CN102922444B - 复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置 - Google Patents

Abstract

针对检测叶片振动性能时对叶片固定装夹装置的刚度、强度、接触面的形状以及自由度等的需求，本发明提出一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，包括基座、立柱和固定组件，还包括与固定组件连接的夹持组件，所述夹持组件包括支撑臂、至少两个定位螺栓和链式夹具，所述支撑臂的第一端具有固定销孔，链式夹具两端具有与固定销孔对应的销孔，链式夹具的第一端与支撑臂的第一端销接于固定销孔，链式夹具的第二端与支撑臂的第二端连接形成平面弓形结构，定位螺栓位于平面弓形结构的弓形平面内并与支撑臂垂直连接。本发明的有益效果是可以针对不同形状的叶片进行振动性能检测的快速固定装夹，且具有一定柔性装夹功能。

Description

复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置

技术领域

本发明属于振动性能检测领域，具体涉及一种叶片振动性能检测的固定装夹装置。

背景技术

目前，空气压缩机、水轮机以及燃气轮机等流体机械在工业生产中得到了广泛应用，它们被广泛应用到航空、航天以及能源等领域。叶片是流体机械中非常重要部件，通常用作传输流体介质和转换能量，工作环境恶劣：如飞机发动机中的压缩叶片在承受非常高的燃气温度的同时还进行着快速旋转。通常情况下，叶片沿着转轴圆周均匀分布。但由于生产制造和材料本身等因素影响，不可避免引起叶片偏心，导致转动部件围绕转轴的质量分布不均衡，进而引起转动轴振动甚至整机振动。特别是在高转速环境下，叶片引起的偏心力非常大，甚至会使得整机动态性能变差，产生安全隐患；同时叶片偏心力使叶片与机体连接根部产生周期性载荷，这种周期性载荷可能导致材料产生疲劳损伤，甚至断裂。因此，叶片振动性能检测已引起工程界的广泛关注。

叶片固定装夹装置是叶片振动性能检测的必备工装，其直接影响叶片振动性能分析结果。一般而言，叶片多为空间扭曲的复杂型面，具有薄壁、刚度差等特点。针对叶片装夹，目前已有许多方法或夹具，主要包括：1、叶片万能装夹工装：该工装在固定板侧部有纵向凹槽，支撑板通过该凹槽与固定板滑动连接，借助液压千斤顶推动固定板，实现工装夹紧；2、五坐标数控机床装夹固定：该方法通过修改数据程序方法实现叶片毛坯一次装夹，避免了多次装夹；3、叶片装夹式分级轮：该方法采用机械方式固定，通过叶片凹槽与夹具凹槽之间固定连接实现叶片夹紧与装拆；4、一种轴流风机叶片夹紧箍：该装置采用拉挤铝型材作为夹紧箍的基体，其上开设有安装孔，并在该基体上开设用于固定该夹紧箍的安装孔，实现叶片夹紧；5、抛丸叶片装夹机构：该机构针对叶片抛丸工艺，利用叶片旋转离心力实现叶片锁紧；而更为常用的方法是针对不同形状的叶片加工专用的夹具。同时，针对叶片装夹过程中的弹性变形问题，许多科研院所开展了叶片装夹方案设计和优化研究，通过理论分析和数值模拟进行了结构优化。上述这些叶片装夹装置或方法主要应用于叶片制造加工过程中的定位与装夹，并没有涉及振动性能检测情况下的叶片固定装夹装置。针对不同形状的叶片加工专用的夹具又使得制造成本较高，缺乏通用性。

叶片振动性能检测是非生产制造环境下进行的离线式测试分析，对外部环境例如振动、噪音以及辐射等要求较高，因此叶片振动性能检测环境明显不同叶片生产制造工况。叶片结构特点及叶片装夹工具在设计时针对该特点需要解决主要问题如下：1、由于叶片多为薄壁件，刚度差，单端固定形成悬臂式结构，这要求装夹装置具有足够的刚度和强度，避免基座的固有频率与叶片的固有频率发生混频，以保证叶片振动检测信号的正确性和可靠性；2、在固定装夹端，叶片结构形式为空间扭曲面，用于固定的接触面的结构形式较为复杂，这要求装夹装置在叶片装夹过程中不能破坏叶片的结构外形并不得接触叶片表面，即避免叶片发生变形或破损；3、为全面检测叶片振动性能，需在不同装夹状态下进行振动性能检测，这就要求叶片固定装夹装置具备一定的自由度（通常是4～6自由度），以实现高度或角度调整。

