CN108080939A - 一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置及方法 - Google Patents

一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置及方法，所述的装置包括转位系统、进给运动系统和连杆式拧紧执行系统。所述的进给运动系统位于转位系统内部，用于实现进给运动系统的数控转动。所述的连杆式拧紧执行系统位于进给运动系统内部，用于实现连杆式拧紧执行系统的轴向直线进给运动。所述的连杆式拧紧执行系统用于实现拧紧套筒至拧紧工位对螺母进行拧紧。本发明采用数控作业方式，实现转位至拧紧工位、套筒位移到位、螺母安装和拧紧等步骤，具有自动化程度高和运动精度高的特点，避免人工误操作，保证各螺母拧紧一致性。本发明采用转位系统实现螺母组二次拧紧，提高了工作效率，减少了工人的技能要求和劳动强度。

Description

一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置及方法
技术领域
本发明属于自动化装配技术领域，特别涉及一种航空发动机高压转子封严 盘前置螺母拧紧装置及方法。
背景技术
在航空发动机核心机中，高压转子主要由高压压气机转子和高压涡轮转子 装配组成，高压压气机转子的后安装边与封严盘的前端面相连接，高压涡轮转 子的前安装边与封严盘的后端面相连接，三者通过沿轴线周向均布的数十个螺 纹连接件相紧固，实现高压转子的主体结构装配。对于部分机型，螺纹紧固件 中的螺母为封严盘前置式螺母，其位于封严盘前侧，接触端面对高压压气机转 子的后安装边压紧，连接螺栓采用具有轴向限位和转角锁定功能的专用D形螺 栓。由于高压转子为航空发动机的核心动力部件，工作处在高温、高压的外载 条件下，其转速可高达18000rpm，并承受30-40t的轴向载荷，而高压压气机转子和高压涡轮转子的连接部位为关键易损位置，螺纹连接件的拧紧质量是影 响装配性能以及整机运行可靠性的重要因素。
在高压转子装配过程中，依次完成螺栓预装-组件对接-紧固等主要装配工 艺，对于紧固工艺，需要在高压转子内部对螺母进行安装和拧紧。高压转子内 部拧紧可占空间尺寸根据发动机型号不同而改变，但均具有空间布局狭长的特 点，其中，螺母相对高压涡轮转子后轴端口的轴向进深距离达600-800mm，高 压涡轮转子后轴的通道内径为φ100-150mm，封严盘内圈内径为100-200mm， 螺母分布直径尺寸为φ250-400mm，高压压气机最后一级盘与封严盘的轴向间 距小于100mm，同时存在空气导管等空间干涉组件，其中空气导管相对高压压 气机最后一级盘的后端面突出10-20mm，对于拧紧机构作业具有进给通道长、 拧紧扳杆展开困难、拧紧空间小和多区域干涉等难点，目前国内主要通过采用 操作细长型拧紧器具进行深入、偏转和拧紧的方式，过程中大量依靠人工作业 方法，未使用自动化专用拧紧装置，主要存在以下不足：(1)拧紧质量一致性 差：人工操作拧紧扳杆到位的方法存在螺母带帽偏移和倾斜等问题，无法保证 各螺母的拧紧一致性，甚至出现个别螺母错拧和漏拧等情况；由于现应用装置 多为细长杆状结构，整体刚度低，反扭效果差，导致拧紧过程中装置受载变形， 影响拧紧质量；(2)拧紧精度低：现应用装置主要采用人力扭距器具或外置式 扭力系统作为拧紧动力输入，具有拧紧传动距离长的问题，由于长距离传动存在刚度低、传动间隙大和受载后变形形式不定性大等特性，螺母的实际所受扭 矩和旋入角度与远端的传感器的测值偏差大，并且存在随机误差难以补偿，无 法保证螺母拧紧扭矩和转角精度；(3)拧紧效率低：现有方法在完成螺母组带 帽和第一次拧紧后，第二次拧紧通常需要装置在高压转子内反复插入安装和拔 出卸装，以便完成拧紧套筒相对每个角相的螺母正确定位上套，占用大量时间， 影响二次拧紧效率；由于现应用装置大量依靠人工操作，存在工人技能要求高 和劳动强度大的问题，全部螺母拧紧需要多人协同工作6h以上，作业效率低下， 影响整机装配精度。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明要设计一种拧紧质量一致性好、 拧紧精度高和拧紧效率高的航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置及方 法。
