CN110039472A - 转静子定位装置及其定位方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种转静子定位装置，该装置包括：内半部、外半部和精密微调螺栓，其中，所述内半部包括与转子件的轴心孔配合并控制转子件与静子件的径向间隙的精密轴、与所述外半部配接的第一限位结构和与转子件连接的第二限位结构；所述外半部包括与所述内半部配接的第三限位结构以及用于与静子件连接的第四限位结构；所述精密微调螺栓与所述内半部螺纹连接，以用于轴向精确定位转子件以及精确控制转子件与静子件的轴向间隙；此外，本申请还涉及一种使用所述转静子定位装置进行转静子定位的方法。

Description

转静子定位装置及其定位方法
技术领域
本申请涉及一种转静子定位装置及其定位方法，尤其涉及一种需要同时进行轴向和周向精确定位的航天发动机精密转静子定位装置及其定位方法，属于透平机械装配领域。
背景技术
透平机械作为一种能量转换的关键部件之一，无论是在航空航天还是其他机械领域，均有广泛应用。透平机械的装配是透平机械生产的重要环节，其装配质量对产品性能的实现有不可忽视的影响，其装配效率是产品工程化应用的制约因素之一。
透平机械的转子件与静子件压装时，一般采用先将与转静子配合的零件压装到转子轴上，将所述零件装配到位并固定后再压装静子件。而在某些精密复杂的设计结构中，需要将转子轴和静子件定位后再压装与转静子件配合的零件，配合件压装前转子件与静子件互相独立，转子轴与静子件定心、定位困难，并且转静子件压装时，需要精确控制转静子的轴向和径向间隙，压装后锁紧转子件时需要保证转子件周向固定。在现有技术中，通过零件的理论尺寸制造定位工装进行压装，由于定位定心困难，零件加工误差也无法避免，并且受转子件轴承游隙影响，依靠理论尺寸制作的定位装置无法对转子轴和静子件同时进行精确的轴向和周向定位，无法精确控制转静子轴向和径向间隙，若压装后发现偏差，更是需要多次反复拆装调整，尤其是产品工程化应用时更加无法保证装配的精确和快捷。
发明内容
为了解决某种精密透平机械的精密转静子定心、定位困难，零件压装影响因素较多，工程化应用性不高，无法精益装配等技术问题，本申请提供了一种转静子定位装置，该定位装置通过其各部位的精密尺寸以及其与转子件和静子件的精密连接实现对转子件和静子件同时进行轴向和周向精确定位，在压装转静子配合件(轴承、尺寸调整件)之前，对转子件和静子件精确定心并控制转静子径向间隙，以及轴向调整修正轴承游隙和零件加工误差对轴向位置和轴向间隙的影响，同时在压装过程中精确控制转静子间隙，从而实现定心、调距、防转的目的，提高转静子压装质量，实现精益装配。
本申请的转静子定位装置包括：内半部、外半部和精密微调螺栓，其中：
所述内半部包括与转子件的轴心孔配合的精密轴、与所述外半部配接的第一限位结构和与转子件连接的第二限位结构；
所述外半部包括与所述内半部配接的第三限位结构以及用于与静子件连接的第四限位结构；
其中：
所述精密轴对转子件和静子件进行精确定心并控制转子件与静子件的径向间隙；
所述第一限位结构与所述第三限位结构配接，限制所述内半部与所述外半部之间的相对周向转动；
所述第二限位结构限制转子件相对于所述内半部周向转动；
所述第四限位结构用于使定位装置与静子件轴向固定以及限制静子件相对于所述外半部周向转动；
所述精密微调螺栓与所述内半部螺纹连接，以用于轴向精确定位转子件以及精确控制转子件与静子件的轴向间隙。
优选地，所述第一限位结构与所述第三限位结构是键槽配合。
优选地，所述第二限位结构是设置在所述内半部上端面上的凸台结构。
更优选地，所述凸台结构由多个彼此间隔开的凸台组成。
在一个优选的实施方式中，所述第四限位结构是螺孔结构。
更优选地，所述螺孔结构包括多个彼此间隔开的螺孔。
另外，本申请还涉及一种使用上述转静子定位装置进行转静子定位的方法，该方法包括：
步骤一、根据尺寸测量值和位置关系确定所述精密微调螺栓从内半部露出的高度H3以及尺寸调整件的轴向长度H8；
