CN109060339B - 一种试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种试验装置及方法，装置包括斜盘主体、转接器、转接器和转接零件，斜盘主体为回转体结构；转接器与斜盘主体同轴连接，并能够与旋转类零件试验器的输出轴相连；斜盘主体包括中心轴和斜盘，斜盘设置于中心轴的一端，斜盘与中心轴的轴线之间的夹角为钝角，斜盘的外缘具有盘缘，盘缘朝向中心轴的一侧与转接零件连接；中心轴用于与盘类零件的中心孔进行装配，当盘类零件的中心孔与中心轴固定装配后，盘类零件外缘的转接凸台与转接零件连接。本发明的试验装置能在旋转条件下安全使用且同时能够对盘类零件施加轴向挠度，提高试验精度，减少试验所需经费。

Description

一种试验装置及方法

技术领域

本发明属于航空发动机盘类零件试验技术领域，具体涉及一种试验装置及方法。

背景技术

航空发动机的盘类零件为其关键零部件，开展盘类零件试验是验证发动机盘类零件寿命以及保证发动机使用安全的重要依据。现有的试验配合的工装数量多，导致试验装置结构复杂，旋转试验条件下稳定性差，易造成试验结果不可靠、试验失败或试验成本的大幅增加。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种试验装置及方法，本发明的试验装置能在旋转条件下安全使用且同时能够对盘类零件施加轴向挠度，提高试验精度，减少试验所需经费。

本发明创造是通过下述技术方案实现的：

一种试验装置，包括斜盘主体、转接器和转接零件，斜盘主体为回转体结构；转接器与斜盘主体同轴连接，并能够与旋转类零件试验器的输出轴相连；斜盘主体包括中心轴和斜盘，斜盘设置于中心轴的一端，斜盘与中心轴的轴线之间的夹角为钝角，斜盘的外缘具有盘缘，盘缘朝向中心轴的一侧与转接零件连接；中心轴用于与盘类零件的中心孔进行装配，当盘类零件的中心孔与中心轴固定装配后，盘类零件外缘的转接凸台与转接零件连接。

优选的，转接器设置于中心轴设置斜盘的一端，转接器包括连接轴和法兰，连接轴的一端与中心轴连接，另一端与法兰固定连接，法兰与连接轴的连接部、连接轴与中心轴的连接部以及中心轴与斜盘靠近连接轴一侧的连接部均设置为圆弧过度面。

优选的，连接轴的直径小于中心轴的直径。

优选的，还包括调整垫圈、杯型套筒以及螺母，盘类零件通过调整垫圈、杯型套筒以及螺母固定装配于中心轴上；

当盘类零件的中心孔与中心轴固定装配时：调整垫圈套设于中心轴上并处于盘类零件与斜盘之间，调整垫圈的两端面分别与盘类零件和斜盘紧贴；杯型套筒和螺母设置在中心轴的端部，且螺母与中心轴的端部螺纹连接。

优选的，盘缘朝向中心轴的一侧设有第一转接凸台，转接零件包括外隔圈和内隔圈，第一转接凸台与盘类零件的转接凸台之间通过外隔圈和内隔圈连接。

一种试验方法，其过程如下：

步骤1，将盘类零件与中心轴固定装配，并通过转接零件将盘类零件外缘的转接凸台与斜盘的盘缘连接；将转接器与旋转类零件试验器的输出轴相连；

步骤2，通过旋转类零件试验器驱动转接器转动，转接器的转动驱动斜盘主体的中心轴和斜盘同步转动；中心轴的转动驱动盘类零件与中心轴同步转动；

斜盘转动过程中，盘缘通过转接零件向盘类零件外缘的转接凸台施加力，转接凸台受到转接零件的作用力后使盘类零件产生轴向挠度；

步骤3，控制斜盘的转速，使盘类零件产生相应转速下的轴向挠度。

优选的，步骤2中，通过旋转类零件试验器驱动转接器转动后，通过分别在盘缘以及中心轴处去材料的方式进行动平衡调整，使安装了盘类零件以及试验装置的整体结构的动平衡状态达到要求。

优选的，进行动平衡调整时：盘缘在与转接零件相对的侧面去材料，中心轴在其端面去材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的盘类零件试验装置的斜盘设置于中心轴的一端，斜盘与中心轴的轴线之间的夹角为钝角，斜盘的外缘具有盘缘，中心轴用于与盘类零件的中心孔进行装配，当盘类零件的中心孔与中心轴固定装配后，盘类零件外缘的转接凸台与转接零件连接；因此，当本发明的试验装置在转动时，斜盘以及斜盘的盘缘由于向心力的作用，向盘类零件的外缘通过转接零件施加力，使盘类零件产生轴向挠度，因此本发明的试验装置在对盘类零件实现转速施加的同时，可同时产生轴向挠度，能够解决航空发动机盘类零件在工作状态时的压紧及轴向挠度模拟难题，该试验装置推广性强，任何需要模拟轮盘轴向变形的疲劳寿命试验的转子盘类零件均可采用该装置，且任意级转子盘试验装置建立后，可重复使用，减少试验所需经费。