本发明的技术方案是：
一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置，包括转位系统、进给 运动系统和连杆式拧紧执行系统。
所述的转位系统通过外套筒的法兰固定安装于高压涡轮转子后轴端口。
所述的进给运动系统位于转位系统内部，进给运动系统的中套筒与转位系 统的外套筒通过轴承相连接，转位系统实现进给运动系统的数控转动。
所述的连杆式拧紧执行系统位于进给运动系统内部前端，通过中套筒与套 装在中套筒内部的连杆式拧紧执行系统的内套筒以滑动接触的方式相配合，进 给运动系统实现连杆式拧紧执行系统的轴向直线进给运动。
所述的连杆式拧紧执行系统通过连杆使杆状齿轮箱转位，实现拧紧套筒至 拧紧工位对螺母进行拧紧。
所述的拧紧套筒安装在杆状齿轮箱的后侧，即拧紧套筒的套筒口朝向后方 与封严盘前置的螺母相对应。
所述的连杆式拧紧执行系统尺寸设计满足公式：l1'-l2＝R1；fmax(θ)＜R2，fmax(θ)为f(θ)＝l1·sinθ-L·tanθ在θ∈(0°,90°)的极大值；其中，l1为杆状齿轮箱 顶端到O点的距离，l1'为拧紧套筒轴线到O点的距离，l2为内套筒轴线到O点 的距离，R1为待拧紧螺母轴线到高压转子轴线的距离，R2为封严盘内孔半径， L为空气导管后端面(装配不含空气导管时则为高压压气机转子最后一级盘后端 面)到封严盘前端面的距离，θ为杆状齿轮箱长度方向与高压转子轴线的夹角， O点为杆状齿轮箱与内套筒的铰接点。
所述的转位系统由外套筒、外套筒端盖、减速机、伺服电机、联轴器和轴 承组成；外套筒为前端敞开式的圆柱筒形结构，其外圆柱面设有法兰，法兰与 高压涡轮转子后轴端口相连接，实现外套筒相对高压涡轮转子的固定安装；外 套筒端盖固定安装于外套筒的尾端，减速机固定安装于外套筒端盖上，减速机 输入端与伺服电机输出端连接，减速机输出端通过联轴器与中套筒端盖相连接， 外套筒内部通过轴承安装有中套筒，通过伺服电机与减速机的驱动，实现中套 筒相对外套筒的数控转动。
所述的进给运动系统由中套筒、中套筒端盖和电缸I组成；中套筒为前端敞 开式的圆柱筒形结构，中套筒端盖固定安装于中套筒的尾端；电缸I的缸体固定 安装于中套筒内部，电缸I的伸出杆的顶端与内套筒端盖相固接；中套筒内部套 装有内套筒，中套筒与内套筒通过滑动接触的方式相配合，通过导向键实现轴 向导向，通过电缸I的驱动，实现内套筒相对中套筒的轴向直线运动。
所述的连杆式拧紧执行系统由内套筒、内套筒端盖、杆状齿轮箱、电缸II、 连杆、拧紧动力系统、拧紧套筒和反扭杆组成；内套筒为前端敞开式的圆柱筒 形结构，内套筒端盖固定安装于内套筒的尾端；杆状齿轮箱的尾端通过铰接结 构与内套筒的前端连接，实现整体杆状齿轮箱以尾端铰接结构为轴心，从相对 转子轴线水平位置到垂直位置的0-90°转动，杆状齿轮箱的尾端内部安装有输 入齿轮，头端内部安装有输出齿轮，输入齿轮到输出齿轮之间通过多组传动齿 轮传动，实现输入齿轮驱动输出齿轮；电缸II的缸体固定安装于内套筒内部， 电缸II的伸出杆的顶端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与杆状齿轮箱铰接， 实现将电缸II的直线运动转化为杆状齿轮箱整体的转动，电缸II的伸出实现杆 状齿轮箱整体向相对高压转子轴线水平位置转动，电缸II的退回实现杆状齿轮 箱整体向相对高压转子轴线垂直位置转动；所述的拧紧动力系统安装于内套筒 内部，由拧紧轴伺服电机、拧紧轴减速机、扭矩传感器和动力轴连接组成，具 有拧紧动力输出、拧紧转角和扭矩反馈功能，当杆状齿轮箱转动至垂直位置时， 杆状齿轮箱的输入齿轮与动力轴端部相连接，实现拧紧动力向杆状齿轮箱的传 递；拧紧套筒安装于杆状齿轮箱的输出齿轮上，相对杆状齿轮箱后端面突出， 拧紧套筒内圈与待拧紧螺母适配，实现螺母安装和拧紧；反扭杆固定安装于杆 状齿轮箱头端，当拧紧套筒套入到螺母时，反扭杆的限位孔套入至此螺母的相邻两侧螺栓尾部，实现将拧紧过程中的反力传递到相邻螺栓上，杆状齿轮箱后 端面安装有摄像头，实现对拧紧部位的观测。
