CN110640446B - 航空发动机高压涡轮后轴螺母的拧紧装置及拧紧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空发动机高压涡轮的后轴螺母的拧紧装置以及拧紧方法，其中，所述拧紧装置包括内止工装，所述内止工装包括第一卡紧部，所述第一卡紧部可于高压涡轮后轴内固定，以固定高压涡轮后轴；外转工装，所述外转工装包括第二卡紧部、旋转部，所述第二卡紧部可与后轴螺母卡紧，所述旋转部带动所述第二卡紧部，以旋转拧紧后轴螺母；扭杆，所述扭杆的一端与所述内止工装连接，另一端固定，以负载内止工装所受的转动扭矩，以保持高压涡轮后轴在拧紧过程中静止。上述拧紧装置与拧紧方法具有精度高、操作简便等优点。

Description

航空发动机高压涡轮后轴螺母的拧紧装置及拧紧方法

技术领域

本发明涉及一种拧紧或松开螺纹件的装置及方法，特别涉及一种航空发动机高压涡轮后轴螺母的拧紧装置及拧紧方法。

背景技术

航空发动机核心机的转子部分由高压压气机转子及高压涡轮转子组成，该高压组合转子上装配有轴承及封严蓖齿环等。由于结构设计需要，如图6所示，在高压涡轮转子后轴4轴端设计有外螺纹，该处装配一大尺寸的后轴螺母43，后轴螺母43的作用是压紧高压转子后轴4上装配的轴承外环及后轴封严篦齿环41。后轴螺母43的拧紧力矩要求通常大于800N.m；后轴螺母43在拧紧过程中，需要保证转子部分不发生旋转运动；后轴螺母43上带有锁片42，在达到拧紧力矩范围后，需对准高压涡轮后轴4的轴端凹槽44，并弯折锁片42，使得锁片42与后轴的轴端凹槽44卡合固定，防止在发动机运行时，后轴螺母43发生松动而导致压紧失效。由于后轴螺母43的装配质量关系到航空发动机的性能及安全，所以需要对后轴螺母43拧紧过程中的扭矩及转动位置进行监控。基于上述需求，现有的手动拧紧装置以及方法很难精确且高效完成后轴螺母43的拧紧，成为航空发动机装配过程中的一大难点。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种航空发动机高压涡轮的后轴螺母的拧紧装置。

本发明的一个目的是提供一种航空发动机高压涡轮的后轴螺母的拧紧方法。

根据本发明一个方面的一种航空发动机高压涡轮的后轴螺母的拧紧装置，包括：内止工装，所述内止工装包括第一卡紧部，所述第一卡紧部可于高压涡轮后轴内固定，以固定高压涡轮后轴；外转工装，所述外转工装包括第二卡紧部、旋转部，所述第二卡紧部可与后轴螺母卡紧，所述旋转部带动所述第二卡紧部，以旋转拧紧后轴螺母；扭杆，所述扭杆的一端与所述内止工装连接，另一端固定，以负载内止工装所受的转动扭矩，以保持高压涡轮后轴在拧紧过程固定。

在所述拧紧装置的实施例中，所述拧紧装置还包括扭矩监控部，所述扭矩监控部用于监控后轴螺母的拧紧力矩，以判断后轴螺母是否拧紧以及拧紧力矩是否超限。

在所述拧紧装置的实施例中，所述拧紧装置还包括位置监控部，所述位置监控部，所述位置监控部用于监控后轴螺母旋转拧紧的位置，以监控后轴螺母的锁片与后轴轴端凹槽的对齐情况。

在所述拧紧装置的实施例中，所述位置监控部包括相机，所述相机位于所述旋转部的内侧，以拍摄后轴螺母的旋转位置的影像，判断后轴螺母的锁片与后轴的轴端凹槽是否对齐。

在所述拧紧装置的实施例中，所述内止工装包括筒体基座，基座开设有导轨，所述第一卡紧部包括多个滑块，所述多个滑块的每一个均可在所述导轨滑动，每个所述滑块的外端包括凸起，所述凸起与所述后轴轴端凹槽卡合，以固定高压涡轮后轴。

在所述拧紧装置的实施例中，所述筒体基座的还开设有连接孔，所述扭杆的一端与所述内止工装的所述连接孔。

在所述拧紧装置的实施例中，所述拧紧装置还包括电动拧紧枪以及机械臂，所述外转工装还包括第一转接部、第二转接部以及第三转接部；所述机械臂与所述第一转接部连接，以移动所述外转工装；所述第二转接部两端分别与所述旋转部、所述电动拧紧枪连接，所述电动拧紧枪通过所述第二转接部驱动所述旋转部；所述扭杆的另一端固定于所述第三转接部，所述第三转接部连接于所述第一转接部，以使所述机械臂负载所述扭杆负载的内止工装所受的转动扭矩。

