совмещают с базовыми поверхностями приспособления и соединяют детали, образующие стык с элементами каркаса собираемого изделия. На рис. 17. показана сборка агрегата планера с базированием в приспособлении стыкового шпангоута (5) по ОСБ. Болты вставляются 26

в отверстия стыкового шпангоута и отверстия стапельной плиты(4), определяя тем самым его положение относительно агрегата планера (1), который базируется рубильниками (3) сборочного приспособления. После чего соединяют заклёпками стрингеры (7) и обшивку(6) со стыковым профилем.

Рис. 17. Сборка планера с базированием по ОСБ в сборочном приспособлении 1 - агрегат планера; 2 - каркас приспособления; 3 - рубильники приспособления; 4 - стапельная плита; 5 - стыковой шпангоут; 6 – обшивка; 7 – стрингер

На рис.18. показана сборка хвостовой опоры вертолёта с базированием по ОСБ при помощи фиксаторов, вставляемых в ответные стыковые узлы, установленные на каркасе приспособления. Приведенные линейные L, M, H и C и угловые размеры α обеспечиваются точностью размещения ответных базовых элементов приспособления.

3.2. Сборка с базированием по поверхности деталей и узлов в конструкции ЛА Некоторые схемы базирования [7] чаще других используются в авиационной промышленности и поэтому получили специальные названия; эти названия отражают, как правило, способ базирования основных звеньев конструктивного контура аэродинамических обводов ЛА. 27

При сборке с базированием по поверхности каркаса листы обшивки или панели базируются на предварительно собранный каркас секции. Элементы каркаса при его сборке могут базироваться различными способами.

Рис. 18. Сборка хвостовой опоры с базированием по ОСБ в приспособлении 1-стыковой узел; 2- элементы собираемого изделия; 3-ответные стыковые узлы приспособления; 4.- каркас приспособления

Сборка с базированием по наружной поверхности обшивки отличается тем, что исполнительные звенья контура аэродинамических обводов (листы обшивки или панели) базируются на рубильники сборочного приспособления; базовый контур рубильников является отражённым видом контура аэродинамических обводов агрегата. Элементы каркаса (шпангоуты, нервюры, лонжероны и т. п.) могут базироваться различными способами, однако между элементами каркаса и обшивкой панелями должны быть предусмотрены компенсаторы. Базовые элементы сборочного приспособления могут не иметь непосредственной связи с несущими элементами - каркасом приспособления, а крепиться к предварительно установленным элементам конструкции изделия. Такие базовые элементы приспособления обычно называют макетными шпангоутами, макетными нервюрами и т.п. и устанавливают по месту установки реальных элементов конструкции изделия (см. рис.19). Сборка с 28

использованием макетных элементов конструкции изделия называется сборкой с базированием по внутренней поверхности oбшивки.

Рис. 19. Применение макетных нервюр при сборке кессона крыла: 1-панель крыла; 2-лонжерон; 3.-макетная нервюра

3.2.1. Сборка в приспособлении с базированием по поверхности каркаса

При таком методе сборки обшивку (или панель) устанавливают в приспособлении на каркас планера и прижимают её к поверхности каркаса на период сборки (рис. 20). Точность контура обводов агрегата зависит от точности обводов каркаса и отклонений обшивки по толщине. Если поверхность каркаса после сборки волнистая, то это отражается и на внешних обводах обшивки. Каркас жёстче обшивки, поэтому после сборки внешние обводы обшивки повторяют контур поверхности каркаса. Технологический процесс сборки с базированием по поверхности каркаса включает выполнение следующих работ: -базирование шпангоутов 3 на ложементах 2 приспособления и закрепление их фиксаторами 4 с целью придания жесткости и неподвижности в процессе выполнения последующих операций сборки; -базирование панели 1 по базовым отверстиям (БО) в панели и двум фиксаторам 6, расположенным на рубильниках 5 приспособления; -подготовка мест сопряжения панели и шпангоутов каркаса к соединению и выполнение клёпки; -освобождение собранной конструкции от закрепления фиксаторами 4 и 6 и отвод рубильников 5; - извлечение собранного изделия из приспособления. 29