进一步地，所述的伺服电机、电缸I、电缸II和拧紧动力系统由数控系统控 制。
一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧方法，包括以下步骤：
A、装置安装：进给运动系统的电缸I退回，使连杆式拧紧执行系统相对中 套筒退回；连杆式拧紧执行系统的电缸II伸出，使杆状齿轮箱处于相对高压转 子轴线水平位置；单个螺母预装于杆状齿轮箱头端的拧紧套筒上；整体装置从 高压涡轮转子后轴的通道伸入，外套筒上的法兰与高压涡轮转子后轴端口固接。
B、转位至预定角相：转位系统的伺服电机驱动中套筒及其内部结构沿高压 转子轴线转动，直到达到待拧紧螺栓对应的角相。
C、拧紧套筒移至拧紧工位：电缸I伸出，连杆式拧紧执行系统相对中套筒 逐渐伸出，同时，电缸II退回，通过连杆使杆状齿轮箱以铰接结构为轴心逐渐 向相对高压转子轴线垂直位置转动，杆状齿轮箱内部底端输出齿轮扣入到动力 轴端部并与之连接；电缸I和电缸II的数控联动使杆状齿轮箱伸入到高压压气 机转子最后一级盘与封严盘之间的空隙，并与高压压气机转子最后一级盘、封 严盘和空气导管系统不发生运动干涉；所述的数控联动方案举例满足公式：
即
其中v(t)为内套筒在t时刻的轴向直线运动速度v，ω(t)为杆状齿轮箱t时刻 绕铰接点O的角速度ω；数控联动完成后，杆状齿轮箱头端的拧紧套筒及其内 部螺母轴线处于与对应螺栓轴线共线位置。
D、螺母安装与拧紧：电缸I退回，处于垂直位置的杆状齿轮箱沿轴向位移， 带动反扭杆限位孔扣入到待拧紧螺栓的相邻螺栓尾端，拧紧套筒及其内部螺母 扣入到待拧紧螺栓尾部，并进行拧紧行程长度的位移；同时，拧紧动力系统工 作，动力轴带动输入齿轮转动，经杆状齿轮箱传动至输出齿轮，实现输出齿轮 上拧紧套筒对螺母相对螺栓的安装和数控拧紧。
E、装置卸装：电缸I伸出，拧紧套筒脱离已紧固螺母；电缸II伸出，通过 连杆使杆状齿轮箱以铰接结构为轴心逐渐向相对高压转子轴线水平位置转动； 同时，电缸I退回，连杆式拧紧执行系统相对中套筒逐渐退回；电缸I和电缸II 的数控联动使杆状齿轮箱返回至高压涡轮转子鼓筒轴内腔，并与高压压气机转 子最后一级盘、封严盘和空气导管系统不发生运动干涉，松开高压涡轮转子后 轴端口处的外套筒法兰，整体装置从高压涡轮转子后轴的通道拉出。
F、其余螺母安装与拧紧：根据拧紧工艺的顺序要求，改变步骤B中转位角 相，依次重复步骤A-E，直到完成所有螺母的安装及拧紧，其中最后一个螺母拧 紧后无须进行步骤E。
G、螺母二次拧紧：电缸I伸出，拧紧套筒脱离最后一个已安装螺母，根据 二次拧紧工艺的顺序要求，转位系统的伺服电机驱动中套筒及其内部结构沿高 压转子轴线转动，直到达到待二次拧紧螺母对应的角相；电缸I退回，拧紧套筒 扣入到待二次拧紧螺母，反扭杆的限位孔扣入到待二次拧紧螺栓的相邻螺栓尾 端；拧紧动力系统工作，实现拧紧套筒对螺母相对螺栓的二次拧紧。
H、其余螺母二次拧紧：根据二次拧紧工艺的顺序要求，改变步骤G中转 位角相，重复步骤G，直到完成所有螺母的二次拧紧。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明方法采用数控作业方式，实现转位至拧紧工位、套筒位移到位、 螺母安装和拧紧等步骤，具有自动化程度高和运动精度高的特点，避免人工误 操作，保证各螺母拧紧一致性。
