新型吸油试验台的设计制造*

马雁岭

(新航集团机械制造厂，河南新乡453002)

散热器类产品为某厂重要的支柱产品，其主要作用是冷却飞机发动机滑油系统，是发动机的重要部件，产品的质量保证也就尤其关键。散热器三维旋转状态时的性能测试，是对其质量的重点检验。此项试验主要是模拟飞机在空中进行侧滚翻、翻筋斗等高难度动作时该产品的工作状况，能否满足使用要求，保证飞机发动机相应油路的畅通，将直接影响到飞机及飞行员的安全。做好此项试验，相关设备须能提供必要的基础保证。

完成此项性能试验的原试验台，主要由试验台体及迥转机构两部分组成，产品固定在迥转机构上，进出接口分别用两条橡胶软管与台体相连。试验时，由油泵提供滑油进行循环，产品在迥转机构中分别绕X、Y坐标轴进行正反两个方向的旋转。其中大多数工作由人工手动完成。

由于橡胶软管与台体及产品的联接方式为航标接头(HB4－XX－76)，利用螺纹锁紧，密封形式为锥面密封。试验过程中，软管一端接头不动，另一端接头随产品一起转动，极易造成软管缠绕、扭曲，以致形成管路断油。而这一现象对于产品来说，是绝对禁止的。为减少此现象的影响，往往是操作人员一边控制各种开关、按钮，一边小心翼翼地照顾橡胶软管。但结果却是事倍功半，效果不佳。此难题一直困扰着散热器类产品的性能判定，也为以后产品使用过程有关问题的处理埋下极大隐患。由于试验结果存在一定的不确定性，曾使某厂背负过产品不合格造成质量事故的罪名。因此该问题的解决刻不容缓。另外，由于迥转机构用手动操作，面对重达30kg的产品，旋转起来十分吃力。而旋转速度又是通过秒表，由操作人员的感官来掌握。控制方式落后，精确度难以保证。

再者，原试验台是上世纪70年代制造，设备严重老化，维修困难。生产效率低下，难以满足批量试验要求，成为该类产品扩大生产的瓶颈。

鉴于以上情况，我们进行了新型“吸油试验台”的设计与制造，以消除旋转过程中软管缠绕现象，同时实现旋转动作的自动化控制，提高控制精度，降低操作人员劳动强度，提高生产效率。

由于此课题较为新颖，可供参考的原有设计图纸较少。因此，我们通过大量的调查研究，查阅许多相关资料，结合多年从事非标设计制造的经验，进行了大胆的创新。主要表现在以下几方面:

1 独创双通路旋转接头，消除软管缠绕

分析原设备软管缠绕的原因有两点:一是接头两端分别与动静不同的载体连接，而且又是旋转运动;二是两根软管接头没有共同的旋转轴，即使接头采用常见的旋转式管接头(接头两部分既能相对转动，又能保证密封)也不能解决问题。参考旋转式管接头［1］的原理，结合液压用O形橡胶密封圈［2］的结构形式，设计出如图1所示的双通路旋转接头。

图1 旋转接头结构图

其中1为转动部分，右端有A、B两环槽，分别与芯体的C、D两通道相连形成AC、BD两条油路，中部侧面是与通道相连的两径向螺纹孔，左端为与其他转动体联接的轴;2为固定部分，其侧面加工有两径向螺纹孔，与A、B环槽对应布置;3为O形密封圈，4为定位弹性卡圈。由此可见，两部分在相对转动过程中，其上的螺纹孔始终通过AC、BD两条油路连通，将它们分别与试验台体和迥转机构上的产品相连，就能实现相应软管的无缠绕旋转。将这一创新技术分别应用于X、Y轴(图2中分别为3#大齿轮中心和5#轴)两个方向，根据运动叠加原理则能巧妙地实现三维立体方向的软管无缠绕旋转。

2 结构紧凑，巧妙避免干涉

图2 传动结构图

为使X、Y轴两个方向的旋转能独立运行，需要两套蜗轮蜗杆传动［3］装置，新设计的迥转机构将它们巧妙布局，虽然传动系统复杂，但是结构十分紧凑，如图2所示。1#件为夹板，它由前后两块组成，3#大齿轮由2#滚轮支撑、定位于其中，产品通过专用夹具安装在大齿轮上。6#套筒既是5#蜗杆轴的支撑，又是7#蜗轮与1#件夹板之间的传动轴。为减小结构尺寸，多处采用轴套代替轴承。

X轴方向传动路线为:动力由5#蜗杆轴输入，经8#蜗轮、9#齿轮、10#齿轮，带动3#大齿轮旋转。

Y轴方向传动路线为:动力由4#蜗杆轴输入，经7#蜗轮、6#套筒，带动1#夹板及其中的3#大齿轮旋转。

以上两路动力均采用电动机带动减速器输入。

在1#夹板旋转过程中，蜗轮蜗杆始终处于啮合状态，将带动5#轴旋转，而5#轴是动力轴，又由于减速机的不可逆性，从而产生两系统间的干涉。为此，将电磁离合器安装于5#轴与减速机之间，在1#夹板旋转将动力脱开，完美解决两传动系统间的干涉问题。

3 应用新技术，提高技术含量

在动力上选用空心轴减速机［4］，既能减小结构尺寸，又能降低机械加工成本。旋转速度的调节采用变频调速器［5］技术，一方面控制精度大大提高，一方面调节幅度变宽，可在0.5～20转/分可调，使设备的应用前景更加广阔。

4 通用代特殊，节约成本

选用普通的内齿轮转子泵代替专用旋片泵，单台泵的采购成本由原来的七千多元降至两千多元，不但减小采购难度，而且降低成本。

5 芯轴定位，保证设备精度

图2中1#夹板是旋转装置中的关键部件，由于尺寸过大，我厂的机加工设备又不能满足，两端夹套的轴孔难以保证同轴度，造成装配后转动困难。为解决此问题采用芯轴定位技术:将两端夹套的定位孔加工出一定的余量，通过芯轴将两者的同轴度调整到合适范围后，再利用销轴等组合方式进行固定，经过多次精心调试，终于使该机构转动自如。

该设备的研制成功，取得的经济效益及间接效益都十分可观的，主要表现在以下几个方面:

1)该设备中的“双通路旋转接头”技术，彻底解决困扰我厂多年的散热器产品试验时“软管缠绕导致油路断油”问题，可完全消除试验结果中的不确定性，解决生产中的关键问题，意义深远。

2)该设备中用两台普通的NYP0.78型内齿轮转子泵代替两台专用旋片式油泵，此泵每台价值仅两千多元，而原有油泵却超过7千余元。仅此一项，即可降低设备成本万余元。

3)该设备利用各种电气元件的有机结合组成电气控制系统，实现产品的自动旋转和翻转，与手动操作相比，提高生产效率3～5倍，控制精度提高了1%～2%，操作人员劳动强度大大降低。

4)该设备中用铸铁材料替代锡青铜ZCuSn10P1［6］，前者价格只有后者的十分之一，大大节约了成本。

［1］岑军健，等.非标准设备设计手册(第3册)［M］.北京:国防工业出版社，1980.

［2］联合编写组.机械设计手册(上册)［M］.北京:化学工业出版社，1987.

［3］张世民.机械原理［M］.北京:中央广播电视大学出版社，1993.

［4］成大先.机械设计手册(第2册)［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［5］辛一行.现代机械设备设计手册［M］.北京:机械工业出版社，1996.

［6］夏恭忱.中国航空材料手册(第4卷)［M］.北京:中国标准出版社，1989.