进一步的，连接轴的直径小于中心轴的直径，使得本发明试验装置整体应力小，强度储备高。

进一步的，盘类零件通过调整垫圈、杯型套筒以及螺母固定装配于中心轴上，因此能够模拟盘类零件实际的装配环境，提高模拟的精度，且能够方便拆卸，便于试验盘零件尺寸测量和探伤检查。

由本发明试验装置的有益效果可知，本发明的盘类零件试验方法对盘类零件施加转速的同时，可使盘类零件产生轴向挠度，通过控制转速大小，就能使盘类零件产不同的生轴向挠度，因此使得试验过程操作简便，一次性就能完成盘类零件的转速试验和轴向挠度试验的模拟，还能够同时获得转速与轴向变形疲劳寿命的关系，不仅提高了模拟效率，还使得模拟结果更加可靠。

附图说明

图1是本发明盘类零件试验装置的结构示意图。

图2是装有模拟试验盘的本发明盘类零件试验装置的结构示意图。

图3是本发明试验装置试验状态下的等效应力图。

图4是本发明试验装置在装配状态下的变形图。

图5是本发明试验装置在试验状态下的变形图。

图中，1-第一动平衡调整区，2-转接器，2-1-连接轴，2-2-法兰，3-斜盘主体，3-1-中心轴，3-2-圆弧过度面，7-第二动平衡调整区，8-斜盘，8-1-盘缘，8-1-1-第一转接凸台，9-盘类零件，9-1-转接凸台，10-转接零件，10-1-外隔圈，10-2-内隔圈，11-螺母，12-杯型套筒，13-调整垫圈。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明作进一步的说明。

参照图1和图2，本发明的施加轴向挠度的盘类零件试验装置，包括斜盘主体3、转接器2和转接零件10，斜盘主体3为回转体结构；转接器2与斜盘主体3同轴连接，并能够与旋转类零件试验器的输出轴相连；斜盘主体3包括中心轴3-1和斜盘8，斜盘8设置于中心轴3-1的一端，如图1所示，斜盘8与中心轴3-1的轴线之间的夹角α为钝角，斜盘8的外缘具有盘缘8-1，盘缘8-1朝向中心轴3-1的一侧与转接零件10连接；中心轴3-1用于与盘类零件9的中心孔进行装配，当盘类零件9的中心孔与中心轴3-1固定装配后，盘类零件9外缘的转接凸台9-1与转接零件10连接。

作为本发明优选的实施方案，转接器2设置于中心轴3-1设置斜盘8的一端，转接器2包括连接轴2-1和法兰2-2，连接轴2-1的一端与中心轴3-1连接，另一端与法兰2-2固定连接，法兰2-2与连接轴2-1的连接部、连接轴2-1与中心轴3-1的连接部以及中心轴与斜盘8靠近连接轴2-1一侧的连接部均设置为圆弧过度面3-2，圆弧过度面3-2为非对称圆弧面，通过圆弧过度面3-2能够降低应力集中，减少试验装置变形量，提高试验精度。

如图1所示，作为本发明优选的实施方案，连接轴2-1的直径小于中心轴3-1的直径，中心轴3-1与连接轴2-1的半径差为△R，连接轴2-1的直径小于中心轴3-1的直径能够降低试验装置整体应力水平，提高强度储备。

参照图1和图2，作为本发明优选的实施方案，按实际进行试验的旋转类零件试验器转接螺栓分布情况，设计转接器2上法兰2-2的螺栓位置尺寸和数量。

如图2所示，作为本发明优选的实施方案，本发明的试验装置还包括调整垫圈13、杯型套筒12以及螺母11，盘类零件9通过调整垫圈13、杯型套筒12以及螺母11固定装配于中心轴3-1上；

具体的，当盘类零件9的中心孔与中心轴3-1固定装配时：整垫圈13套设于中心轴3-1上并处于盘类零件9与斜盘8之间，整垫圈13的两端面分别与盘类零件9和斜盘8紧贴；杯型套筒12和螺母11设置在中心轴3-1的端部，且螺母11与中心轴3-1的端部螺纹连接。