2、本发明方法采用转位系统实现螺母组二次拧紧，在完成单个螺母二次拧 紧后，装置无须再次卸装和校准，转位系统按照拧紧工艺顺序要求，使拧紧套 筒快速转位至下一工位实施二次拧紧，提高工作效率，减少工人的技能要求和 劳动强度；本发明方法可有效减少人工操作，总工作时间减少至2h以下。
3、本发明装置采用在内套筒内部安装拧紧动力系统的方式，减少拧紧传动 距离，降低因传动间隙和受力变形导致的误差，保证螺母拧紧扭矩和角度精度。
4、本发明装置采用多组套筒套装的方式，相对传统细长杆状装置，具有结 构静态刚度高和运动稳定性好的特点，确保拧紧质量。
附图说明
图1是航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置在高压转子中安装的 剖视示意图。
图2是航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置进行拧紧套筒移至拧 紧工位过程的剖视示意图。
图3是航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置进行螺母安装与拧紧 过程的剖视示意图。
图4是航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置的外形示意图。
图5是转位系统和进给运动系统的剖视示意图。
图6是连杆式拧紧执行系统的剖视示意图。
图7是连杆式拧紧执行系统的主要尺寸要求和运动参数标注示意图。
图中：1、转位系统，2、进给运动系统，3、连杆式拧紧执行系统，4、外 套筒，5、法兰，6、高压涡轮转子，7、中套筒，8、轴承，9、内套筒，10、连 杆，11、杆状齿轮箱，12、拧紧套筒，13、螺母，14、外套筒端盖，15、减速 机，16、伺服电机，17、联轴器，18、中套筒端盖，19、电缸I，20、内套筒端 盖，21、导向键，22、电缸II，23、铰接结构，24、拧紧动力系统，25、反扭杆，26、输入齿轮，27、输出齿轮，28、拧紧轴伺服电机，29、拧紧轴减速机，30、 扭矩传感器，31、动力轴，32、封严盘，33、高压压气机转子，34、空气导管 系统，35、摄像头。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。如图1-7所示， 一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置，包括转位系统1、进给运动 系统2和连杆式拧紧执行系统3。
所述的转位系统1通过外套筒4的法兰5固定安装于高压涡轮转子6后轴 端口。
所述的进给运动系统2位于转位系统1内部，进给运动系统2的中套筒7 与转位系统1的外套筒4通过轴承8相连接，转位系统1实现进给运动系统2 的数控转动。
所述的连杆式拧紧执行系统3位于进给运动系统2内部前端，通过中套筒7 与套装在中套筒7内部的连杆式拧紧执行系统3的内套筒9以滑动接触的方式 相配合，进给运动系统2实现连杆式拧紧执行系统3的轴向直线进给运动。
所述的连杆式拧紧执行系统3通过连杆10使杆状齿轮箱11转位，实现拧 紧套筒12至拧紧工位对螺母13进行拧紧。
所述的拧紧套筒12安装在杆状齿轮箱11的后侧，即拧紧套筒12的套筒口 朝向后方与封严盘前置的螺母13相对应。
所述的连杆式拧紧执行系统3尺寸设计满足公式：l1'-l2＝R1；fmax(θ)＜R2， fmax(θ)为f(θ)＝l1·sinθ-L·tanθ在θ∈(0°,90°)的极大值；其中，l1为杆状齿轮箱 11顶端到O点的距离，l1'为拧紧套筒12轴线到O点的距离，l2为内套筒9轴线 到O点的距离，R1为待拧紧螺母13轴线到高压转子轴线的距离，R2为封严盘 32内孔半径，L为空气导管34后端面(装配不含空气导管时则为高压压气机转 子33最后一级盘后端面)到封严盘32前端面的距离，θ为杆状齿轮箱11长度 方向与高压转子轴线的夹角，O点为杆状齿轮箱11与内套筒9的铰接点。
