CN103528812B - 能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其构成主要包括装置机架，安装在机架上的一级拉扭载荷加载模块、二级拉扭载荷加载模块和反扭矩载荷加载模块，所述一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块的构成，均包括反向对称设置的扭矩加载油缸、与试验轴一端相固定的扭矩承载盘、对称设置的轴向力加载油缸和轴向力承载盘，扭矩加载油缸的活塞通过扭矩加载联接组件与扭矩承载盘铰联接，轴向力加载油缸的活塞通过轴向力加载联接组件作用于轴向力承载盘，轴向力承载盘与扭矩承载盘通过推力轴承轴向联接；所述反扭矩载荷加载模块的构成，包括反向对称设置的回位弹簧组件和与试验轴另一端相固定的反扭矩承载盘。

Description

能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置

技术领域

本发明涉及一种用于对转轴进行定寿的试验装置，特别是对航空发动机涡轮轴同时实施轴向力和扭矩载荷的定寿试验装置。

背景技术

涡轮轴是发动机的重要部件。飞行中承受很大的多种载荷，由于其上分布有很多容易产生涡轮轴裂纹萌生的台阶和孔等应力集中部位，飞行中涡轮轴一旦萌生裂纹就可能发生致命的断轴后果。由于在发动机试车台架上不能模拟涡轮轴在飞行中陀螺力矩和机动弯矩，因此地面试车无法对涡轮轴机动飞行载荷进行模拟，而采用空中飞行进行寿命试验成本巨大，而且危险极大。因此建造能够全面模拟涡轮轴在实际飞行状态下所承受各种载荷的试验装置，成为解决轴类故障的关键。

成都发动机（集团）有限公司研制开发的4BSQ32型发动机涡轮轴综合加载试验器，能模拟涡轮轴在机动飞行状态下所承受的各种载荷，如弯矩、扭矩、轴向力等。但是，这些载荷的施加都是单级的，即对试验轴只能施加一级载荷。目前国内同类试验器也均为单级加载试验器，不具备多级加载能力。随着科技发展，航空发动机技术日新月异，结构越来越复杂，要求试验的模拟能力越来越贴近真实状态，载荷单级加载的试验器越来越无法适应现代试验要求。比如某型发动机涡轮轴轴向力载荷及扭矩载荷均是通过两级涡轮盘传至涡轮轴，且轴向力及扭矩载荷是同时施加在涡轮轴上，采用现有技术的载荷单级加载的发动机涡轮轴试验器对其进行试验，不能够模拟涡轮轴在飞机实际飞行状态下所承受的载荷，试验中涡轮轴的受力状况明显与发动机涡轮轴实际受力状况不符，试验所得到的试验结论不具有实际指导意义，即现有技术的涡轮轴试验器已经无法满足生产实践的试验要求。因此建造能够全面模拟涡轮轴在实际飞行状态下所承受各种载荷的试验装置，已成为生产实践急需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的涡轮轴试验器存在的不足，本发明的目的旨在提供一种全新结构的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，以克服现有技术的涡轮轴试验器不能够模拟涡轮轴在飞机实际飞行状态下所承受的载荷，试验中涡轮轴的受力状况与发动机涡轮轴实际受力状况不符的问题。

本发明提供的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其构成主要包括包括装置机架，安装在机架上的一级拉扭载荷加载模块、二级拉扭载荷加载模块和反扭矩载荷加载模块，所述一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块的构成，均包括反向对称设置的扭矩加载油缸、与试验轴一端相固定的扭矩承载盘、对称设置的轴向力加载油缸和轴向力承载盘，扭矩加载油缸的活塞通过扭矩加载联接组件与扭矩承载盘铰联接，轴向力加载油缸的活塞通过轴向力加载联接组件作用于轴向力承载盘，轴向力承载盘与扭矩承载盘通过推力轴承轴向联接，其中二级拉扭载荷加载模块中的二级轴向力加载联接组件越过一级拉扭载荷加载模块中的一级轴向力承载盘和一级扭矩承载盘作用于二级轴向力承载盘；所述反扭矩载荷加载模块的构成，包括反向对称设置的回位弹簧组件和与试验轴另一端相固定的反扭矩承载盘，所述反扭矩承载盘设计有两个对称的扭臂，回位弹簧组件通过弹簧联接组件与反扭矩承载盘的扭臂铰联接。