如图2所示，作为本发明优选的实施方案，斜盘8右端面与中心轴3-1的交界处形成钝角区域，该钝角区域模拟了盘类零件9装配结构，调整垫圈13安装于该区域，该钝角区域需要按照实际盘类零件9尺寸及装配要求进行一对一细微调整。

如图2所示，作为本发明优选的实施方案，盘类零件9的中心孔与试验装置的中心轴3-1接触区域也需要按照实际装配要求进行调整，该处为了避免采用发动机真实零件，做了简化处理，但不影响发明内容提到的试验装置结构。

参照图1和图2，作为本发明优选的实施方案，盘缘8-1朝向中心轴3-1的一侧设有第一转接凸台8-1-1，转接零件10包括外隔圈10-1和内隔圈10-2，第一转接凸台8-1-1与盘类零件9的转接凸台9-1之间通过外隔圈10-1和内隔圈10-2连接。转接零件10采用发动机真实零件，转接零件10的外隔圈10-1和内隔圈10-2按照盘类零件9在其实际装配位置的尺寸进行设计，外隔圈10-1和内隔圈10-2尺寸及装配均按发动机实际要求进行。

由于盘类零件9在实际装配中与两个隔圈相连接，所以转接零件10是发动机真实零件，盘类零件9、两个隔圈、斜盘盘缘连接处的第一转接凸台都是实际零件尺寸，它们的连接结构可称为采用内外隔圈进行紧度配合的结构。因此，斜盘盘缘右端两个凸台的端面是需要根据盘类零件9的实际模拟需求，按实际尺寸及装配要求进行一对一设计的。可能是一个凸台，也可能没有凸台。没有凸台时便不需要接零件10。

本发明施加轴向挠度的盘类零件试验方法，其过程如下：

步骤1，将盘类零件9与中心轴3-1固定装配，并通过转接零件10将盘类零件9外缘的转接凸台9-1与斜盘8的盘缘8-1连接；将转接器2与旋转类零件试验器的输出轴相连；

步骤2，通过旋转类零件试验器驱动转接器2转动，转接器2的转动驱动斜盘主体3的中心轴3-1和斜盘8同步转动；中心轴3-1的转动驱动盘类零件9与中心轴3-1同步转动；

斜盘8转动过程中，盘缘8-1通过转接零件10向盘类零件9外缘的转接凸台9-1施加力，转接凸台9-1受到转接零件10的作用力后使盘类零件9产生轴向挠度；

步骤3，控制斜盘8的转速，使盘类零件9产生相应转速下的轴向挠度。

作为本发明优选的实施方案，步骤2中，通过旋转类零件试验器驱动转接器2转动后，通过分别在盘缘8-1以及中心轴3-1处去材料的方式进行动平衡调整，使安装了盘类零件9以及施加轴向挠度的盘类零件试验装置的整体结构的动平衡状态达到要求。

作为本发明优选的实施方案，进行动平衡调整时：盘缘8-1在与转接零件10相对的侧面去材料，中心轴3-1在其端面去材料。

实施例

本实施例的施加轴向挠度的盘类零件试验方法，其过程如下：

步骤1，将盘类零件9与中心轴3-1固定装配，并通过转接零件10将盘类零件9外缘的转接凸台9-1与斜盘8的盘缘8-1连接；将转接器2与旋转类零件试验器的输出轴相连；

步骤2，通过旋转类零件试验器驱动转接器2转动，转接器2的转动驱动斜盘主体3的中心轴3-1和斜盘8同步转动；中心轴3-1的转动驱动盘类零件9与中心轴3-1同步转动；

当转接器2、中心轴3-1、斜盘8和盘类零件9转动后，在盘缘8-1在与转接零件10相对的侧面(图1和图2所示的第一动平衡调整区1)去材料以及中心轴3-1在其端面(图1和图2所示的第二动平衡调整区7)去材料进行动平衡调整，使安装了盘类零件9以及施加轴向挠度的盘类零件试验装置的整体结构的动平衡状态达到要求；

步骤3，控制斜盘8的转速，使盘类零件9产生相应转速下的轴向挠度。

如图3所示，是本发明试验装置试验状态下的等效应力图，试验装置在试验状态下(15800转/分钟)最大等效应力值为517MPa，其材料强度极限为1070MPa，因此具有足够的强度裕度储备。

如图4所示，试验装置在装配状态(0转速)的最大位移不足0.09mm；如图5所示，试验装置在试验状态下(15800转/分钟)最大位移仅有0.4mm，而盘类零件9在装配时(0转速)便预先施加了很大的预紧力(1.5mm的轴向挠度)，可见试验装置在大载荷时(15800转/分钟)仍具有非常高的稳定性。

