CN104330317B - 一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台 - Google Patents
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Abstract
一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台，包括电机，电机连接在底座上，电机输出轴和轴套连接，摆杆连接在轴套上，支座和电机、摆杆之间留有空隙，钢丝两端分别与活节螺栓的头部和支座上部中间位置的孔相连，活节螺栓尾部固定在振动器上的靠近电机的一侧，叶片安装在振动器的上部，电机做功输出扭矩和转速，带动轴套两端的摆杆一起转动，从而使摆杆敲击钢丝产生与输入功率以及转速相关的一定大小和频率的激振力，此激振力经过活节螺栓传到激振器，实现叶片和叶片榫槽座的振动，另一方面，产生与弹簧钢度成正比的阻尼力，从而控制激振器在相应自由度上的高周激振力的振幅和频率，本发明实现对激振力的振幅和频率的可控，通用性较好。
Description
技术领域
本发明涉及一种疲劳试验平台，具体涉及一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台。
背景技术
涡轮叶片的疲劳试验平台广泛应用在航天航空等领域，实现对重型燃汽轮机叶片疲劳寿命的预测、评估和设计，消除对飞行的危害。目前涡轮叶片的疲劳试验平台主要是高低周复合疲劳试验台，叶片夹具设计比较复杂，成本较高，灵活性较低，对单一的高周疲劳试验的适应性差。以往叶片夹具均采用贴合设计，对于叶片不具有通用性，而且振动控制方向单一，由于航空航天技术的发展，对高周疲劳寿命的预测，不仅有较好通用性的要求，而且对高周疲劳载荷提出了较高准确度的要求。推力轴承和支架简化了叶片夹具的设计，也方便实验榫槽第一榫齿处的寿命。通过调节摆杆的长度、拉伸弹簧的刚度和活节螺栓的长度，就能很好地调节振幅以及激振力的大小。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台，实现对激振力的振幅和频率的可控，通用性较好。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台，包括电机1，电机1通过螺栓组10连接在底座11一端的正中央位置，电机1输出轴通过键3和轴套4连接，摆杆5通过螺纹对称安装在轴套4上，支座2连接在电机1和摆杆5之间的底座11上，并和电机1、摆杆5之间留有空隙，钢丝6两端分别与活节螺栓7的头部和支座2上部中间位置的孔相连，活节螺栓7尾部固定在振动器9上的靠近电机1的一侧，振动器9通过螺栓组10连接在底座11的另一端中央，叶片8安装在振动器9的上部。
所述的振动器9包括放置叶片8的叶片榫槽座12，叶片榫槽座12通过螺栓组10和上支座13相连，上支座13通过活节螺栓7、拉伸弹簧14和下支座15连接，下轴承座18通过支架19以及螺栓20连接在下支座15之上的凹槽中，上轴承座17位于上支座13下部的凹槽中，滚珠16在轴向方向与上轴承座17和下轴承座18相连，滚珠16在周向和径向方向上与支架19相连接。
所述叶片榫槽座12是根据相应的叶片隼部和对应的镍基合金材料配做。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、电机1可根据实际需要选用不同规格，也可以配用一个电机调速器，可自由调整电机输出的扭矩和转速，从而改变输入到振动器9的激振力的大小。
2、通过活节螺栓7调整钢丝6的刚度，以及调节摆杆5与钢丝6的接触长度，可以很好地将电机1的功率转化为振动器9的激振力。
3、上轴承座17、滚珠16和下轴承座18均为推力轴承标准件，易于选用和更换，激振力在此处转换为振动器9的高周振动。可通过更换螺栓20，限定上轴承座17的振动幅度，即可限制激振力的最大的振幅在某一值。
4、叶片榫槽座12可根据叶片8的隼部结构设计加工，更换方便，省去了复杂的叶片贴合式的夹具，通用性较好。
5、可将拉伸弹簧14更换为刚度和长度不同的其他类型拉伸弹簧，选用简单，即可改变对激振力施加的阻尼力的大小，实现对激振力的振幅和频率的可控。
附图说明
图1为本发明涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台的结构示意图。
图2为本发明振动器9的结构示意图。
图3为本发明中用于连接电机1和摆杆5的轴套4的结构示意图。
图4为本发明摆杆5的结构示意图。
图5为本发明中用于固定钢丝的支座2的结构示意图。
图6为本发明中用来固定叶片8的叶片榫槽座12的结构示意图。
图7为本发明中用于连接上轴承座17并用来固定叶片榫槽座12的上支座13的结构示意图。
图8为本发明中用来连接上支座13和下支座15的轴承的结构示意图。
图9为本发明中用来固定滚珠16和下轴承座18的支架19的结构示意图。
图10为本发明中用于固定下轴承座18的下支座15的结构示意图。
图11为本发明中用来固定振动器9、电机1和支座2的底座11的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台，包括电机1，电机1通过螺栓组10连接在底座11一端的正中央位置，电机1输出轴通过键3和轴套4连接，摆杆5通过螺纹对称安装在轴套4上，支座2连接在电机1和摆杆5之间的底座11上，并和电机1、摆杆5之间留有空隙，钢丝6两端分别与活节螺栓7的头部和支座2上部中间位置的孔相连，活节螺栓7尾部固定在振动器9上的靠近电机1的一侧，振动器9通过螺栓组10连接在底座11的另一端中央，叶片8安装在振动器9的上部。