所述的转位系统1由外套筒4、外套筒端盖14、减速机15、伺服电机16、 联轴器17和轴承8组成；外套筒4为前端敞开式的圆柱筒形结构，其外圆柱面 设有法兰5，法兰5与高压涡轮转子6后轴端口相连接，实现外套筒4相对高压 涡轮转子6的固定安装；外套筒端盖14固定安装于外套筒4的尾端，减速机15 固定安装于外套筒端盖14上，减速机15输入端与伺服电机16输出端连接，减 速机15输出端通过联轴器17与中套筒端盖18相连接，外套筒4内部通过轴承 8安装有中套筒7，通过伺服电机16与减速机15的驱动，实现中套筒7相对外 套筒4的数控转动。
所述的进给运动系统2由中套筒7、中套筒端盖18和电缸I19组成；中套 筒7为前端敞开式的圆柱筒形结构，中套筒端盖18固定安装于中套筒7的尾端； 电缸I19的缸体固定安装于中套筒7内部，电缸I19的伸出杆的顶端与内套筒端 盖20相固接；中套筒7内部套装有内套筒9，中套筒7与内套筒9通过滑动接 触的方式相配合，通过导向键21实现轴向导向，通过电缸I19的驱动，实现内 套筒9相对中套筒7的轴向直线运动。
所述的连杆式拧紧执行系统3由内套筒9、内套筒端盖20、杆状齿轮箱11、 电缸II22、连杆10、拧紧动力系统24、拧紧套筒12和反扭杆25组成；内套筒 9为前端敞开式的圆柱筒形结构，内套筒端盖20固定安装于内套筒9的尾端； 杆状齿轮箱11的尾端通过铰接结构23与内套筒9的前端连接，实现整体杆状 齿轮箱11以尾端铰接结构23为轴心，从相对转子轴线水平位置到垂直位置的0-90°转动，杆状齿轮箱11的尾端内部安装有输入齿轮26，头端内部安装有输 出齿轮27，输入齿轮26到输出齿轮27之间通过多组传动齿轮传动，实现输入 齿轮26驱动输出齿轮27；电缸II22的缸体固定安装于内套筒9内部，电缸II22 的伸出杆的顶端与连杆10的一端铰接，连杆10的另一端与杆状齿轮箱11铰接， 实现将电缸II22的直线运动转化为杆状齿轮箱11整体的转动，电缸II22的伸出 实现杆状齿轮箱11整体向相对高压转子轴线水平位置转动，电缸II22的退回实 现杆状齿轮箱11整体向相对高压转子轴线垂直位置转动；所述的拧紧动力系统 24安装于内套筒9内部，由拧紧轴伺服电机28、拧紧轴减速机29、扭矩传感器 30和动力轴31连接组成，具有拧紧动力输出、拧紧转角和扭矩反馈功能，当杆 状齿轮箱11转动至垂直位置时，杆状齿轮箱11的输入齿轮26与动力轴31端部相连接，实现拧紧动力向杆状齿轮箱11的传递；拧紧套筒12安装于杆状齿 轮箱11的输出齿轮27上，相对杆状齿轮箱11后端面突出，拧紧套筒12内圈 与待拧紧螺母13适配，实现螺母13安装和拧紧；反扭杆25固定安装于杆状齿 轮箱11头端，当拧紧套筒12套入到螺母13时，反扭杆25的限位孔套入至螺 母13的相邻两侧螺栓尾部，实现将拧紧过程中的反力传递到相邻螺栓上，杆状 齿轮箱11后端面安装有摄像头35，实现对拧紧部位的观测。
进一步地，所述的伺服电机16、电缸I19、电缸II22和拧紧动力系统24由 数控系统控制。
一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧方法，包括以下步骤：
A、装置安装：进给运动系统2的电缸I19退回，使连杆式拧紧执行系统3 相对中套筒7退回；连杆式拧紧执行系统3的电缸II22伸出，使杆状齿轮箱11 处于相对高压转子轴线水平位置；单个螺母13预装于杆状齿轮箱11头端的拧 紧套筒12上；整体装置从高压涡轮转子6后轴的通道伸入，外套筒4上的法兰 5与高压涡轮转子6后轴端口固接。
B、转位至预定角相：转位系统1的伺服电机16驱动中套筒7及其内部结 构沿高压转子轴线转动，直到达到待拧紧螺栓对应的角相。
C、拧紧套筒12移至拧紧工位：电缸I19伸出，连杆式拧紧执行系统3相 对中套筒7逐渐伸出，同时，电缸II22退回，通过连杆10使杆状齿轮箱11以 铰接结构23为轴心逐渐向相对高压转子轴线垂直位置转动，杆状齿轮箱11内 部底端输出齿轮27扣入到动力轴31端部并与之连接；电缸I19和电缸II22的 数控联动使杆状齿轮箱11伸入到高压压气机转子33最后一级盘与封严盘32之 间的空隙，并与高压压气机转子33最后一级盘、封严盘32和空气导管系统34 不发生运动干涉，所述的数控联动方案举例满足公式：