Claims (8)

1.一种试验装置，其特征在于，包括斜盘主体(3)、转接器(2)和转接零件(10)，斜盘主体(3)为回转体结构；转接器(2)与斜盘主体(3)同轴连接，并能够与旋转类零件试验器的输出轴相连；斜盘主体(3)包括斜盘(8)和用于与盘类零件(9)的中心孔进行装配的中心轴(3-1)，斜盘(8)设置于中心轴(3-1)的一端，斜盘(8)与中心轴(3-1)的轴线之间的夹角为钝角，斜盘(8)的外缘具有盘缘(8-1)，盘缘(8-1)朝向中心轴(3-1)的一侧与转接零件(10)连接；当盘类零件(9)的中心孔与中心轴(3-1)固定装配后，盘类零件(9)外缘的转接凸台(9-1)与转接零件(10)连接；

转接器(2)设置于中心轴(3-1)设置斜盘(8)的一端，转接器(2)包括连接轴(2-1)和法兰(2-2)，连接轴(2-1)的一端与中心轴(3-1)连接，另一端与法兰(2-2)固定连接，法兰(2-2)与连接轴(2-1)的连接部、连接轴(2-1)与中心轴(3-1)的连接部以及中心轴与斜盘(8)靠近连接轴(2-1)一侧的连接部均设置为圆弧过度面(3-2)；

连接轴(2-1)的直径小于中心轴(3-1)的直径；

斜盘(8)上靠近连接轴(2-1)一侧从连接轴(2-1)至盘缘(8-1)之间的部分设为弧形面。

2.根据权利要求1所述的一种试验装置，其特征在于，还包括调整垫圈(13)、杯型套筒(12)以及螺母(11)，盘类零件(9)通过调整垫圈(13)、杯型套筒(12)以及螺母(11)固定装配于中心轴(3-1)上。

3.根据权利要求2所述的一种试验装置，其特征在于，当盘类零件(9)的中心孔与中心轴(3-1)固定装配时：调整垫圈(13)套设于中心轴(3-1)上并处于盘类零件(9)与斜盘(8)之间，调整垫圈(13)的两端面分别与盘类零件(9)和斜盘(8)紧贴；杯型套筒(12)和螺母(11)设置在中心轴(3-1)的端部，且螺母(11)与中心轴(3-1)的端部螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的一种试验装置，其特征在于，斜盘(8)右端面与中心轴(3-1)的交界处形成钝角区域，该钝角区域模拟了盘类零件(9)装配结构，调整垫圈(13)安装于该区域。

5.根据权利要求1所述的一种试验装置，其特征在于，盘缘(8-1)朝向中心轴(3-1)的一侧设有第一转接凸台(8-1-1)，转接零件(10)包括外隔圈(10-1)和内隔圈(10-2)，第一转接凸台(8-1-1)与盘类零件(9)的转接凸台(9-1)之间通过外隔圈(10-1)和内隔圈(10-2)连接。

6.一种试验方法，其特征在于，通过权利要求1-5任意一项所述的试验装置进行，过程如下：

步骤1，将盘类零件(9)与中心轴(3-1)固定装配，并通过转接零件(10)将盘类零件(9)外缘的转接凸台(9-1)与斜盘(8)的盘缘(8-1)连接；将转接器(2)与旋转类零件试验器的输出轴相连；

步骤2，通过旋转类零件试验器驱动转接器(2)转动，转接器(2)的转动驱动斜盘主体(3)的中心轴(3-1)和斜盘(8)同步转动；中心轴(3-1)的转动驱动盘类零件(9)与中心轴(3-1)同步转动；

斜盘（ 8） 转动过程中，盘缘(8-1)通过转接零件(10)向盘类零件(9)外缘的转接凸台(9-1)施加力，转接凸台(9-1)受到转接零件(10)的作用力后使盘类零件(9)产生轴向挠度；

步骤3，控制斜盘(8)的转速，使盘类零件(9)产生相应转速下的轴向挠度。

7.根据权利要求6所述的一种试验方法，其特征在于，步骤2中，通过旋转类零件试验器驱动转接器(2)转动后，通过分别在盘缘(8-1)以及中心轴(3-1)处去材料的方式进行动平衡调整，使安装了盘类零件(9)以及试验装置的整体结构的动平衡状态达到要求。

8.根据权利要求7所述的一种试验方法，其特征在于，进行动平衡调整时：盘缘(8-1)在与转接零件(10)相对的侧面去材料，中心轴(3-1)在其端面去材料。

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