步骤二、将所述精密微调螺栓安装至所述内半部上，并使精密微调螺栓从所述内半部露出高度H3；
步骤三、通过使所述内半部的精密轴伸入转子件的轴心孔并与其配合，同时使所述第二限位结构与转子件上的相应配合结构卡接，来将转子件安装至所述定位装置上并压装到位；
步骤四、将压装好转子件的定位装置的内半部安装至定位装置的外半部上；
步骤五、通过所述第四限位结构将静子件压装至定位装置的外半部上；
步骤六、安装与转子件和静子件配合的所述尺寸调整件和轴承，并对其进行紧固；
步骤七、拆下定位装置。
在一个优选的实施方式中，在所述步骤一中，首先，测量所述定位装置外半部的高度H1、所述定位装置的内半部的高度H2、静子件与定位装置的外半部的配合面到静子件与轴承的配合面的距离H4、静子件的与轴承的配合面到转静子间隙面的距离H5、转子件的转静子间隙面到转子件与定位装置的内半部的配合面的距离H6以及转静子间隙H7；
其次，根据位置关系的表达式H1+H4＝H5+H7+H6+H2+H3＝H3+H2+H6+H8确定所述精密微调螺栓从所述内半部露出的高度H3以及所述尺寸调整件的轴向长度H8。
优选地，在所述步骤五中，使用精密螺栓固定所述外半部与静子件。
更优选地，在所述步骤六中，使用压紧螺母对所述尺寸调整件和轴承进行紧固。
在本申请中，通过定位装置的外半部与内半部的精密键槽连接结构、定位装置的内半部采用限位结构与转子件端面匹配以及采用精密螺栓固定转静子与定位装置，能够实现转子件和静子件的周向精确定位和防转。
通过定位装置的内半部的精密轴结构与转子件的轴心孔进行精密匹配、定位装置的外半部与内半部的精密键槽结构以及定位装置的内半部与外半部的精密尺寸匹配，能够实现转静子配合件压装前对转子件和静子件精确定心并控制转静子径向间隙。
通过采用精密微调螺栓结构、根据零件的实际加工尺寸调节精密微调螺栓、对定位装置两半部的轴向相对位置进行微调以及修正轴承游隙和零件加工误差对转静子轴向位置的影响，能够实现转静子件压装前对转静子件的压装位置的精确控制，同时精确、快捷地控制转静子轴向间隙，以实现产品的精益装配。
通过定位装置内半部的精密轴结构对转静子定心、定位装置的限位结构对转子防转、精密微调螺栓对转静子轴向位置的调节等，能够实现转静子件同时定心、调距、防转三合一功能，且本申请的转静子定位装置结构简单、实用性强且操作性高。
附图说明
附图示出了本申请的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本申请的原理，其中包括了这些附图以提供对本申请的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是示出本申请的转静子定位装置的一个实施例的示意图；
图2是示出本申请的转静子定位装置的一个实施例的截面图；
图3是示出本申请的转静子定位装置的一个实施例的立体图；
图4是示出使用本申请的转静子定位装置进行转静子件装配的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。
从图1和图2中可见，本申请的转静子定位装置包括内半部1、外半部2和精密微调螺栓3。
为了实现对转静子件进行定心、调距、防转这样的三合一功能，内半部1包括精密轴，该精密轴与转子件的轴心孔配合以对转子件和静子件进行精确定心，并且控制转子件与静子件的径向间隙，此外，内半部1还包括与外半部2配接的第一限位结构10和与转子件连接的第二限位结构4。
外半部2包括与内半部1配接的第三限位结构11以及用于与静子件连接的第四限位结构5。
在图示的本申请的一个优选的实施例中，第一限位结构10与第三限位结构11是键槽配合。可选地，第一限位结构10是键结构，第三限位结构11是槽结构，所述第一限位结构与所述第三限位结构配接，限制内半部1与外半部2之间的相对周向转动。
如图所示，在本实施例中，所述第二限位结构是设置在内半部1的上端面上的凸台结构4，该凸台结构用于限制转子件相对于内半部1周向转动。优选地，所述凸台结构由多个彼此间隔开的凸台组成。