综上所述，现有技术中的叶片固定装夹装置多涉及叶片制造加工过程中的定位与装夹，并没有涉及振动性能检测情况下的叶片固定装夹装置。从以上分析可以看出，振动性能检测情况下的叶片固定装夹因环境明显不同叶片生产制造工况，对装夹装置的刚度、强度、接触面的形状以及自由度等都提出了新的要求。

发明内容

针对检测叶片振动性能时对叶片固定装夹装置的刚度、强度、接触面的形状以及自由度等的需求，本发明提出一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置。

本发明的技术方案是：一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，包括基座、立柱和固定组件，立柱为柱形，固定于基座上，固定组件套接在立柱上，其特征在于，还包括与固定组件连接的夹持组件，所述夹持组件包括支撑臂、至少两个定位螺栓和链式夹具，所述支撑臂的第一端具有固定销孔，链式夹具两端具有与固定销孔对应的销孔，链式夹具的第一端与支撑臂的第一端销接于固定销孔，链式夹具的第二端与支撑臂的第二端连接形成平面弓形结构，定位螺栓位于平面弓形结构的弓形平面内并与支撑臂垂直连接。

上述复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置还包括内橡胶垫和外橡胶垫，所述内橡胶垫安装于定位螺栓与叶片之间用于保护叶片，所述外橡胶垫安装于叶片与链式夹具之间用于保护叶片。

上述链式夹具包括N个偏心轮和N+1个连接板，N≥1，偏心轮具有一个中心孔和一个偏心孔，连接板两端具有与中心孔或偏心孔对应的销孔；第n连接板/第n偏心轮是指从所述链式夹具的一端数到另一端的第n个连接板/第n个偏心轮，1≤n≤N；所述第n偏心轮与第n连接板销接于中心孔，第n偏心轮与第n+1连接板销接于偏心孔。

本发明的有益效果：本发明的复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，通过设置偏心轮链式夹具及固定瓦组件等机构，使本发明可以针对不同形状的叶片进行振动性能检测的快速固定装夹，且具有一定柔性装夹功能。

附图说明

图1是本发明的立体结构图。

图2是本发明的另一视角下的立体结构图。

图3是本发明的偏心轮链式夹具的结构图。

图4是本发明的偏心轮及连接销的结构图。

附图标记说明：基座1、立柱2、固定组件3、前固定瓦31、后固定瓦32、高度调整螺栓33、夹持组件4、支撑臂41、固定销孔411、链式夹具42、连接板421、偏心轮422、轮体4221、中心孔4222、偏心孔4223、拨动臂4224、连接销423、定位螺栓43、角度调整螺栓44、橡胶垫45、内橡胶垫451、外橡胶垫452、叶片5。

具体实施方式

下面结合附图及实施例具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1及图2所示：一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，包括基座1、立柱2和固定组件3，立柱2为柱形，固定于基座1上，固定组件3套接在立柱2上，其特征在于，还包括与固定组件3连接的夹持组件4，所述夹持组件4包括支撑臂41、至少两个定位螺栓43和链式夹具42，所述支撑臂41的第一端具有固定销孔411，链式夹具42两端具有与固定销孔411对应的销孔，链式夹具42的第一端与支撑臂41的第一端销接于固定销孔411，链式夹具42的第二端与支撑臂41的第二端连接形成平面弓形结构，定位螺栓43位于平面弓形结构的弓形平面内并与支撑臂41垂直连接。

上述复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置还包括内橡胶垫451和外橡胶垫452，所述内橡胶垫451安装于定位螺栓43与叶片5之间用于保护叶片5，所述外橡胶垫452安装于叶片5与链式夹具42之间用于保护叶片5。

如图3所示，上述链式夹具42的一个实施例包括三个偏心轮422和四个连接板421；所述链式夹具42也可以包括N个偏心轮422和N+1个连接板421，N≥1，偏心轮422具有一个中心孔4222和一个偏心孔4223，连接板421两端具有与中心孔4222或偏心孔4223对应的销孔；第n连接板421/第n偏心轮422是指从所述链式夹具42的一端数到另一端的第n个连接板421/第n个偏心轮422，1≤n≤N；所述第n偏心轮422与第n连接板421销接于中心孔4222，第n偏心轮422与第n+1连接板421销接于偏心孔4223。连接板421和偏心轮422有多种尺寸，比如长度分别为10mm、20mm或50mm的连接板421，可以根据被测叶片形状的不同选用不同尺寸和数量的连接板421及偏心轮422组成链式夹具42。