Рис.20. Сборка панели с базированием по поверхности каркаса. 1 - обшивка в сборе со стрингерами; 2 - ложементы приспособления; 3-шпангоуты каркаса; 4-элементы фиксации каркаса в приспособлении; 5-рубильники, прижимающие обшивку к каркасу; 6-элементы фиксации по БО обшивки в приспособлении (стрелками N показано направление прижима)

Базирование по поверхности каркаса, в основном, применяется при сборке непанелированных отсеков и агрегатов лёгких вертолётов, конструкций из монолитных и сборных нервюр и шпангоутов, и конструкций с сотовым заполнителем. Приспособление для сборки с базой - поверхность каркаса представляет собой пространственную конструкцию (раму), состоящую из балок, на которых смонтированы базовые элементы приспособления (рубильники, ложементы, плиты стыка) и фиксаторы для крепления деталей в сборочном положении и вилки для закрепления рубильников в рабочем положении. Точность получаемых обводов изделия (агрегата) и взаимное расположение деталей в таком приспособлении зависят от обводов базовых поверхностей каркаса изделия (агрегата) и расположения в пространстве базовых поверхностей элементов приспособления. Сборка агрегатов в таких приспособлениях имеет большое количество переходов и операций; цикл сборки в результате становится длительным. При этом методе сборки для установки заклёпок применяют пневмодрели, пневмомолотки, поддержки. 30

3.2.2. Сборка в приспособлении с базированием по внешней поверхности обшивки

При сборке с базированием по внешней поверхности обшивки обшивка (панель) прижимается внешней поверхностью обшивки к опорным поверхностям приспособления на период соединения её с каркасом. Сборка с базированием по внешней поверхности обшивки применяется в случаях сборки монолитной панели с нервюрами рамной конструкции, или панели с продольным набором имеющие в своем составе компенсирующие элементы. Пример элементов компенсации приведен на рис. 21. Рис.21.Элементы компенсации. 1-обшивка; 2-стрингер; 3-компенсатор крепления обшивки; 4-компенсатор крепления стрингера; 5-шпангоут. Кроме основных элементов в конструкцию панели входят дополнительные элементы, выполняющие более ограниченные функции. Так шпангоут 5 с обшивкой 1 соединяется не непосредственно, а через компенсатор (уголок) 3, а стрингер панели 2 соединяется со шпангоутом 5 через компенсатор (уголок) 4. Пример сборки отсека фюзеляжа в приспособлении с базированием по внешней поверхности обшивки представлен на рис. 22. Технологический процесс сборки включает выполнение следующих основных работ: -на каркас 1, установленный в приспособлении для сборки, накладываются панели 2 (с набором стрингеров и компенсаторов согласно рис.21.); -накладываются и закрепляются рубильники 3, на которые базируются панели; -к поверхности рубильников 3 панели 2 прижимаются силами N; -производится подготовка мест соединения деталей (сверление по НО в компенсаторах отверстий под заклёпки в шпангоутах каркаса 4; 31

Рис.22. Сборка отсека фюзеляжа в приспособлении с базированием по внешней поверхности обшивки. 1.-каркас отсека; 2.- обшивка в сборе со стрингерами и компенсаторами; 3-рубильники обводов наружного контура; 4.-фиксаторы каркаса по КФО. 5.-накладки крепления ложементов и шпангоутов; (N-направление усилия прижатия панели)