在所述拧紧装置的实施例中，所述拧紧装置还包括调节机构，所述调节机构包括调节螺母、铰链以及调节工装，所述调节工装与所述外转工装相连，通过所述调节机构的转动，调节所述外转工装的位置，以配合后轴的安装位置。

根据本发明的另一方面的一种航空发动机高压涡轮的后轴螺母的拧紧方法，包括：

(a)将拧紧装置的内止工装置于后轴内，卡紧后轴；

(b)将拧紧装置的外转工装卡紧后轴螺母，带动第二卡紧部旋转以拧紧后轴螺母，且旋转后轴螺母至锁片与后轴的轴端凹槽对齐位置；

(c)弯折后轴螺母的锁片，使得锁片与后轴的轴端凹槽卡合固定。

在所述拧紧方法的实施例中，在所述(b)中，利用位置监测部判断后轴螺母的锁片与后轴的轴端凹槽是否对齐，若未对齐，则继续拧紧，直至对齐或拧紧力达到上限报警。

本发明的进步效果至少包括：

1.实现了航空发动机的后轴螺母的高精度自动化拧紧；

2.实现了航空发动机的后轴螺母的锁片与高压涡轮后轴的轴端凹槽的自动化对齐；

3.实现了实时监控螺母拧紧过程中的拧紧力与螺母旋转位置的对应关系，保证最终的螺母预紧力满足设计要求，且出现异常时具有报警功能。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1是根据拧紧装置的一种实施例的结构示意图。

图2是根据拧紧装置的内止工装以及外转工装的一种实施例的装配结构剖视图。

图3是根据图2所示的拧紧装置的外转工装的爆炸视图。

图4是根据图2所示的拧紧装置的内止工装的结构示意图。

图5是根据拧紧装置的调节机构的一种实施例的结构示意图。

图6是根据后轴螺母与后轴的连接结构示意图。

图7是根据后轴螺母的拧紧方法的流程图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者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。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

参考图1，在一些实施例中，拧紧装置包括内止外转式工装1，还可与包括大扭矩电动拧紧枪2以及可移动式助力机械臂3。其中，如图2至图6所示，内止外转式工装1包括外转工装11、内止工装12以及扭杆1111。如图4所示，内止工装12包括第一卡紧部125，参考图6，第一卡紧部125可于后轴4内固定，以固定高压涡轮后轴4。外转工装11可以包括第二卡紧部1112、旋转部116，第二卡紧部1112可与后轴螺母43卡紧，旋转部116可带动第二卡紧部112，以旋转拧紧后轴螺母43。扭杆1111的一端与内止工装12连接，另一端固定，以负载内止工装12所受的转动扭矩，以保持高压涡轮后轴4在拧紧过程固定。即在旋转部116旋转第二卡紧部1112以拧紧被第二卡紧部1112卡紧的后轴螺母43时，后轴螺母43与后轴4的外螺纹拧紧，后轴4受到后轴43拧紧力矩的反作用力矩，该反作用力矩传递至与后轴4固定的第一卡紧部125，即传递至内止工装12，内止工装12将扭矩传递至扭杆1111，最终传递被固定的扭杆1111承载，以保持高压涡轮后轴4在拧紧过程固定，即避免后轴4在拧紧过程中发生与螺母43拧紧方向相同的转动而降低拧紧效率。

具体地，在一些实施例中，如图4所示，内止工装12的具体结构可以是，内止工装12包括筒体基座122，筒体基座122开设有导轨123，第一卡紧部125包括多个滑块，所述多个滑块的每一个均可在导轨123滑动，每个所述滑块的外端包括凸起126，凸起126与图6所示的后轴的轴端凹槽44卡合，以固定高压涡轮后轴4，如此获得的有益效果在于，内止工装12与后轴4的固定可靠。继续参考图4，内止工装12还可以包括把手121、凸柱124，安装人员操作时可以手握把手121即可将内止工装12推入后轴4内，接触凸柱124即可拨动滑块在导轨123滑动至与后轴4的轴端凹槽44卡合的位置，进一步便于安装人员的操作。参考图4，内至工装12还可以包括筒体基座121底面开设的连接孔127，结合图2所示，连接孔127的形状与扭杆1111匹配，扭杆1111与内止工装12的连接孔127连接。

