CN105136443B - 一种叶片扭转试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片扭转试验装置，涉及航空发动机技术领域。所述叶片扭转试验装置包含固定立柱、连杆、扭转夹头、旋转导轨及激光笔，其中，固定立柱的一端与载荷通道控制试验机连接，另一端用于固定叶片；扭转夹头的一端用于夹紧叶片，另一端设置有两个滚轮；旋转导轨的一端用于和载荷通道控制试验机连接，另一端设置有两个弧形导轨；连杆的一端支撑固定立柱，另一端与扭转夹头的用于夹紧叶片的一端连接，扭转夹头的另一端的滚轮置于旋转导轨的弧形导轨上，激光笔安装在扭转夹头上滚轮所在端的侧壁上。本发明有益之处在于：整个试验装置为纯机械结构，可适用于高温环境下，旋转导轨的轴向移动通过弧形导轨转换为扭转夹头的转动，可实现叶片小扭角的精确控制。

Description

一种叶片扭转试验装置

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种叶片扭转试验装置。

背景技术

航空发动机叶片因安装预扭力及气流作用在工作中承受扭转载荷，为研究扭角及扭矩在高温长时工作过程中对叶片尺寸、组织以及力学性能的影响，需开展高温及实际工况条件下的扭转疲劳、扭转蠕变等试验项目。

叶片扭转工况特点为：高温环境、扭角范围小，对控制精度要求高。常规的材料扭转试验机采用扭转计进行角度的监测及控制，此方法只适用于规则形状的标准试样，且不能在高温下使用。对于如发动机叶片累异型试样及零部件没有有效的测量手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种叶片扭转试验装置，以解决背景技术中所存在的至少一处的问题。

本发明的技术方案是：提供一种叶片扭转试验装置，包含固定立柱、连杆、扭转夹头、旋转导轨、轴承组件及激光笔，其中，所述固定立柱包含有固定杆、固定夹头及顶杆，所述固定杆外形为圆柱形，所述固定杆的一端与载荷通道控制试验机连接，另一端中心设置有螺纹沉孔；所述固定夹头的一端设置有与叶片榫头相配合的容腔，另一端设置有同轴的通孔和外螺纹；所述顶杆置于所述固定夹头的通孔内，所述固定夹头的外螺纹与所述固定杆一端的螺纹沉孔连接；所述扭转夹头的一端用于夹紧叶片，另一端设置有两个滚轮，且两个滚轮对称设置；所述旋转导轨的一端设置有外螺纹，用于和载荷通道控制试验机连接，另一端设置有两个圆弧形耳片，耳片中心设置有直角三角形通孔，且两个耳片对称布置，两个耳片为同一个圆环上的一部分，所述直角三角形通孔的斜边为弧形导轨；所述轴承组件包含轴承及轴承套，所述轴承置于所述轴承套内；所述固定立柱穿过所述轴承的内孔，所述轴承套与所述连杆的一端连接，所述连杆的另一端与所述扭转夹头的用于夹紧叶片的一端连接，所述扭转夹头的另一端的滚轮置于所述旋转导轨的弧形导轨上，所述激光笔安装在所述扭转夹头上的滚轮所在端的侧壁上。

优选地，所述扭转夹头用于夹紧叶片的一端设置有两个耳片，且两个耳片对称布置，两个耳片上分别通过调节螺杆连接有夹紧块。

优选地，所述扭转夹头上与两个耳片相对的另一端设置为圆柱杆，且在所述圆柱杆的远离耳片的一端圆周方向相隔180度径向相对设置有两个滚轮安装轴，每个所述滚轮安装轴的端部安装有一个滚轮。

优选地，所述轴承套包含两个半圆环，两个半圆环形成一个整圆，且半圆环的两端设置有连接耳片。

优选地，所述固定夹头上设置有容腔的一端设置为四方头，在两个相对的平面上开有开口的方形容腔，开口端为远离固定夹头的另一端的端面，开口端对称设置有凸起，所述凸起用于限制被夹叶片榫头。

