CN110653736A - 一种旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置及方法，所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置包括连接盘结构、调整外螺纹套、驱动杆、第一滚针止推轴承、第二滚针止推轴承、筒体和扇形体，连接盘结构包括内螺纹套，内螺纹套上设有可供调整外螺纹套穿出的第一通孔，调整外螺纹套与内螺纹套螺纹连接，调整外螺纹套与驱动杆通过对向安装的第一滚针止推轴承和第二滚针止推轴承连接，驱动杆与筒体的一端连接；筒体的另一端连接扇形体的大端，扇形体的小端设有凸台与低压涡轮轴单元体的尾段内孔处的环形凹槽配合。本发明定位精确、安全可靠，承载能力，轴向位置调节准确。

Description

一种旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置及方法

技术领域

本发明属于装配领域，具体涉及一种旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置及方法。

背景技术

某型航空发动机低压涡轮单元体包括低压涡轮转静子单元体24、低压涡轮轴单元体21和低压涡轮承力机匣单元体25三部分。低压涡轮转子采用盘鼓式结构，静子机匣采用整体结构，各级涡轮盘之间采用螺栓连接。根据转静子的结构特点，低压涡轮转静子单元体采用转静子交替的工艺路线进行垂直装配。低压涡轮轴单元体通过精密螺栓与转静子单元体的支撑锥盘连接，后端支点轴承212与低压涡轮承力机匣单元体轴承座径向定位，通过承力机匣单元体25进行承力(图1)。

垂直状态下，低压涡轮单元体转静子组件在后端支点轴承处为径向定位，转静子轴向无连接定位结构，其轴向相对位置由工装进行保证。低压涡轮单元体静子组件机匣前安装边与装配架定位盘端面及止口配合，转子组件涡轮轴前端与装配架定位顶块23贴合，可通调节螺母22 调整顶块23升降而改变转子组件轴向位置，使得静子机匣前安装边与低涡一级盘前端面距离达到要求值，实现精确轴向定位，保证转静子轴向位置。

低压涡轮单元体采用垂直装配的方式在装配架上完成装配并调整轴向距离到要求值后，再将单元体转静子整体垂直起吊、调平后进行单元体对接装配，在垂直起吊过程中必须保证转静子的轴向位置不发生变化，避免转静子在安装过程中发生碰撞，且水平对接时转静子之间需要实现相互自由转动。

因低压涡轮单元体对接装配时低涡机匣前安装边与核心机后安装边需要紧密贴合，低压涡轮单元体转子组件水平对接时静子机匣前安装边及涡轮轴部分不允许安装定位工装，只能通过承力机匣位置实现转静子定位。承力机匣轴承座与后支点轴承径向定位，形成一个小空间内腔且无有效安装边，转静子组件定位的同时要能相互自由转动，给转静子轴向定位造成了很大的困难(图2)；低压涡轮转子组件重量较大，在垂直起吊过程中，转静子结构无法轴向传力，必须通过工艺方法进行控制。

综合以上分析，低压涡轮单元体转静子组件不仅要求精确轴向限位，转静子组件可以相互自由转动，而且垂直起吊过程中需要承受较大转子轴向载荷，承力机匣后端锥形腔为小空间内腔结构且没有与转子组件的有效连接安装边，实现转静子精确定位和转子轴向承载困难较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置及方法，以解决低压涡轮单元体装配过程中精确定位和转子轴向承载困难较大的问题。

为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，包括连接盘结构、调整外螺纹套、驱动杆、第一滚针止推轴承、第二滚针止推轴承、筒体和扇形体；

连接盘结构包括内螺纹套，内螺纹套内壁设有内螺纹；内螺纹套上设有可供调整外螺纹套穿出的第一通孔；

调整外螺纹套外壁设有外螺纹用于与内螺纹套连接；

调整外螺纹套与驱动杆通过对向安装的第一滚针止推轴承和第二滚针止推轴承连接；调整外螺纹套内腔设计有阶梯结构；第一滚针止推轴承和第二滚针止推轴承安装于阶梯结构两侧，阶梯结构设有能够供驱动杆穿过的第三通孔；