所述第四限位结构在本实施例中是螺孔结构5，如图4所示，其用于使定位装置与静子件8轴向固定以及限制静子件8相对于外半部2周向转动。优选地，所述螺孔结构包括多个彼此间隔开的螺孔。
如图所示，精密微调螺栓3与内半部1螺纹连接，以用于轴向精确定位转子件9以及精确控制转子件与静子件的轴向间隙。
本领域技术人员可以理解的是，上述的限位结构仅为优选方式，任何能够实现上述限位功能的结构均可以用来替换上述优选结构，并因此仍落在本申请的保护范围内。
在本申请中，定位装置的外半部2与内半部1的精密键槽配合结构以及定位装置的内半部1上的凸台结构4与转子件的端面上的相应结构相匹配，能够实现转子件和静子件的周向精确定位和防转。
定位装置的内半部1上的精密轴结构与转子件9的轴心孔进行精密匹配、定位装置的外半部2和内半部1的精密键槽配合结构再加上定位装置的内半部1和外半部2的精密尺寸匹配，能够实现在将转静子配合件(尺寸调整件6和轴承7)压装在转静子件上之前，对转子件和静子件精确定心并控制转静子件之间的径向间隙。
根据零件的实际加工尺寸调节精密微调螺栓3，对定位装置的内半部1和外半部2之间的轴向相对位置进行微调，修正轴承游隙和零件加工误差对转静子轴向位置的影响，实现转静子件压装前精确控制转静子件的压装位置，同时精确、快捷地控制转静子间隙，实现产品的精益装配。
可见，在本申请中，能够同时实现定位装置内半部的精密轴结构对转静子的精确定心、定位装置的限位结构(凸台、键槽、螺孔等)对转子的防转以及精密微调螺栓对转静子的轴向位置的精确调节，从而能够实现转静子件同时定心、调距、防转的三合一功能，并且，本申请的结构简单、实用性强和操作性高。
这种转静子定位装置的内半部与外半部的配合键槽及轴径几何尺寸、内半部的精密轴轴径几何尺寸、内半部与外半部的轴向几何尺寸、微调螺栓的轴向和轴径几何尺寸等都是重要的结构参数，均会对定位装置的定位效果的精确性产生明显的影响，因此，需要对这些重要的几何参数进行合理匹配，进行一体化设计，下面参照图4详细说明使用本申请的转静子定位装置进行转静子定位的方法。
本申请的转静子定位方法包括以下步骤：
步骤一、根据尺寸测量值和位置关系确定精密微调螺栓3从内半部1露出的高度H3以及尺寸调整件6的轴向长度H8(尺寸调整件用来精密调整零件加工误差、转静子间隙、轴承装配后游隙等尺寸)；
步骤二、将精密微调螺栓3安装至内半部1上，并使精密微调螺栓从内半部露出高度H3；
步骤三、通过使内半部1的精密轴伸入转子件9的轴心孔并与其配合，同时使第二限位结构4与转子件上的相应配合结构卡接，来将转子件安装至所述定位装置上并压装到位；
步骤四、将压装好转子件的定位装置的内半部1安装至定位装置的外半部2上；
步骤五、通过第四限位结构5将静子件压装至定位装置的外半部2上，优选地，使用精密螺栓固定所述外半部与静子件；
步骤六、安装与转子件9和静子件8配合的尺寸调整件6和轴承7，并对其进行紧固，优选地，使用压紧螺母对所述尺寸调整件和轴承进行紧固；
步骤七、拆下定位装置。
在本申请的一个优选实施例中，在所述步骤一中，首先，测量所述定位装置外半部的高度H1、所述定位装置的内半部的高度H2、静子件与定位装置的外半部的配合面到静子件与轴承的配合面的距离H4、静子件的与轴承的配合面到转静子间隙面的距离H5、转子件的转静子间隙面到转子件与定位装置的内半部的配合面的距离H6以及转静子间隙H7；
其次，根据位置关系的表达式H1+H4＝H5+H7+H6+H2+H3＝H3+H2+H6+H8确定所述精密微调螺栓从所述内半部露出的高度H3以及所述尺寸调整件的轴向长度H8。
另外，在装配过程中，可以合理分配精密调整零件加工误差、转静子间隙、轴承装配后游隙等尺寸以及对转子件和静子件进行优化选配，实现精益装配。