本发明进一步的技术方案，试验装置整体设计为立式结构，一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的扭矩加载油缸、反扭矩载荷加载模块中的回位弹簧组件均为水平设置，一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的轴向力加载油缸为垂直设置。

本发明进一步的技术方案，一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的扭矩加载油缸和轴向力加载油缸、反扭矩载荷加载模块中的回位弹簧组件最好均为对称设置的一对。

本发明进一步的技术方案，试验装置最好设置有试验轴定位装置，由位于反扭矩载荷加载模块下方固定设置在装置机架上的第一支承板和位于二级拉扭载荷加载模块下方固定设置在装置机架上的第二支承板构成。

在本发明的上述技术方案中，对于一级拉扭载荷加载模块中的一级轴向力承载盘，最好设计有供二级拉扭载荷加载模块中的二级轴向力加载联接组件穿过的弧形槽孔。

在本发明的上述技术方案中，对于一级拉扭载荷加载模块的一级扭矩承载盘最好为异形盘，即为设计有与扭矩加载联接组件铰联接的扭臂和供二级拉扭载荷加载模块中的二级轴向力加载联接组件越过的结构的异形盘。

在本发明的上述技术方案中，所述拉扭载荷加载模块中的扭矩加载油缸最好均通过缸体与装置机架铰联接。

在本发明的上述技术方案中，所述扭矩承载盘和反扭矩承载盘均最好通过试验轴装配运行时的轴联接结构固定在试验轴上。

在本发明的上述技术方案中，所述反扭矩载荷加载模块中的弹簧联接组件，其联接方式最好是一端通过球铰与弹簧组件中的弹簧座联接，另一端通过轴铰与反扭矩承载盘联接。

在本发明的上述技术方案中，对于一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的轴向力加载联接组件，最好通过其与轴向力承载盘上的加载孔相匹配的加载头作用于轴向力承载盘。

本发明提供的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其所设置的一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块，使得试验装置在进行轴寿命试验过程中能同时施加两级轴向力和扭矩，且轴向力和扭矩同时作用于涡轮轴，即作用于涡轮轴上的载荷为轴向力和扭矩的复合载荷，真实地模拟了涡轮轴在发动机运行过程中的受力状况，保证了试验器上的涡轮轴具有其在发动机上运行相同的边界条件和载荷分布，试验结果代表了航空发动机涡轮轴的实际寿命，为保证飞机飞行安全提供了可靠依据。本发明提供的用于轴定寿的轴试验装置，试验功能齐全，制造组装简单，并具有操作简单，运行可靠，成本低廉的特点。

附图说明

附图1是本发明的试验装置整体结构示意图。

附图2是附图1中的局部I放大图。

附图3是附图1中的局部II放大图。

附图4是附图1中A向结构示意图。

附图5是附图1中B-B向剖视结构示意图。

附图6是附图5中C-C向剖视结构示意图。

图中，1-一级轴向力承载板；2-一级扭矩承载盘；3-二级轴向力承载盘；4-二级扭矩承载盘；5-专用螺栓；6-涡轮盘；7-推力轴承；8-调整垫板；9-加长轴向力加载头；10-轴向力加载头；11-轴向力加载联接组件；12-轴向力加载油缸；13-扭矩加载油缸；14-扭矩油缸缸体；15-反扭轴套；16-反扭矩承载盘；17-弹簧组件；18-第一支承板；19-第二支承板；20-弹簧联接组件；21-扭矩加载联接组件