即
其中v(t)为内套筒在t时刻的轴向直线运动速度v，ω(t)为杆状齿轮箱t时刻 绕铰接点O的角速度ω；数控联动完成后，杆状齿轮箱11头端的拧紧套筒12 及其内部螺母13轴线处于与对应螺栓轴线共线位置。
D、螺母13安装与拧紧：电缸I19退回，处于垂直位置的杆状齿轮箱11沿 轴向位移，带动反扭杆25限位孔扣入到待拧紧螺栓的相邻螺栓尾端，拧紧套筒 12及其内部螺母13扣入到待拧紧螺栓尾部，并进行拧紧行程长度的位移；同时， 拧紧动力系统24工作，动力轴31带动输入齿轮26转动，经杆状齿轮箱11传 动至输出齿轮27，实现输出齿轮27上拧紧套筒12对螺母13相对螺栓的安装和 数控拧紧。
E、装置卸装：电缸I19伸出，拧紧套筒12脱离已紧固螺母13；电缸II22 伸出，通过连杆10使杆状齿轮箱11以铰接结构23为轴心逐渐向相对高压转子 轴线水平位置转动；同时，电缸I19退回，连杆式拧紧执行系统3相对中套筒7 逐渐退回；电缸I19和电缸II22的数控联动使杆状齿轮箱11返回至高压涡轮转 子6鼓筒轴内腔，并与高压压气机转子33最后一级盘、封严盘32和空气导管 系统34不发生运动干涉，松开高压涡轮转子6后轴端口处的外套筒4法兰5， 整体装置从高压涡轮转子6后轴的通道拉出。
F、其余螺母13安装与拧紧：根据拧紧工艺的顺序要求，改变步骤B中转 位角相，依次重复步骤A-E，直到完成所有螺母13的安装及拧紧，其中最后一 个螺母13拧紧后无须进行步骤E。
G、螺母13二次拧紧：电缸I19伸出，拧紧套筒12脱离最后一个已安装螺 母13，根据二次拧紧工艺的顺序要求，转位系统1的伺服电机16驱动中套筒7 及其内部结构沿高压转子轴线转动，直到达到待二次拧紧螺母13对应的角相； 电缸I19退回，拧紧套筒12扣入到待二次拧紧螺母13，反扭杆25的限位孔扣 入到待二次拧紧螺栓的相邻螺栓尾端；拧紧动力系统24工作，实现拧紧套筒12 对螺母13相对螺栓的二次拧紧。
H、其余螺母13二次拧紧：根据二次拧紧工艺的顺序要求，改变步骤G中 转位角相，重复步骤G，直到完成所有螺母13的二次拧紧。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或 者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置，其特征在于：包括转位系统(1)、进给运动系统(2)和连杆式拧紧执行系统(3)；
所述的转位系统(1)固定安装于高压涡轮转子(6)后轴端口；
所述的进给运动系统(2)位于转位系统(1)内部，进给运动系统(2)与转位系统(1)通过轴承(8)相连接，转位系统(1)实现进给运动系统(2)的数控转动；
所述的连杆式拧紧执行系统(3)位于进给运动系统(2)内部，进给运动系统(2)实现连杆式拧紧执行系统(3)的轴向数控直线进给运动；
所述的连杆式拧紧执行系统(3)通过连杆(10)使杆状齿轮箱(11)数控转位，实现拧紧套筒(12)至拧紧工位对螺母(13)进行拧紧；
所述的拧紧套筒(12)安装在杆状齿轮箱(11)的后侧，即拧紧套筒(12)的套筒口朝向后方与封严盘前置的螺母(13)相对应；
所述的连杆式拧紧执行系统(3)尺寸设计满足公式：l1'-l2＝R1；fmax(θ)＜R2，fmax(θ)为f(θ)＝l1·sinθ-L·tanθ在θ∈(0°,90°)的极大值；其中，l1为杆状齿轮箱(11)顶端到O点的距离，l1'为拧紧套筒(12)轴线到O点的距离，l2为内套筒(9)轴线到O点的距离，R1为待拧紧螺母(13)轴线到高压转子轴线的距离，R2为封严盘(32)内孔半径，L为空气导管(34)后端面到封严盘(32)前端面的距离，θ为杆状齿轮箱(11)长度方向与高压转子轴线的夹角，O点为杆状齿轮箱(11)与内套筒(9)的铰接点。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置，其特征在于：所述的转位系统(1)通过外套筒(4)的法兰(5)固定安装于高压涡轮转子(6)后轴端口；