-выполнение соединения заклёпками компенсаторов и шпангоутов; -открытие рубильников и извлечение отсека фюзеляжа из сборочного приспособления. Приспособление для сборки с базированием по внешней поверхности обшивки представляет собой пространственную ферменную конструкцию, состоящую из балок, рубильников, ложементов, плит стыка, фиксаторов закрепления рубильников в открытом и закрытом положениях. Точность внешних обводов собираемого изделия (агрегата) в таких приспособлениях определяется точностью базовых обводообразующих поверхностей рубильников и точностью положения базовых поверхностей в пространстве. 32

3.2.3. Сборка с базированием по внутренней поверхности каркаса

При этом методе базирования панель устанавливается в сборочное положение, опираясь внутренней поверхностью на базовые поверхности сборочного приспособления или на поверхности специальных макетных нервюр (рис.23.). Собранные лонжероны 1 и 5 устанавливают по БО на фиксаторы в кронштейнах 6 и закрепляют их в сборочном приспособлении. Затем устанавливают между лонжеронами макетные нервюры 7 на технологические болты, базируя их относительно лонжеронов по СО в приклёпанных к лонжеронам профилях 9 и нервюрах 7. Между макетными нервюрами располагают вертолётные нервюры 4 с базой по СО, соединяя их с лонжеронами заклёпками. На собранный таким образом каркас устанавливают панели 2 с укрепленными компенсаторами 3. Установка панелей выполняется за два этапа – предварительный и окончательный. Предварительно одну из панелей (левую) накладывают на базовую поверхность макетных нервюр 7 и прижимают лентой 8 с усилием Q к макетным нервюрам. В таком положении панели по НО в компенсаторах 3 и вертолётных нервюрах 4 сверлят отверстия под заклёпки.

Рис.23.Схема базирования по внутренней поверхности обшивки

33

После сверления отверстий во всех установленных вертолётных нервюрах панель вынимают из приспособления, устанавливают вторую панель (правую) и сверлят по НО в компенсаторах отверстия под заклёпки в вертолётных нервюрах. После сверления отверстий соединяют заклёпками компенсаторы 3 с вертолётными нервюрами 4. Затем снимают макетные нервюры и устанавливают на их место вертолётные, базируя их на лонжеронах по СО. Вновь установленные вертолётные нервюры соединяют с лонжеронами заклёпками. Далее по НО в стрингерах сверлят отверстия под заклёпки во всех установленных вертолётных нервюрах и соединяют их заклёпками с компенсаторами. Выполнив все соединения по правой панели с каркасом, окончательно устанавливают левую панель и заклёпками соединяют установленные на ней компенсаторы с вертолётными нервюрами. После выполнения всего объёма сборочных работ кессон вынимают из приспособления. 4. Точность и технико – экономические показатели различных методов сборки При сборке одного и того же узла, панели, отсека, агрегата – для установки деталей каркаса и обшивки в сборочное положение применяют различные сборочные базы, рассмотренные выше. Во всех случаях применения при сборке изделия нескольких сборочных баз основным методом базирования считается тот, при котором формируется внешний обвод агрегата с допустимыми отклонениями, указываемыми в технических условиях на изготовление вертолета. При удовлетворении требований по точности несколькими методами базирования – выбирают метод, имеющий наилучшие технико-экономические показатели. При расчетах технологической себестоимости запускаемого в серийное изготовление вертолета определяют технико-экономические показатели: ♦ -в сфере подготовки производства; ♦ -в сфере основного производства. Технологическая себестоимость изделия рассчитывается из следующих затрат: ™ -расход металла на оснастку (G осн.);