如图4所示，上述偏心轮还具有拨动臂4224。

上述支撑臂41的第二端包含限位结构，用于限制链式夹具42的第二端的位置。所述限位结构可以是各种公知的能防止链式夹具42的第二端在支撑臂41上滑动的结构，比如说垂直于弓形平面的销孔或垂直于弓形平面的销槽或凸起等。

上述夹持组件4与固定组件3活动连接。具体可以是：支撑臂41具有一中心通孔，夹持组件4由角度调整螺栓44穿过中心通孔螺纹连接到固定组件3上固定，夹持组件4可在角度调整螺栓44松开时绕角度调整螺栓44转动，在支撑臂41与前固定瓦31接触面上还可以增设摩擦片，以增强固定效果。本领域的普通技术人员应该意识到所述通过角度调整螺栓固定夹持组件4的方式也非本发明的唯一方式，夹持组件4与固定组件3活动连接还包括其他公知的连接方式比如轴接。

上述立柱2与基座1通过焊接或铸造垂直连接为一个整体，也可以使用他公知的连接方式固定。

如图1所示，固定组件3为固定瓦，包括前固定瓦31、后固定瓦32和高度调整螺栓33，前固定瓦31与后固定瓦32通过高度调整螺栓33连接，前固定瓦31与后固定瓦32组成的内表面与立柱2外表面吻合，可被套接在立柱2上，固定组件3可在高度调整螺栓33松开时沿立柱2滑动和绕立柱2转动。根据本发明的方案，本领域的普通技术人员应该意识到所述固定瓦并非本发明的唯一方案，还可以选用其他公知的固定方式比如一体式的固定夹来替代本发明中的固定瓦，以实现本发明装置的功能，其仍然属于本发明的保护范围。

定位螺栓43与支撑臂41也可以有多种连接方式，其目的是实现定位螺栓43相对于支撑臂41在所述限定条件下可调，比如支撑臂41上设有与定位螺栓43对应的螺纹孔，定位螺栓43与支撑臂41螺纹连接于螺纹孔，根据本发明的方案，定位螺栓43包括尺寸不同的多个系列，并可以选择安装到本发明装置上的定位螺栓43的数量。

上述立柱2垂直固定到基座1上。

根据本发明的技术方案，针对不同的叶片凹曲面形状，可通过调整定位螺栓数、调整各定位螺栓栓进深度、更换不同尺寸的偏心轮链式夹具42和增加/减少偏心轮等多种途径实现对叶片的有效固定，并可通过调节固定瓦高度、固定瓦水平角度以及支撑臂41角度等参数实现对叶片振动性能进行有效检测。

上述部分组件的功能如下：支撑臂41主要用于固定链式夹具42及与固定组件3连接；定位螺栓43用于对不同形状的叶片进行法向定位；链式夹具42用于夹紧叶片5；高度调整螺栓33用于调整固定瓦的高度；角度调整螺栓44用于调整支撑臂41的角度；固定销用于使链式夹具42与支撑臂41销接，使链式夹具42仅能围绕固定销旋转，活动销可自由插拔，可实现链式夹具42与支撑臂41的打开和闭合；前固定瓦31和后固定瓦32用于固定支撑臂41并通过高度调整螺栓33实现高度和水平角度调整。前固定瓦31设有螺纹孔，支撑臂41通过角度调整螺栓44固定在前固定瓦31上；支撑臂41设有多个螺纹孔，用于与定位螺栓43螺纹连接，针对不同形状叶片，通过调整各定位螺栓43的栓进深度至与叶片表面接触而实现定位。