参考图2、图3、图5、图6，外转工装11的第二卡紧部1112卡紧后轴螺母43的具体结构可以是如图3、图6所示，第二卡紧部1112具有多个凸块1113，凸块1113与后轴螺母42的多个锁片43之间形成的锁片槽45卡合，使得第二卡紧部1112与后轴螺母43卡紧。旋转部116可带动第二卡紧部1112旋转，以旋转拧紧后轴螺母43。具体地，如图2、图3所示，旋转部116的具体结构可以是套筒结构。进一步地，参考图1至图3，外转工装11还包括第一转接部111、第二转接部112以及第三转接部；可移动式助力机械臂3与第一转接部111连接，以自动移动外转工装11；第二转接部112两端分别与旋转部116、大扭矩电动拧紧枪2的输出端连接，即大扭矩电动拧紧枪2通过第二转接部112驱动旋转部116，为旋转部116驱动后轴螺母43旋转提供动力；扭杆1111的另一端固定于第三转接部113，通过第三转接部113、第一转接部111连接可移动式助力机械臂3，以使可移动式助力机械臂3负载扭杆1111负载的内止工装12所受的转动扭矩，以在拧紧过程中固定后轴4；外转工装还可以包括第四转接部118，第四转接部118与第一转接部111连接，以将拧紧枪2固定于可移动式助力机械臂3；可以看出，可移动式助力机械臂3负载内止外转式拧紧工装1及大扭矩电动拧紧枪2的重量，并提供一定的抗扭作用；采用可移动式助力机械臂3以及大扭矩电动拧紧枪2的设置，可实现了拧紧过程的全自动化操作，不仅提高了拧紧过程的效率，也提高了不同批次拧紧装配的一致性。第一连接部111与第三连接部113的具体连接结构可以是如图2、图3所示的，第二转接部112为中空结构，第三转接部113穿过第二转接部112的中空结构与第一转接部111连接，但不以此为限。在旋转件116与第三转接件113之间还可以设置轴承114，以增大外转工装11的刚度。外转工装11还可以包括防撞架117，以保护可移动式助力机械臂3。

参考图5，在一些实施例中，拧紧装置还可以包括调节机构30，调节机构30包括调节螺母31、铰链32以及调节工装33，调节工装33与外转工装11相连，通过调节机构30的转动，调节外转工装11的位置，以配合后轴4的安装位置，即当后轴4的安装工位在水平方向存在微小偏差时，调节机构30可以及时调节外转工装11在的角度，使其与后轴4相匹配。

在一些实施例中，拧紧装置还可以包括扭矩监控部，用于监控拧紧后轴螺母43的过程中的拧紧力矩大小，以判断后轴螺母43是否拧紧(拧紧力矩达到拧紧下限)以及拧紧力矩是否超限。进一步地，拧紧装置还包括位置监控部，所述位置监控部用于监控后轴螺母43旋转拧紧的位置，以监控后轴螺母43的锁片42与后轴轴端凹槽44的对齐情况，具体地，如图2、图3所示，位置监控部的具体结构可以包括CCD相机119及光源1110，固定于外转工装11的相机支架115上，相机119位于旋转部116的内侧，以拍摄后轴螺母43的旋转位置的影像，判断后轴螺母43的锁片42与后轴的轴端凹槽44是否对齐。尽管位置监控部可以采用其它方法来判断是否对齐，例如采用激光照射判断的方式，每个轴端凹槽44均对应照射激光束，轴端凹槽44无法接收到激光信号，则说明锁片42已对齐轴端凹槽44。采用相机拍摄的方式，其结构简单，成本低，且除了采用图像识别软件自动判断外，可以人工调阅拍摄的影像进行二次校验，位置监控结果的可靠性高。当扭矩监控部监测到拧紧力矩已达到拧紧(即达到拧紧的下限)，而位置监控部却发现锁片42未对齐轴端凹槽44，需要继续拧紧或后轴螺母43时，扭矩监控部监控拧紧力矩，可以避免现有技术中依靠人工拧动扳手而导致的为了对齐锁片而一味拧紧，导致拧紧力矩过大而引起结构安全隐患。扭矩监控部的可以包括扭矩传感器以及对应的显示结果装置，其具体结构在本说明书中不再赘述。

如图7所示，后轴螺母43的拧紧操作流程可以包括：首先操作工推动可移动式助力机械臂2至装配工位，操作工取下内止工装12并放置在高压涡轮后轴4内，将第一卡紧部125推出，固定高压涡轮后轴4，然后借助可移动式助力机械臂3移动外转工装11对准后轴螺母43，启动拧紧装置的自动拧紧程序，大扭矩电动拧紧枪2输出扭矩，同时监控拧紧力矩与螺母旋转位置的对应关系，当外转工装11达到限位角度后，退出外转工装11并回转拧紧枪2输出头，然后重新对准后轴螺母43，拧紧过程中判断扭矩是否达到设计扭矩范围下限，若达到下限则通过相机119判断后轴螺母43上的锁片42是否对齐后轴4的轴端锁片凹槽44，若未对齐则继续拧紧，直到对齐。若达到设计的扭矩上限，则报警。