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的具体实施例，并通过实施例对本发明作进一步的具体描述。有必要在此指出，下面的实施例只是用于更好地阐述本发明的工作原理及其实际应用，以便于其它领域的技术人员将本发明用于其领域的各种设施中，并根据各种特定用途的设想进行改进。尽管本发明已通过文字揭露其首选实施方案，但通过阅读这些技术文字说明可以领会其中的可优化性和可修改性，并在不偏离本发明的范围和精神上进行改进，但这样的改进应仍属于本发明权利要求的保护范围。

实施例1

本实施例的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其结构如附图1至附图6所示，所试验转轴为某型号航空发动机的涡轮轴。本试验装置的具体结构如下所述。

1、本试验装置的整体结构如附图1所示，由装置机架，安装在机架上的一级拉扭载荷加载模块、二级拉扭载荷加载模块、反扭矩载荷加载模块和试验轴定位装置构成。试验装置整体为立式结构，一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的扭矩加载油缸13、反扭矩载荷加载模块中的回位弹簧组件17均为水平设置，一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的轴向力加载油缸12为垂直设置，且一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的扭矩加载油缸和轴向力加载油缸、反扭矩载荷加载模块中的回位弹簧组件均为对称设置的一对。

2、一级拉扭载荷加载模块的构成：一级扭矩承载盘2通过涡轮盘6、调整垫板8、专用螺栓5固定安装在被试验的涡轮轴上；一级轴向力承载盘1通过推力轴承7固定安装在一级扭矩承载盘2上；两个对称固定在装置机架上的轴向力加载油缸12，分别通过各自由轴向力加载头10组成的轴向力加载联接组件11作用在一级轴向力承载盘1，轴向力加载联接组件11的另一端与轴向力加载油缸的活塞联接；反向对称设置的两个扭矩加载油缸13，分别通过各自的扭矩加载联接组件21作用于一级扭矩承载盘2，两个扭矩加载油缸13分别通过各自的油缸体14与装置机架铰联接，两个扭矩加载联接组件，一端与一级扭矩承载盘2上的两个扭臂交联接，另一端与扭矩加载油缸的活塞联接。参见附图1、附图3、附图5、附图6。

3、二级轴向力扭矩加载模块的构成：其构成与一级拉扭载荷加载模块的构成相同，二级扭矩承载盘4通过涡轮盘6、调整垫板8、专用螺栓5固定安装在被试验的涡轮轴上；二级轴向力承载盘3通过推力轴承7固定安装在二级扭矩承载盘4上；两个对称固定在装置机架上的轴向力加载油缸12，分别通过各自由轴向力加载头9组成的轴向力加载联接组件11作用在二级轴向力承载盘3，轴向力加载联接组件11的另一端与轴向力加载油缸的活塞联接，所述轴向力加载头9为长加载头，其长度为能够穿过一级轴向力承载盘上的弧形槽孔后越过一级扭矩承载盘作用于二级轴向力承载盘；反向对称设置的两个扭矩加载油缸13，分别通过各自的扭矩加载联接组件21作用于二级扭矩承载盘4，两个扭矩加载油缸13分别通过各自的油缸体14与装置机架铰联接，两个扭矩加载联接组件，一端与二级扭矩承载盘4上的两个扭臂交联接，另一端与扭矩加载油缸的活塞联接。参见附图1、附图3、附图5、附图6。

4、反扭矩载荷加载模块和试验轴定位装置构成：所述反扭矩承载盘16通过内外均加工有花键的反扭轴套15安装固定在试验轴上，设计有两个对称的扭臂，反向设置的两组回位弹簧组件17通过各自的弹簧联接组件20与反扭矩承载盘不同的扭臂铰联接，回位弹簧组件通过其一端弹簧座固定安装在装置机架上，弹簧联接组件20的一端通过球铰联接结构与回位弹簧组件的弹簧座联接，另一端通过铰轴铰联接结构与反扭矩承载盘扭臂联接。参见附图1和附图4。