如图2所示，所述的振动器9包括放置叶片8的叶片榫槽座12，叶片榫槽座12通过螺栓组10和上支座13相连，上支座13通过活节螺栓7、拉伸弹簧14和下支座15连接，下轴承座18通过支架19以及螺栓20连接在下支座15之上的凹槽中，上轴承座17位于上支座13下部的凹槽中，滚珠16在轴向方向与上轴承座17和下轴承座18相连，滚珠16在周向和径向方向上与支架19相连接。
所述叶片榫槽座12是根据相应的叶片隼部和对应的镍基合金材料配做，易于更换。
如图3所示，轴套4的键槽与电机1的输出轴通过与键3的过盈配合连接，同时轴套4的对称的凸台上的螺纹孔与摆杆5通过螺纹连接，输出电机1的扭矩。
如图4所示，摆杆5通过其一端的螺纹与轴套4相连接，另一端为半球状与钢丝6接触，将扭矩转化为激振力输入到钢丝6中，并且摆杆5有不同长度和直径，通过调节螺纹旋合长度和选用不同长度的摆杆5可调节激振力的大小。
如图5所示，支座2底部对称分布的螺栓孔，通过螺栓组10与底座11相连，支座2顶部的孔用于连接钢丝6，输入电机的激振力，调节与其相连的钢丝6的刚度即可调节激振力的大小，同时，可调节拉伸弹簧14的刚度和活节螺栓7的长度协同调节激振力的大小和频率。
如图6所示，叶片榫槽座12上部为与叶片隼部对应的榫槽，下部圆形座对称均布着螺栓孔，与上支座13通过螺栓组10相连。
如图7所示，上支座13的上部圆盘上周向均布着与活节螺栓7连接的螺纹孔和与螺栓组10相连的螺栓孔，上支座13的上部圆盘侧面为带螺纹孔的平台，与活节螺栓7相连，上支座13的下部圆盘端面对称分布螺纹孔，上支座13的下部圆盘凹槽深度比上轴承座厚度小，凹槽底面上对称分布螺纹孔，用于拆卸上轴承座17。
如图8所示，上轴承座17由上支座13的下端凹槽固定，其下端与滚珠16相连，下轴承座18由下支座15的上端凹槽固定，其上端与滚珠16相连，下轴承座18的上端由支架19通过螺栓20与下支座15相连而固定。滚珠16的周向和径向方向由支架19约束，其轴向方向由上支座13和下支座15约束。
如图9所示，支架19的对称分布的圆孔用于限定滚珠16的周向和径向位置，圆孔与滚珠16间留有间隙，下侧是对称均布的凸台，凸台上开有螺栓孔，通过螺栓20连接下支座15，将下轴承座18固定在下支座15的凹槽内。
如图10所示，下支座15的上端圆盘凹槽的深度比下轴承座18的厚度小，圆盘外端面对称均布的螺纹孔，用于固定下轴承座18，凹槽内对称分布的螺纹孔用于拆卸下轴承座18，凹槽用于在径向和轴向约束下轴承座18，此下支座15的下端圆盘对称分布螺栓孔和螺纹孔。
如图11所示，底座11的左侧有对称均布圆形的螺栓孔和较大的圆孔，通过螺栓组10与振动器9连接，中间的方形通孔为摆杆5的预留空间，方形通孔的两侧为对称均布方形的螺栓孔，通过螺栓组10与支座2相连，底座11的右侧为对称均布方形的螺栓孔，通过螺栓组10与电机1相连接。
本发明的工作原理为：
电机1做功输出扭矩和转速，通过键3带动轴套4转动，位于轴套4上两端的摆杆5一起转动，从而使摆杆5敲击钢丝6产生与输入功率以及转速相关的一定大小和频率的激振力，此激振力经过活节螺栓7传到振动器9，由上支座13传入上轴承座17，在滚珠16处激振力转化为振动器9的单向往复振动，实现叶片8和叶片榫槽座12的振动。另一方面，经过活节螺栓7传到振动器9的激振力，由上支座13经过活节螺栓7，传入拉伸弹簧14上，产生与弹簧刚度成正比的阻尼力，从而控制振动器在相应自由度上的高周激振力的振幅和频率，此控制相当于改变了平台的阻尼，实现高周激振力的可控，从而达到实现涡轮叶片的复合疲劳试验的目的。
Claims (3)
1.一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台，包括电机(1)，其特征在于：电机(1)通过螺栓组(10)连接在底座(11)一端的正中央位置，电机(1)输出轴通过键(3)和轴套(4)连接，摆杆(5)通过螺纹对称安装在轴套(4)上，支座(2)连接在电机(1)和摆杆(5)之间的底座(11)上，并和电机(1)、摆杆(5)之间留有空隙，钢丝(6)两端分别与活节螺栓(7)的头部和支座(2)上部中间位置的孔相连，活节螺栓(7)尾部固定在振动器(9)上的靠近电机(1)的一侧，振动器(9)通过螺栓组(10)连接在底座(11)的另一端中央，叶片(8)安装在振动器(9)的上部。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台，其特征在于：所述的振动器(9)包括放置叶片(8)的叶片榫槽座(12)，叶片榫槽座(12)通过螺栓组(10)和上支座(13)相连，上支座(13)通过活节螺栓(7)、拉伸弹簧(14)和下支座(15)连接，下轴承座(18)通过支架(19)以及螺栓(20)连接在下支座(15)之上的凹槽中，上轴承座(17)位于上支座(13)下部的凹槽中，滚珠(16)在轴向方向与上轴承座(17)和下轴承座(18)相连，滚珠(16)在周向和径向方向上与支架(19)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮叶片的高温高周复合疲劳试验平台，其特征在于：所述叶片榫槽座(12)是根据相应的叶片隼部和对应的镍基合金材料配做。
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