从上述介绍可知，航空发动机高压涡轮的后轴螺母的拧紧方法可以包括以下步骤：

(a)将拧紧装置的内止工装置于后轴内，卡紧后轴；

(b)将拧紧装置的外转工装卡紧后轴螺母，带动第二卡紧部旋转以拧紧后轴螺母，且旋转后轴螺母至锁片与后轴的轴端凹槽对齐位置；

(c)弯折后轴螺母的锁片，使得锁片与后轴的轴端凹槽卡合固定。

具体地，在所述(b)中，利用位置监测部判断后轴螺母的锁片与后轴的轴端凹槽是否对齐，若未对齐，则继续拧紧，直至对齐或拧紧力超过上限。

综上，采用上述实施例的处理单元、处理装置及方法的有益效果至少包括：

一、实现了航空发动机的后轴螺母的高精度自动化拧紧；

二、实现了航空发动机的后轴螺母的锁片与高压涡轮后轴的轴端凹槽的自动化对齐；

三、实现了实时监控螺母拧紧过程中的拧紧力与螺母旋转位置的对应关系，保证最终的螺母预紧力满足设计要求，且出现异常时具有报警及急停功能。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种航空发动机高压涡轮的后轴螺母的拧紧装置，其特征在于，包括：

内止工装，所述内止工装包括第一卡紧部，所述第一卡紧部可于高压涡轮后轴内固定，以固定高压涡轮后轴，避免后轴在拧紧过程中发生与所述后轴螺母拧紧方向相同的转动；

外转工装，所述外转工装包括第二卡紧部、旋转部，所述第二卡紧部可与后轴螺母卡紧，所述旋转部带动所述第二卡紧部，以旋转拧紧后轴螺母；

扭矩监控部，所述扭矩监控部用于监控后轴螺母的拧紧力矩，以判断后轴螺母是否拧紧以及拧紧力矩是否超限；

位置监控部，所述位置监控部用于监控后轴螺母旋转拧紧的位置，以监控后轴螺母的锁片与后轴轴端凹槽的对齐情况；

扭杆，所述扭杆的一端与所述内止工装连接，另一端固定，以负载内止工装所受的转动扭矩，以保持高压涡轮后轴在拧紧过程固定。

2.如权利要求1所述的拧紧装置，其特征在于，所述位置监控部包括相机，所述相机位于所述旋转部的内侧，以拍摄后轴螺母的旋转位置的影像，判断后轴螺母的锁片与后轴的轴端凹槽是否对齐。

3.如权利要求1所述的拧紧装置，其特征在于，所述内止工装包括筒体基座，基座开设有导轨，所述第一卡紧部包括多个滑块，所述多个滑块的每一个均可在所述导轨滑动，每个所述滑块的外端包括凸起，所述凸起与所述后轴轴端凹槽卡合，以固定高压涡轮后轴。

4.如权利要求3所述的拧紧装置，其特征在于，所述筒体基座的还开设有连接孔，所述扭杆的一端与所述内止工装的所述连接孔。

5.如权利要求1所述的拧紧装置，其特征在于，所述拧紧装置还包括电动拧紧枪以及机械臂，所述外转工装还包括第一转接部、第二转接部以及第三转接部；所述机械臂与所述第一转接部连接，以移动所述外转工装；所述第二转接部两端分别与所述旋转部、所述电动拧紧枪连接，所述电动拧紧枪通过所述第二转接部驱动所述旋转部；所述扭杆的另一端固定于所述第三转接部，所述第三转接部连接于所述第一转接部，以使所述机械臂负载所述扭杆负载的内止工装所受的转动扭矩。

6.如权利要求1所述的拧紧装置，其特征在于，所述拧紧装置还包括调节机构，所述调节机构包括调节螺母、铰链以及调节工装，所述调节工装与所述外转工装相连，通过所述调节机构的转动，调节所述外转工装的位置，以配合后轴的安装位置。

7.一种航空发动机高压涡轮的后轴螺母的拧紧方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的拧紧装置，包括：

(a)将拧紧装置的内止工装置于后轴内，卡紧后轴，以保持所述后轴在拧紧过程中固定，避免后轴在拧紧过程中发生与所述后轴螺母拧紧方向相同的转动；

(b)将拧紧装置的外转工装卡紧后轴螺母，带动第二卡紧部旋转以拧紧后轴螺母，且旋转后轴螺母至锁片与后轴的轴端凹槽对齐位置；利用位置监测部判断后轴螺母的锁片与后轴的轴端凹槽是否对齐，若未对齐，则继续拧紧，直至对齐或拧紧力达到上限报警；

(c)弯折后轴螺母的锁片，使得锁片与后轴的轴端凹槽卡合固定。

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