驱动杆与筒体的一端连接；筒体的另一端连接扇形体的大端，扇形体的小端设有与待装配低压涡轮轴单元体的尾段内孔处的环形凹槽配合的凸台结构。

进一步的，调整外螺纹套周向设有凹槽结构，内螺纹套上安装有限位螺钉；连接盘结构上限位螺钉卡入调整外螺纹套的凹槽结构时，调整外螺纹套无法转动，能够锁紧调整外螺纹套轴向位置。

进一步的，驱动杆设有与第一滚针止推轴承和第二滚针止推轴承相配合的台阶结构。

进一步的，驱动杆包括大端和小端；驱动杆的大端设有凸台；凸台一边端面与第一滚针止推轴承轴向端面的针形滚子配合，实现一个方向的轴向定位并承受转子重量；凸台另一端设计有四方扳手头；驱动杆的小端设计有驱动杆阶梯结构和螺纹段；驱动杆阶梯结构与筒体端面连接板的连接孔配合；驱动杆的螺纹段穿过连接板并通过螺母和垫片紧固连接为一体。

进一步的，驱动杆和筒体之间安装有销子，使驱动杆和筒体之间周向无相对位移。

进一步的，筒体的中部焊接有连接裙盘；

连接裙盘上设有螺纹孔和通孔，扇形体的大端设有扇形体螺纹孔和扇形体通孔；

短调整螺钉穿过对应连接裙盘上的通孔并和扇形体螺纹孔螺纹连接，将扇形体固定在筒体上；

长调整螺钉与对应连接裙盘的螺纹孔螺纹连接，并顶在止推轴套端面上；

扇形体内孔与筒体贴合，筒体上设置有定位销，用于固定扇形体与筒体的周向位置。

进一步的，第一滚针止推轴承和第二滚针止推轴承均为阶梯型轴承外圈，能够与筒体和驱动轴实现卡接定位与轴向定位。

进一步的，第一滚针止推轴承和第二滚针止推轴承均在轴向端面有一组针形滚子，径向内柱面有一组针形滚子。

一种利用旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置进行转静子精确定位的方法，包括以下步骤：

1)将扇形体小端的凸台结构勾接低压涡轮轴单元体的尾段内孔处的环形凹槽；

2)调节短调整螺钉将扇形体向上提起，使凸台结构与环形凹槽贴紧；调节长调整螺钉顶紧止推轴套，与低压涡轮轴单元体的尾段外端面贴合顶死；

3)通过设置于筒体上的定位销固定扇形体与筒体的周向位置；

4)将连接盘结构通过内螺纹套安装在调整外螺纹套上，将限位螺钉拧入调整外螺纹套上的凹槽结构，锁紧调整外螺纹套的轴向位置；将连接盘结构的安装边通过连接螺钉与承力机匣单元体轴承座后安装边螺纹孔连接。

进一步的，5)在后续的安装过程中，通过旋转驱动杆上的四方扳手头使低压涡轮轴单元体转动，调整低压涡轮轴单元体的周向安装位置。

本发明的有益效果如下：

1、本发明装置连接盘结构的安装边与承力机匣轴承座后安装边连接；扇形体小端的凸台结构勾接低涡轴尾段内孔处的环形凹槽，定位精确、安全可靠；

2、本发明装置内安装两个对向安装的滚针止推轴承，承载能力大、安全可靠；

3、本发明装置通过旋转驱动杆，使得转静子平稳灵活转动，轴向位置调节准确；

4、本发明方法简单、实用性强，为同类问题的解决提供了一种良好的研究方法和参考方案；

5、本发明具有很好的推广性，不仅适用于航空发动机领域，该工艺方法和工装设备，可以很好的解决其他有旋转式、承载大轴向载荷、转静子精确定位要求的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有低压涡轮单元体结构安装示意图；