所述的进给运动系统(2)的中套筒(7)与转位系统(1)的外套筒(4)通过轴承(8)相连接；
所述的连杆式拧紧执行系统(3)通过中套筒(7)与套装在中套筒(7)内部的连杆式拧紧执行系统(3)的内套筒(9)以滑动接触的方式相配合。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置，其特征在于：所述的转位系统(1)由外套筒(4)、外套筒端盖(14)、减速机(15)、伺服电机(16)、联轴器(17)和轴承(8)组成；外套筒(4)为前端敞开式的圆柱筒形结构，其外圆柱面设有法兰(5)，法兰(5)与高压涡轮转子(6)后轴端口相连接，实现外套筒(4)相对高压涡轮转子(6)的固定安装；外套筒端盖(14)固定安装于外套筒(4)的尾端，减速机(15)固定安装于外套筒端盖(14)上，减速机(15)输入端与伺服电机(16)输出端连接，减速机(15)输出端通过联轴器(17)与中套筒端盖(18)相连接，外套筒(4)内部通过轴承(8)安装有中套筒(7)，通过伺服电机(16)与减速机(15)的驱动，实现中套筒(7)相对外套筒(4)的数控转动；
所述的进给运动系统(2)由中套筒(7)、中套筒端盖(18)和电缸I(19)组成；中套筒(7)为前端敞开式的圆柱筒形结构，中套筒端盖(18)固定安装于中套筒(7)的尾端；电缸I(19)的缸体固定安装于中套筒(7)内部，电缸I(19)的伸出杆的顶端与内套筒端盖(20)相固接；中套筒(7)内部套装有内套筒(9)，中套筒(7)与内套筒(9)通过滑动接触的方式相配合，通过导向键(21)实现轴向导向，通过电缸I(19)的驱动，实现内套筒(9)相对中套筒(7)的轴向直线运动；
所述的连杆式拧紧执行系统(3)由内套筒(9)、内套筒端盖(20)、杆状齿轮箱(11)、电缸II(22)、连杆(10)、拧紧动力系统(24)、拧紧套筒(12)和反扭杆(25)组成；内套筒(9)为前端敞开式的圆柱筒形结构，内套筒端盖(20)固定安装于内套筒(9)的尾端；杆状齿轮箱(11)的尾端通过铰接结构(23)与内套筒(9)的前端连接，实现整体杆状齿轮箱(11)以尾端铰接结构(23)为轴心，从相对转子轴线水平位置到垂直位置的0-90°转动，杆状齿轮箱(11)的尾端内部安装有输入齿轮(26)，头端内部安装有输出齿轮(27)，输入齿轮(26)到输出齿轮(27)之间通过多组传动齿轮传动，实现输入齿轮(26)驱动输出齿轮(27)；电缸II(22)的缸体固定安装于内套筒(9)内部，电缸II(22)的伸出杆的顶端与连杆(10)的一端铰接，连杆(10)的另一端与杆状齿轮箱(11)铰接，实现将电缸II(22)的直线运动转化为杆状齿轮箱(11)整体的转动，电缸II(22)的伸出实现杆状齿轮箱(11)整体向相对高压转子轴线水平位置转动，电缸II(22)的退回实现杆状齿轮箱(11)整体向相对高压转子轴线垂直位置转动；所述的拧紧动力系统(24)安装于内套筒(9)内部，由拧紧轴伺服电机(28)、拧紧轴减速机(29)、扭矩传感器(30)和动力轴(31) 连接组成，具有拧紧动力输出、拧紧转角和扭矩反馈功能，当杆状齿轮箱(11)转动至垂直位置时，杆状齿轮箱(11)的输入齿轮(26)与动力轴(31)端部相连接，实现拧紧动力向杆状齿轮箱(11)的传递；拧紧套筒(12)安装于杆状齿轮箱(11)的输出齿轮(27)上，相对杆状齿轮箱(11)后端面突出，拧紧套筒(12)内圈与待拧紧螺母(13)适配，实现螺母(13)安装和拧紧；反扭杆(25)固定安装于杆状齿轮箱(11)头端，当拧紧套筒(12)套入到螺母(13)时，反扭杆(25)的限位孔套入至螺母(13)的相邻两侧螺栓尾部，实现将拧紧过程中的反力传递到相邻螺栓上；杆状齿轮箱(11)后端面安装有摄像头(35)，实现对拧紧部位的观测。