34

™ -трудоемкость изготовления оснастки (Т осн.); ™ -себестоимость изготовления оснастки (С осн.); ™ -необходимое количество единиц сборочной оснастки(N осн). Для удобства сравнения технико-экономических показателей при различных методах базирования за 100% принимаются затраты при сборке с базой – внешняя поверхность обшивки. Наилучшие технико-экономические показатели в сфере подготовки производства при сборке узлов, панелей имеют методы базирования по СО, КФО и по внутренней поверхности обшивки. Затраты на оснастку для изготовления и сборки узлов и панелей с базированием по СО и КФО составляют 35-45% затрат соответствующих методам базирования по внешней поверхности обшивки или поверхности каркаса. Объясняется это тем, что при базировании по СО, КФО и внутренней поверхности обшивки требуется простая, менее трудоемкая и дешевая оснастка. При сборке по СО, КФО приспособления имеют меньшее количество балок, колонн, ложементов и совершенно не имеют рубильников, необходимых в приспособлениях при базировании по внешней поверхности обшивки и поверхности каркаса. При базировании по СО многие узлы и панели собираются вообще без приспособлений–на столах, верстаках или в переналаживаемых сборочных приспособлениях. Это приводит к снижению не только расхода металла на оснастку, трудоемкости и себестоимости ее изготовления, но и количества потребной для сборки оснастки. Если рассматривать технико-экономические показатели методов сборки в сфере основного производства, то при методе сборки – базирование по поверхности каркаса – себестоимость сборки выше, чем при базировании по внешней поверхности обшивки. Это связано с тем, что при базировании по поверхности каркаса уменьшается объем работ по панелированию, но значительно увеличен объем клепальных работ, выполняемых в стапелях общей сборки ручным инструментом (пневмодрели, пневмомолотки). Большой объем панелирования, выделение сборки и клепки панелей на самостоятельные участки работы, применение более совершенных сборочных приспособлений, уменьшение объема сборочно-клепальных работ при общей сборке отсеков и агрегатов – всё это повышает технико-экономические показатели в сфере основного производства.

35

а)

б) Рис.24.Диаграмма сравнительных технико - экономических показателей в % при сборке изделий авиастроения с применением различных методов базирования 1 -по наружной поверхности обшивки; 2- по поверхности каркаса; 3 - по внутренней поверхности обшивки; 4 - по сборочным отверстиям; 5 - по координатно-фиксирующим отверстиям а – в сфере подготовки производства; б - в сфере основного производства

36

Технико-экономические показатели методов базирования по СО, КФО и внутренней поверхности обшивки выше, чем при сборке с базированием по внешней поверхности обшивки и поверхности каркаса. На рис. 24 показаны сравнительные данные в сфере основного производства: ¾ -технологическая себестоимость сборки (Ст); ¾ -площадь, занимаемая технологической оснасткой (Е); ¾ продолжительность цикла сборки (Ц). При запуске изделия в серийное производство, исходя из его конструктивных особенностей, определяют общую схему сборки, проводят расчеты технико-экономических показателей по подготовке производства и по основному производству, определяя какие методы сборки применить для сборки отсеков, агрегатов и вертолета в целом. Литература 1. Бабушкин А.И. Методы сборки самолетных конструкций. М.: Машиностроение, 1985. 2. Крысин В. Н. Слоистые клееные конструкции в самолетостроении- М.: Машиностроение, 1980, 228с.. 3. Панин В.Ф. Конструкции с сотовым заполнителем. М.: Машиностроение, 1982. 4. Современные технологии авиастроения. Коллектив авторов: под ред. А.Г. Братухина, Ю.Л. Иванова. –832с. М: Машиностроение, 1999. 5. Справочник технолога-машиностроителя. Коллектив авторов: под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. В 2-тт М: Машиностроение, 1986. 6. Абибов А.М. Технология самолетостроения. М: Машиностроение, 1980. 7. Технология выполнения высокоресурсных заклепочных и болтовых соединений. М: Машиностроение, 1975. 8. Технология сборки самолётов: Учебник для студентов авиационных специальностей вузов-456с. В.И. Ершов, В.В. Павлов, М.Ф. Каширин, В.С. Хухорев. М.: Машиностроение, 1986. 9. В.В. Павлов, В.А.Медведев, В.С. Хухорев. Технология сборки самолётов и вертолетов. Т1 – Теоретические основы сборки. М., МАИ, 1993.

37