其中：21低压涡轮轴单元体、22调节螺母、23顶块、24低压涡轮转静子单元体、25承力机匣单元体；

图2为承力机匣单元体后端内腔结构局部放大示意图；

其中：211环形凹槽、212支点轴承、251承力机匣单元体轴承座后安装边螺纹孔；

图3为本发明旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置结构示意图；

其中：1连接盘结构、2调整外螺纹套、3限位螺钉、4第一滚针止推轴承、5驱动杆、6第二滚针止推轴承、7调整垫、8筒体、9垫片、10螺母、11短调整螺钉、12连接裙盘、13 扇形体、14定位销、15止推轴套、16长调整螺钉、17连接螺钉；

图4为连接盘结构的结构示意图；

其中：101内螺纹套、102安装边、1010第一通孔、1011内螺纹、1020第二通孔；

图5为调整外螺纹套的结构示意图；

其中：201阶梯结构、202外螺纹、203第三通孔；

图6为驱动杆和筒体的安装示意图；

其中：130凸台结构、501凸台、801连接板；

图7为滚针止推轴承结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

精确定位装配方案分析

(1)旋转式承载较大轴向载荷的转静子精确定位方法：

①技术需求：转静子轴向精确定位、轴向承受转子重量、转静子可实现相对转动；

②环境结构：

a.转子部分在承力机匣处只露出低涡轴尾段，尾段内孔有环形凹槽结构，后缘为平面。

b.承力机匣轴承座结构与轴承径向接触传力，无法进行轴向定位和承载。

c.承力机匣后段形成一个开口小空间锥腔，轴承座结构处有带螺纹孔的安装边与承力机匣连接。

③确定定位方案；

承力机匣结构强度较大，能进行安全承载，轴承座处的带螺纹孔安装边结构可实现定位连接；低压涡轮轴尾段环形凹槽及端面可进行连接承力。通过低压涡轮轴尾段与承力机匣轴承座后安装边连接实现转静子定位和承载，低压涡轮单元体垂直起吊、调平对接时只需固定承力机匣后安装边即可。

④定位工装设备功能需求：

a.连接低涡轴尾段与承力机匣轴承座后安装边，轴向位置可调且工装与静子连接边可锁死限位。

转静子组件轴向位置在装配架上已调整至要求值，连接结构应确保该值不变。为防止过定位，工装的连接结构轴向位置应可调整，待工装与低涡轴连接固定后，通过调整工装轴向位置使另一安装边与承力机匣轴承座后安装边贴合连接，锁死转静子轴向位置。

b.垂直起吊时承载转子重量，垂直起吊和水平对接全过程转子组件可灵活转动。

低压涡轮单元体转静子组件径向通过涡轮轴后段支点轴承与轴承座接触实现传力及限位，轴向定位结构和转子重量由工装确保；水平对接时需要转动转子组件，工装应确保转子组件可灵活转动。

c.安装拆卸方便，结构安全可靠。

(2)旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置：

连接盘结构1安装边与承力机匣轴承座后安装边螺纹孔251通过连接螺钉17连接，内螺纹套101与调整外螺纹套2结构配合，设计有限位螺钉3，可锁紧调整外螺纹套2轴向位置。

调整外螺纹套结构2通过螺纹与连接盘结构1连接，可调整连接盘结构1相对轴向位置，周向设计凹槽结构，连接盘结构1上限位螺钉3卡入时无法转动，轴向位置不变；与驱动杆5 通过对向安装的第一滚针止推轴承4、第二滚针止推轴承5连接，两者无相对位移，可承重，可以相对转动。为实现与第一滚针止推轴承4、第二滚针止推轴承6配合定位，调整螺纹套2 内腔设计有阶梯结构201。