优选地，所述顶杆为实心圆柱杆，且两端端面平行。

优选地，所述轴承选用角接触球轴承，轴承的数量为两件，相应轴承套的数量为两件。

优选地，所述连杆的两端分别通过螺栓与所述轴承套和扭转夹头连接。

优选地，所述连杆的与所述轴承套连接的一端螺栓孔设置为长条孔，方便调节轴承套的位置。

本发明的有益效果：整个试验装置为纯机械结构，可适用于高温环境下，旋转导轨的轴向移动通过弧形导轨转换为扭转夹头的转动，可实现叶片小扭角的精确控制。

附图说明

图1是本发明的叶片扭转试验装置的结构示意图；

图2是图1所示的叶片扭转装置的的另一方向示意图；

图3是图1所示的叶片扭转试验装置的滚轮受力分析图。

其中：1-固定立柱，2-连杆，3-扭转夹头，4-旋转导轨，5-轴承组件，6-激光笔，11-固定杆，12-固定夹头，13-顶杆，31-调节螺杆，32-夹紧块，33-滚轮，34-滚轮安装轴，51-轴承，52-轴承套。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至图3所示，一种叶片扭转试验装置，包含固定立柱1、连杆2、扭转夹头3、旋转导轨4、轴承组件5及激光笔6。

固定立柱1包含固定杆11、固定夹头12及顶杆13。其中，固定杆11的外形为圆柱形，一端设置有外螺纹，并通过螺纹与载荷通道控制试验机连接；固定杆11的另一端的中心设置有螺纹沉孔，螺纹沉孔用于连接固定夹头12。

固定夹头12的一端设置有四方头，另一端设置圆柱形连接头。在四方头的两个相对的平面上开有开口的方形容腔，开口端为远离圆柱形连接头的另一端的端面，方形容腔开口端对称设置有凸起，凸起用于限制被夹叶片榫头。固定夹头另一端的圆柱形连接头外圆设置有螺纹，端面中心设置有圆柱形通孔，圆柱形通孔与外螺纹同轴，通孔从圆柱形连接头的端面延伸至另一端的容腔内部。

顶杆13设置为圆柱形实心杆，且顶杆13两端的端面平行。

固定夹头12的一端的圆柱形连接头通过螺纹与固定杆11一端的螺纹沉孔连接，顶杆13置于固定夹头12上的圆柱形通孔内，被夹叶片榫头置于固定夹头12一端的容腔内，通过旋转固定夹头12，固定夹头12向固定杆11的沉孔内部旋进，顶杆13向固定夹头12的容腔内伸出，由于被夹叶片榫头在容腔的开口端被凸起限制移动，叶片榫头被顶杆13压紧。

扭转夹头3一端设置有两个耳片，且两个耳片对称设置，两个耳片上通过调节螺杆31连接有夹紧块32，通过调节螺杆31可以夹紧叶片。

扭转夹头3的另一端设置为圆柱杆，且在所述圆柱杆的远离耳片的一端圆周方向相隔180度径向相对设置有两个滚轮安装轴34，每个所述滚轮安装轴34的端部安装有一个滚轮33。

旋转导轨4的一端设置有外螺纹，外螺纹用于连接载荷通道控制试验机；另一端设置有两个圆弧形耳片，耳片中心设置有直角三角形通孔，且两个耳片对称布置，两个耳片为同一个圆环上的一部分。所述直角三角形通孔的斜边为弧形导轨，滚轮33置于弧形导轨上。

轴承组件5包含轴承轴承51及轴承套52，轴承51置于轴承套52的内部。

轴承51选用角接触球轴承，轴承51的数量为两件，且对称安装，相应轴承套52的数量也设置为两件。

轴承套52包含两个半圆环，两个半圆环形成一个整圆，且半圆环的两端设置有连接耳片，连接耳片通过螺栓与连杆2固定连接。

连杆2的与轴承套52连接的一端螺栓孔设置为长条孔，其优点在于：方便调节轴承套52的位置。

固定立柱1穿过轴承51的内孔，轴承套52与连杆2的一端通过螺栓连接，连杆2的另一端与扭转夹头3的用于夹紧叶片的一端通过螺栓连接，扭转夹头3的另一端的滚轮33置于旋转导轨4的弧形导轨上，激光笔6安装在扭转夹头3上的滚轮33所在端的侧壁上。

试验过程中，首先将叶片榫头安装在固定夹头12的一端的容腔内，调整叶片的中心轴位置，旋转固定夹头12，使顶杆13将叶片榫头压紧。然后调整扭转夹头3上的调节螺杆31，使夹紧块32与叶冠两平行面紧密贴合。

将叶片扭转试验装置置于高温炉内加热至目标温度并保温。加热前将轴承套52与连杆2之间的连接螺栓松开，避免加热过程中叶片扭转试验装置与叶片变形不协调而导致叶片承受附加的载荷。开始试验前，将螺栓旋紧，试验过程中叶片仅承受扭矩，而不承受轴向力。