可见，在本申请中，通过各结构的精密连接配合及他们之间精密尺寸的合理匹配，能够实现转静子配合件压装前对转子件和静子件定心并同时轴向和周向精确定位，能够修正轴承游隙和零件加工误差对转静子轴向位置的影响，实现转静子件压装前精确控制转静子件的压装位置，同时，能够精确、快捷地控制转静子间隙，实现转静子件同时定心、调距、防转三合一功能，实现产品的精益装配。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本申请，而并非是对本申请的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本申请的范围内。

Claims (10)

1.一种转静子定位装置，包括：内半部、外半部和精密微调螺栓，其中：
所述内半部包括与转子件的轴心孔配合的精密轴、与所述外半部配接的第一限位结构和与转子件连接的第二限位结构；
所述外半部包括与所述内半部配接的第三限位结构以及用于与静子件连接的第四限位结构；
其中：
所述精密轴对转子件和静子件进行精确定心并控制转子件与静子件的径向间隙；
所述第一限位结构与所述第三限位结构配接，限制所述内半部与所述外半部之间的相对周向转动；
所述第二限位结构限制转子件相对于所述内半部周向转动；
所述第四限位结构用于使定位装置与静子件轴向固定以及限制静子件相对于所述外半部周向转动；
所述精密微调螺栓与所述内半部螺纹连接，以用于轴向精确定位转子件以及精确控制转子件与静子件的轴向间隙。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述第一限位结构与所述第三限位结构是键槽配合。
3.根据权利要求2所述的定位装置，其特征在于，所述第二限位结构是设置在所述内半部上端面上的凸台结构。
4.根据权利要求3所述的定位装置，其特征在于，所述凸台结构由多个彼此间隔开的凸台组成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述第四限位结构是螺孔结构。
6.根据权利要求5所述的定位装置，其特征在于，所述螺孔结构包括多个彼此间隔开的螺孔。
7.一种使用根据权利要求1-6中任一项所述的转静子定位装置进行转静子定位的方法，包括：
步骤一、根据尺寸测量值和位置关系确定所述精密微调螺栓从内半部露出的高度H3以及尺寸调整件的轴向长度H8；
步骤二、将所述精密微调螺栓安装至所述内半部上，并使精密微调螺栓从所述内半部露出高度H3；
步骤三、通过使所述内半部的精密轴伸入转子件的轴心孔并与其配合，同时使所述第二限位结构与转子件上的相应配合结构卡接，来将转子件安装至所述定位装置上并压装到位；
步骤四、将压装好转子件的定位装置的内半部安装至定位装置的外半部上；
步骤五、通过所述第四限位结构将静子件压装至定位装置的外半部上；
步骤六、安装与转子件和静子件配合的所述尺寸调整件和轴承，并对其进行紧固；
步骤七、拆下定位装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
在所述步骤一中，首先，测量所述定位装置外半部的高度H1、所述定位装置的内半部的高度H2、静子件与定位装置的外半部的配合面到静子件与轴承的配合面的距离H4、静子件的与轴承的配合面到转静子间隙面的距离H5、转子件的转静子间隙面到转子件与定位装置的内半部的配合面的距离H6以及转静子间隙H7；
其次，根据位置关系的表达式H1+H4＝H5+H7+H6+H2+H3＝H3+H2+H6+H8确定所述精密微调螺栓从所述内半部露出的高度H3以及所述尺寸调整件的轴向长度H8。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，
在所述步骤五中，使用精密螺栓固定所述外半部与静子件。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
在所述步骤六中，使用压紧螺母对所述尺寸调整件和轴承进行紧固。
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