第一滚针止推轴承4、第二滚针止推轴承6均为阶梯型轴承外圈，能够与支座卡接定位，对向安装可实现轴向定位；轴向端面有一组针形滚子，径向内柱面有一组针形滚子，与转子组件配合，可实现承载和自由转动；滚针止推轴承滚子直径较小，内外圈结构紧凑，轴承游隙小至可忽略，可完成较大承载，型号可以选用RAX400滚针止推轴承(图7)。

驱动杆5设计有台阶结构，与第一滚针止推轴承4、第二滚针止推轴承6配合实现自由转动；大端设计有凸台501，凸台501一边端面与第一滚针止推轴承4、第二滚针止推轴承6轴向端面的针形滚子配合，实现一个方向的轴向定位并承受转子重量；凸台501另一端设计有四方扳手头，可进行驱动杆5止动；驱动杆5小端设计有驱动杆阶梯结构、销子、螺纹段，驱动杆阶梯结构与筒体8连接孔配合，销子确保驱动杆5和筒体8周向无相对位移，螺纹段与螺母 10配合，经筒体8和驱动杆5连接为一体(由于工艺性要求，筒体8和驱动杆5需分体加工后组合)。

筒体8一端与驱动杆5连接紧固，中间焊接连接裙盘12。另一端与扇形体13配合，确保其径向位置不变，设计有定位销14，确保扇形体13周向位置不变。

连接裙盘12与筒体8焊接在一体，均布螺纹孔与长调整螺钉16配合；均布通孔与短调整螺钉11配合。

扇形体13包括小端和大端；小端为与低压涡轮轴单元体21尾段内孔处的环形凹槽211配合的凸台结构130，勾接低压涡轮轴单元体21，承受转子重量；大端设有若干螺纹孔和通孔；大端的螺纹孔与短调整螺钉11螺纹配合，使扇形体13通过连接裙盘12与筒体8连接。通孔与长调整螺钉16配合，使其通过顶在止推轴套15；内孔与筒体8贴合，确保径向位置不变。

长调整螺钉16通过连接裙盘12螺纹孔施力，穿过扇形体13的通孔顶在止推轴套15一端面上，使得止推轴套15另一端面与低压涡轮轴单元体21尾段后缘端面贴合顶死，同时使扇形体13的凸台结构130与低压涡轮轴单元体21尾段内孔处的环形凹槽211结构紧密卡接。

如图3所示，一种旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，包括连接盘结构1、调整外螺纹套2、驱动杆5、第一滚针止推轴承4、第二滚针止推轴承6、筒体8和扇形体13；

请参阅图4所示，连接盘结构1包括内螺纹套101，内螺纹套101内壁设有内螺纹1011，内螺纹套101的底部设置有安装边102，安装边102与承力机匣单元体轴承座后安装边螺纹孔 251通过连接螺钉17连接。内螺纹套101上分别设有可供调整外螺纹套2穿出的第一通孔1010，安装边102上设有可供筒体8穿过的第二通孔1020。

调整外螺纹套2外壁设有外螺纹202，内螺纹套101与调整外螺纹套结2螺纹连接，能够调整连接盘结构1的相对轴向位置；调整外螺纹套2周向设有凹槽结构，内螺纹套101上安装有限位螺钉3；连接盘结构1上限位螺钉3卡入调整外螺纹套2的凹槽结构时，调整外螺纹套 2无法转动，轴向位置不变，可锁紧调整外螺纹套2轴向位置。

调整外螺纹套2与驱动杆5通过对向安装的第一滚针止推轴承4和第二滚针止推轴承6 连接，两者无相对位移，可承重，可以相对转动。为实现与滚针止推轴承配合定位，调整外螺纹套2内腔设计有阶梯结构201。阶梯结构201设有能够供驱动杆5穿过的第三通孔203。