用载荷通道控制试验机对旋转导轨4施加微小拉力使滚轮33与弧形导轨充分接触并消除系统间隙，以此处作为载荷及角度基准点。

当旋转导轨4随试验机作动器向下运动，滚轮33延弧形导轨轴向运动，带动扭转夹头及叶冠转动。可按照角度控制和扭矩控制两种控制方法完成叶片的高温扭转、扭转蠕变及扭转疲劳试验。

角度控制：

当控制试验机位移以基准点为基础变化距离时，激光笔在距叶片轴心R处的标尺上投射光斑位置移动距离为L，则扭转量较小时叶冠扭角可近似为α＝arctan(L/R)，可根据此关系通过观测光斑位置监测α，也可依次建立S-α关系并通过试验机位移控制α。

扭矩控制：

两滚轮之间的距离为2r，弧形导轨工作面与水平面所呈角度为β。当试验机施加拉力载荷F时，叶片扭矩为N＝Frtanβ(如图3所示)。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种叶片扭转试验装置，其特征在于：包含固定立柱(1)、连杆(2)、扭转夹头(3)、旋转导轨(4)、轴承组件(5)及激光笔(6)，其中，

所述固定立柱(1)包含有固定杆(11)、固定夹头(12)及顶杆(13)，

所述固定杆(11)外形为圆柱形，所述固定杆(11)的一端与载荷通道控制试验机连接，另一端中心设置有螺纹沉孔；

所述固定夹头(12)的一端设置有与叶片榫头相配合的容腔，另一端设置有同轴的通孔和外螺纹；

所述顶杆(13)置于所述固定夹头(12)的通孔内，所述固定夹头(12)的外螺纹与所述固定杆(11)一端的螺纹沉孔连接；

所述扭转夹头(3)的一端用于夹紧叶片，另一端设置有两个滚轮(33)，且两个滚轮(33)对称设置；

所述旋转导轨(4)的一端设置有外螺纹，用于和载荷通道控制试验机连接，另一端设置有两个圆弧形耳片，耳片中心设置有直角三角形通孔，且两个耳片对称布置，两个耳片为同一个圆环上的一部分，所述直角三角形通孔的斜边为弧形导轨；

所述轴承组件(5)包含轴承(51)及轴承套(52)，所述轴承(51)置于所述轴承套(52)内；

所述固定立柱(1)穿过所述轴承(51)的内孔，所述轴承套(52)与所述连杆(2)的一端连接，所述连杆(2)的另一端与所述扭转夹头(3)的用于夹紧叶片的一端连接，所述扭转夹头(3)的另一端的滚轮(33)置于所述旋转导轨(4)的弧形导轨上，所述激光笔(6)安装在所述扭转夹头(3)上的滚轮(33)所在端的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的叶片扭转试验装置，其特征在于：所述扭转夹头(3)用于夹紧叶片的一端设置有两个耳片，且两个耳片对称布置，两个耳片上分别通过调节螺杆(31)连接有夹紧块(32)。

3.根据权利要求2所述的叶片扭转试验装置，其特征在于：所述扭转夹头(3)上与两个耳片相对的另一端设置为圆柱杆，且在所述圆柱杆的远离耳片的一端圆周方向相隔180度径向相对设置有两个滚轮安装轴(34)，每个所述滚轮安装轴(34)的端部安装有一个滚轮(33)。

4.根据权利要求1所述的叶片扭转试验装置，其特征在于：所述轴承套(52)包含两个半圆环，两个半圆环形成一个整圆，且半圆环的两端设置有连接耳片。

5.根据权利要求1所述的叶片扭转试验装置，其特征在于：所述固定夹头(12)上设置有容腔的一端设置为四方头，在两个相对的平面上开有开口的方形容腔，开口端为远离固定夹头(12)的另一端的端面，开口端对称设置有凸起，所述凸起用于限制被夹叶片榫头。

6.根据权利要求1所述的叶片扭转试验装置，其特征在于：所述顶杆(13)为实心圆柱杆，且两端端面平行。

7.根据权利要求1所述的叶片扭转试验装置，其特征在于：所述轴承(51)选用角接触球轴承，轴承(51)的数量为两件，相应轴承套(52)的数量为两件。

8.根据权利要求1所述的叶片扭转试验装置，其特征在于：所述连杆(2)的两端分别通过螺栓与所述轴承套(52)和扭转夹头(3)连接。

9.根据权利要求1所述的叶片扭转试验装置，其特征在于：所述连杆(2)的与所述轴承套(52)连接的一端螺栓孔设置为长条孔。