本发明的上述实施例的装置的使用方法如下：

1、松动高度调整螺栓33，根据叶片5高度尺寸调整前/后固定瓦的高度，同时根据试验需求转动前/后固定瓦，实现水平方向角度调整，待竖直高度和水平角度调整好后，拧紧高度调整螺栓33，将前/后固定瓦固定在立柱2上。补充说明：可通过移动基座1调整装置的水平位置。2、松动角度调整螺栓44，根据叶片5测试需求转动支撑臂41，实现竖直方向上的角度调整，待竖直方向上的角度调整好后，拧紧角度调整螺栓44，将支撑臂41与前固定瓦31固定连接，从而实现支撑臂41的固定。为保证支撑臂41与前固定瓦31之间固定的可靠性，在两者接触面之间可增加摩擦片，增强固定效果。3、拔出链式夹具42的活动销，使得链式夹具42可以围绕固定销自由旋转，根据叶片5实际宽度，调整偏心轮422和连接板421的数目及尺寸，以使叶片5能被有效固定。4、将叶片5靠在支撑臂41上，调整各定位螺栓43，实现叶片5凹曲面与定位螺栓43初步接触（完成定位螺栓43调整）。然后，将内橡胶垫451放置在叶片凹曲面与定位螺栓43之间，并进一步调整各定位螺栓43，实现各定位螺栓43与叶片5凹曲面的可靠全面接触。若叶片凹曲面曲率过大，使得定位螺栓43与其接触面较小，可增加橡胶垫或改用厚橡胶垫，以增强接触效果。5、在叶片5凸曲面上放置外橡胶垫452，转动链式夹具42，将各偏心轮422与叶片5凸曲面相接触，通过活动销将链式夹具42连接在支撑臂41上(如图1所示的连接状态)，转动拨动臂4224使链式夹具42锁紧，若偏心轮422与叶片5凸曲面间锁紧程度不足，可再添加外橡胶垫452。6、检查叶片5夹紧程度，若全部偏心轮422的轮体4221连接的拨动臂4224都已压下，仍不满足锁紧要求，则通过拧紧定位螺栓43进一步调整锁紧力以达到锁紧要求。7、当拆卸叶片5时，拧松定位螺栓43或松动偏心轮422即可。

通过上述步骤可知，本发明的装置可简单、快速地实现叶片夹紧固定和拆卸，并且能满足不同型面叶片的固定装夹需求。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，包括基座、立柱和固定组件，立柱为柱形，固定于基座上，固定组件套接在立柱上，其特征在于，还包括与固定组件连接的夹持组件，所述夹持组件包括支撑臂、至少两个定位螺栓和链式夹具，所述支撑臂的第一端具有固定销孔，链式夹具两端具有与固定销孔对应的销孔，链式夹具的第一端与支撑臂的第一端销接于固定销孔，链式夹具的第二端与支撑臂的第二端连接形成平面弓形结构，定位螺栓位于平面弓形结构的弓形平面内并与支撑臂垂直连接。

2.根据权利要求1所述的一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，所述复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置还包括内橡胶垫和外橡胶垫，所述内橡胶垫安装于定位螺栓与叶片之间用于保护叶片，所述外橡胶垫安装于叶片与链式夹具之间用于保护叶片。

3.根据权利要求1所述的一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，所述链式夹具包括N个偏心轮和N+1个连接板，N≥1，偏心轮具有一个中心孔和一个偏心孔，连接板两端具有与中心孔或偏心孔对应的销孔；第n连接板/第n偏心轮是指从所述链式夹具的一端数到另一端的第n个连接板/第n个偏心轮，1≤n≤N；所述第n偏心轮与第n连接板销接于中心孔，第n偏心轮与第n+1连接板销接于偏心孔。

4.根据权利要求3所述的一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，所述偏心轮具有拨动臂。

5.根据权利要求1所述的一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，所述支撑臂的第二端包含限位结构，用于限制链式夹具的第二端的位置。

6.根据权利要求1所述的一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，所述夹持组件与固定组件活动连接。

7.根据权利要求1所述的一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，所述支撑臂上设有与定位螺栓对应的螺纹孔，定位螺栓与支撑臂螺纹连接于螺纹孔。

8.根据权利要求1所述的一种复杂型面叶片振动性能检测固定装夹装置，所述固定组件为固定瓦，包括前固定瓦、后固定瓦和高度调整螺栓，前固定瓦与后固定瓦通过高度调整螺栓连接，前固定瓦与后固定瓦组成的内表面与立柱外表面吻合，可被套接在立柱上，固定组件可在高度调整螺栓松开时沿立柱滑动和绕立柱转动。