请参阅图6所示，驱动杆5设计有台阶结构，与2个对向滚针止推轴承配合实现自由转动；大端设计有凸台501，凸台501一边端面与第一滚针止推轴承6轴向端面的针形滚子配合，实现一个方向的轴向定位并承受转子重量；凸台501另一端设计有四方扳手头，可进行驱动杆止动；驱动杆5小端设计有驱动杆阶梯结构、销子、螺纹段，驱动杆阶梯结构与筒体8端面连接板801的连接孔配合，螺纹段穿过连接板801并通过螺母10和垫片9紧固连接为一体(由于工艺性要求，筒体8和驱动杆5需分体加工后组合)；销子确保驱动杆5和筒体8周向无相对位移。

驱动杆5与筒体8的一端连接；筒体8的另一端连接扇形体13的大端，扇形体13的小端为与待装配低压涡轮轴单元体21的尾段内孔处的环形凹槽211配合的凸台结构130。

筒体8的中部焊接有连接裙盘12，连接裙盘12上设有螺纹孔和通孔，扇形体13的大端设有扇形体螺纹孔和扇形体通孔，短调整螺钉11依次穿过连接裙盘12上的通孔、扇形体螺纹孔将扇形体固定在筒体8上；长调整螺钉16依次穿过连接裙盘12螺纹孔、扇形体通孔后顶在止推轴套15端面上；扇形体13内孔与筒体8贴合。

如图7所示，第一滚针止推轴承4和第二滚针止推轴承6均为阶梯型轴承外圈，能够与筒体8和驱动轴5实现卡接定位与轴向定位；第一滚针止推轴承4和第二滚针止推轴承6分别在轴向端面有一组针形滚子，径向内柱面有一组针形滚子。第一滚针止推轴承4和第二滚针止推轴承6可实现承载和自由转动；滚针止推轴承滚子直径较小，内外圈结构紧凑，轴承游隙小至可忽略，可完成较大承载。

一种利用旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置进行转静子精确定位的方法，包括以下步骤：

1)将扇形体13小端的凸台结构130勾接低压涡轮轴单元体21的尾段内孔处的环形凹槽 211；

2)调节短调整螺钉11将扇形体13向上提起，使凸台结构130与环形凹槽211贴紧；调节长调整螺钉16顶紧止推轴套15，与低压涡轮轴单元体21的尾段外端面贴合顶死；

3)通过设置于筒体8上的定位销14固定扇形体13与筒体8的周向位置；

4)将连接盘结构1通过内螺纹套101安装在调整外螺纹套2上，将限位螺钉3拧入调整外螺纹套2上的凹槽结构，锁紧调整外螺纹套2的轴向位置；将连接盘结构1的安装边102通过连接螺钉17与承力机匣单元体轴承座后安装边螺纹孔251连接。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

5)在后续的安装过程中，通过旋转驱动杆5上的四方扳手头使低压涡轮轴单元体21转动，调整低压涡轮轴单元体21的周向安装位置。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，其特征在于，包括连接盘结构(1)、调整外螺纹套(2)、驱动杆(5)、第一滚针止推轴承(4)、第二滚针止推轴承(6)、筒体(8)和扇形体(13)；

连接盘结构(1)包括内螺纹套(101)，内螺纹套(101)内壁设有内螺纹(1011)；内螺纹套(101)上设有可供调整外螺纹套(2)穿出的第一通孔(1010)；

调整外螺纹套(2)外壁设有外螺纹(202)用于与内螺纹套(101)连接；

调整外螺纹套(2)与驱动杆(5)通过对向安装的第一滚针止推轴承(4)和第二滚针止推轴承(6)连接；调整外螺纹套(2)内腔设计有阶梯结构(201)；第一滚针止推轴承(4)和第二滚针止推轴承(6)安装于阶梯结构(201)两侧，阶梯结构(201)设有能够供驱动杆(5)穿过的第三通孔(203)；