5、试验轴定位装置构成：由位于反扭矩载荷加载模块下方固定设置在装置机架上的第一支承板18和位于二级拉扭载荷加载模块下方固定设置在装置机架上的第二支承板19构成，两个固定支承板设计有与试验轴相配合的定位套。

采用本发明的试验装置对发动机涡轮轴进行寿命试验的操作过程如下：将试验轴按附图1示意结构安装好后，通过调试确保试验轴及试验器状态符合试验要求。首先启动作用于一级轴向力承载盘1上的一对轴向力加载油缸12，通过适当调整平衡两油缸的输出力符合试验要求；然后启动作用于二级轴向力承载盘3上的另一对轴向力加载油缸12，调整平衡四处加载的轴向力符合试验要求。之后加载扭矩，启动扭矩加载油缸13，通过调整平衡四处加载扭矩符合试验要求；此时反扭矩承载盘16转动一个角度，弹簧组件17受迫压缩并产生弹力，通过反扭矩承载盘16和反扭轴套15对试验轴施加与一、二级扭矩反向的扭矩载荷。

Claims (10)

1.一种能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于包括装置机架，安装在机架上的一级拉扭载荷加载模块、二级拉扭载荷加载模块和反扭矩载荷加载模块，所述一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块的构成，均包括反向对称设置的扭矩加载油缸(13)、与试验轴一端相固定的扭矩承载盘、对称设置的轴向力加载油缸(12)和轴向力承载盘，扭矩加载油缸的活塞通过扭矩加载联接组件(21)与扭矩承载盘铰联接，轴向力加载油缸的活塞通过轴向力加载联接组件(11)作用于轴向力承载盘，轴向力承载盘与扭矩承载盘通过推力轴承(7)轴向联接，其中二级拉扭载荷加载模块中的轴向力加载联接组件越过一级拉扭载荷加载模块中的轴向力承载盘(1)和扭矩承载盘(2)作用于二级拉扭载荷加载模块中的轴向力承载盘(3)；所述反扭矩载荷加载模块的构成，包括反向对称设置的回位弹簧组件(17)和与试验轴另一端相固定的反扭矩承载盘(16)，所述反扭矩承载盘设计有两个对称的扭臂，回位弹簧组件通过弹簧联接组件(20)与反扭矩承载盘的扭臂铰联接。

2.根据权利要求1所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于试验装置为立式结构，一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的扭矩加载油缸、反扭矩载荷加载模块中的回位弹簧组件均为水平设置，一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的轴向力加载油缸为垂直设置。

3.根据权利要求2所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的扭矩加载油缸(13)和轴向力加载油缸(12)、反扭矩载荷加载模块中的回位弹簧组件(17)均为对称设置的一对。

4.根据权利要求3所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于试验装置设计有定位被试验轴的定位装置，由位于反扭矩载荷加载模块下方固定设置在装置机架上的第一支承板(18)和位于二级拉扭载荷加载模块下方固定设置在装置机架上的第二支承板(19)构成。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于一级拉扭载荷加载模块中的轴向力承载盘(1)设计有供二级拉扭载荷加载模块中的轴向力加载联接组件穿过的弧形槽孔。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于所述一级拉扭载荷加载模块中的扭矩承载盘为异形盘，设计有与扭矩加载联接组件铰联接的扭臂和供二级拉扭载荷加载模块中的轴向力加载联接组件越过的结构。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于拉扭载荷加载模块中的扭矩加载油缸均通过缸体与装置机架铰联接。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于所述扭矩承载盘和反扭矩承载盘均通过试验轴装配运行时的轴联接结构固定在试验轴上。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于反扭矩载荷加载模块中的弹簧联接组件，一端通过球铰与弹簧组件中的弹簧座联接，另一端通过轴铰与反扭矩承载盘联接。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的能够同时施加两级拉扭复合载荷的轴试验装置，其特征在于一级拉扭载荷加载模块和二级拉扭载荷加载模块中的轴向力加载联接组件，通过其与轴向力承载盘上的加载孔相匹配的加载头(10)作用于轴向力承载盘。