4.根据权利要求3所述的一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧装置，其特征在于：所述的伺服电机(16)、电缸I(19)、电缸II(22)和拧紧动力系统(24)由数控系统控制。
5.一种航空发动机高压转子封严盘前置螺母拧紧方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、装置安装：进给运动系统(2)的电缸I(19)退回，使连杆式拧紧执行系统(3)相对中套筒(7)退回；连杆式拧紧执行系统(3)的电缸II(22)伸出，使杆状齿轮箱(11)处于相对高压转子轴线水平位置；单个螺母(13)预装于杆状齿轮箱(11)头端的拧紧套筒(12)上；整体装置从高压涡轮转子(6)后轴的通道伸入，外套筒(4)上的法兰(5)与高压涡轮转子(6)后轴端口固接；
B、转位至预定角相：转位系统(1)的伺服电机(16)驱动中套筒(7)及其内部结构沿高压转子轴线转动，直到达到待拧紧螺栓对应的角相；
C、拧紧套筒(12)移至拧紧工位：电缸I(19)伸出，连杆式拧紧执行系统(3)相对中套筒(7)逐渐伸出，同时，电缸II(22)退回，通过连杆(10)使杆状齿轮箱(11)以铰接结构(23)为轴心逐渐向相对高压转子轴线垂直位置转动，杆状齿轮箱(11)内部底端输出齿轮(27)扣入到动力轴(31)端部并与之连接；电缸I(19)和电缸II(22)的数控联动使杆状齿轮箱(11)伸入到高压压气机转子(33)最后一级盘与封严盘(32)之间的空隙，并与高压压气机转子(33)最后一级盘、封严盘(32)和空气导管系统(34)不发生运动干涉；数控联动完成后，杆状齿轮箱(11)头端的拧紧套筒(12)及其内部螺母(13)轴线处于与对应螺栓轴线共线位置；
D、螺母(13)安装与拧紧：电缸I(19)退回，处于垂直位置的杆状齿轮箱(11)沿轴向位移，带动反扭杆(25)限位孔扣入到待拧紧螺栓的相邻螺栓尾端，拧紧套筒(12)及其内部螺母(13)扣入到待拧紧螺栓尾部，并进行拧紧行程长度的位移；同时，拧紧动力系统(24)工作，动力轴(31)带动输入齿轮(26)转动，经杆状齿轮箱(11)传动至输出齿轮(27)，实现输出齿轮(27)上拧紧套筒(12)对螺母(13)相对螺栓的安装和数控拧紧；
E、装置卸装：电缸I(19)伸出，拧紧套筒(12)脱离已紧固螺母(13)；电缸II(22)伸出，通过连杆(10)使杆状齿轮箱(11)以铰接结构(23)为轴心逐渐向相对高压转子轴线水平位置转动；同时，电缸I(19)退回，连杆式拧紧执行系统(3)相对中套筒(7)逐渐退回；电缸I(19)和电缸II(22)的数控联动使杆状齿轮箱(11)返回至高压涡轮转子(6)鼓筒轴内腔，并与高压压气机转子(33)最后一级盘、封严盘(32)和空气导管系统(34)不发生运动干涉，松开高压涡轮转子(6)后轴端口处的外套筒(4)法兰(5)，整体装置从高压涡轮转子(6)后轴的通道拉出；
F、其余螺母(13)安装与拧紧：根据拧紧工艺的顺序要求，改变步骤B中转位角相，依次重复步骤A-E，直到完成所有螺母(13)的安装及拧紧，其中最后一个螺母(13)拧紧后无须进行步骤E；
G、螺母(13)二次拧紧：电缸I(19)伸出，拧紧套筒(12)脱离最后一个已安装螺母(13)，根据二次拧紧工艺的顺序要求，转位系统(1)的伺服电机(16)驱动中套筒(7)及其内部结构沿高压转子轴线转动，直到达到待二次拧紧螺母(13)对应的角相；电缸I(19)退回，拧紧套筒(12)扣入到待二次拧紧螺母(13)，反扭杆(25)的限位孔扣入到待二次拧紧螺栓的相邻螺栓尾端；拧紧动力系统(24)工作，实现拧紧套筒(12)对螺母(13)相对螺栓的二次拧紧；
H、其余螺母(13)二次拧紧：根据二次拧紧工艺的顺序要求，改变步骤G中转位角相，重复步骤G，直到完成所有螺母(13)的二次拧紧。
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