驱动杆(5)与筒体(8)的一端连接；筒体(8)的另一端连接扇形体(13)的大端，扇形体(13)的小端设有与待装配低压涡轮轴单元体(21)的尾段内孔处的环形凹槽(211)配合的凸台结构(130)。

2.根据权利要求1所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，其特征在于，调整外螺纹套(2)周向设有凹槽结构，内螺纹套(101)上安装有限位螺钉(3)；连接盘结构(1)上限位螺钉(3)卡入调整外螺纹套(2)的凹槽结构时，调整外螺纹套(2)无法转动，能够锁紧调整外螺纹套(2)轴向位置。

3.根据权利要求1所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，其特征在于，驱动杆(5)设有与第一滚针止推轴承(4)和第二滚针止推轴承(6)相配合的台阶结构。

4.根据权利要求3所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，其特征在于，驱动杆(5)包括大端和小端；驱动杆(5)的大端设有凸台(501)；凸台(501)一边端面与第一滚针止推轴承(6)轴向端面的针形滚子配合，实现一个方向的轴向定位并承受转子重量；凸台(501)另一端设计有四方扳手头；驱动杆(5)的小端设计有驱动杆阶梯结构和螺纹段；驱动杆阶梯结构与筒体(8)端面连接板(801)的连接孔配合；驱动杆(5)的螺纹段穿过连接板(801)并通过螺母(10)和垫片(9)紧固连接为一体。

5.根据权利要求1所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，其特征在于，驱动杆(5)和筒体(8)之间安装有销子，使驱动杆(5)和筒体(8)之间周向无相对位移。

6.根据权利要求1所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，其特征在于，筒体(8)的中部焊接有连接裙盘(12)；

连接裙盘(12)上设有螺纹孔和通孔，扇形体(13)的大端设有扇形体螺纹孔和扇形体通孔；

短调整螺钉(11)穿过对应连接裙盘(12)上的通孔并和扇形体螺纹孔螺纹连接，将扇形体固定在筒体(8)上；

长调整螺钉(16)与对应连接裙盘(12)的螺纹孔螺纹连接，并顶在止推轴套(15)端面上；

扇形体(13)内孔与筒体(8)贴合，筒体(8)上设置有定位销(14)，用于固定扇形体(13)与筒体(8)的周向位置。

7.根据权利要求1所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，其特征在于，第一滚针止推轴承(4)和第二滚针止推轴承(6)均为阶梯型轴承外圈，能够与筒体(8)和驱动轴(5)实现卡接定位与轴向定位。

8.根据权利要求1所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置，其特征在于，第一滚针止推轴承(4)和第二滚针止推轴承(6)均在轴向端面有一组针形滚子，径向内柱面有一组针形滚子。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的旋转式承载大轴向载荷的转静子精确定位装置进行转静子精确定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将扇形体(13)小端的凸台结构(130)勾接低压涡轮轴单元体(21)的尾段内孔处的环形凹槽(211)；

2)调节短调整螺钉(11)将扇形体(13)向上提起，使凸台结构(130)与环形凹槽(211)贴紧；调节长调整螺钉(16)顶紧止推轴套(15)，与低压涡轮轴单元体(21)的尾段外端面贴合顶死；

3)通过设置于筒体(8)上的定位销(14)固定扇形体(13)与筒体(8)的周向位置；

4)将连接盘结构(1)通过内螺纹套(101)安装在调整外螺纹套(2)上，将限位螺钉(3)拧入调整外螺纹套(2)上的凹槽结构，锁紧调整外螺纹套(2)的轴向位置；将连接盘结构(1)的安装边(102)通过连接螺钉(17)与承力机匣单元体轴承座后安装边螺纹孔(251)连接。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

5)在后续的安装过程中，通过旋转驱动杆(5)上的四方扳手头使低压涡轮轴单元体(21)转动，调整低压涡轮轴单元体(21)的周向安装位置。

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