CN111256934A - 一种涡轮叶片振动试验工装及涡轮叶片夹紧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮叶片振动试验工装及涡轮叶片夹紧方法，振动试验工装包括主体，主体中开设有对口斜槽内腔和加力台阶孔，对口斜槽内腔的夹角与叶片榫齿夹角相同，对口斜槽内腔用于放置夹块；夹块上开设有夹持榫槽和大圆弧过渡空心弹性段，夹块一端开设有和空心弹性段连通的螺纹孔，所述螺纹孔用于安装加力螺杆；一端与夹块连接，另一端与螺母连接；止动块在调节螺栓作用下顶紧叶片榫底；加力螺杆穿过主体上的加力台阶孔伸入夹块的螺纹孔中，止动块穿过主体和夹块，主体上安装有用于调节止动块位置的调节螺栓。该结构通过压紧与顶紧综合作用固持叶片榫头，使得叶片榫齿面与工装榫槽贴合面积大，接触均匀，固持刚性大、一致性好。

Description

一种涡轮叶片振动试验工装及涡轮叶片夹紧方法

技术领域

本发明属于结构件振动试验技术领域，具体涉及一种涡轮叶片振动试验工装及涡轮叶片夹紧方法。

背景技术

航空发动机涡轮叶片装机前需进行测频及抽样疲劳检查试验，试验过程中要求叶片榫头固持，叶身悬臂，保证叶片具有良好的固持刚性和装夹一致性。目前，多采用压紧与顶紧两种方式实现对叶片榫头的固持，压紧方式由门型方框与钳形弹性压块结构组成，其中门型方框由钢制的横梁与两竖直支板组成，该结构刚性较弱，重量大，一阶固有频率较低，容易与叶片发生耦合振动；钳形弹性压块压紧叶片后，叶片榫齿受力不均匀，第一对榫齿受力最大，最后一个榫齿受力最小，固持状态容易受叶片及压块榫齿面尺寸差异影响，固持刚性较弱、一致性较差。顶紧方式工装为一体式结构，通过后顶螺钉顶压叶片榫头底部实现固持，顶紧后叶片与工装榫齿配合面为上齿面，下齿面并不受力，固持面积小，同样固持状态容易受叶片及压块榫齿面尺寸差异影响，固持刚性弱、一致性较差。因此，对于刚性很大的涡轮叶片疲劳试验或测频来说，工装重量大、固持刚性弱、固持一致性差等因素将使得叶片激振异常困难，应力难以施加，叶身应力分布随装夹状态变化，给试验带来困难。

发明内容

本发明提供了一种涡轮叶片振动试验工装及涡轮叶片夹紧方法，有效解决航空发动机高压涡轮叶片装夹刚性弱、一致性差，激振困难的问题。

为达到上述目的，本发明一种涡轮叶片振动试验工装，包括主体、夹块、止动块、加力螺杆、螺母和调节螺栓，主体中开设有对口斜槽内腔和加力台阶孔，对口斜槽内腔的夹角与叶片榫齿夹角相同，对口斜槽内腔用于放置夹块；主体上开设有用于插入止动块的横槽；

夹块上开设有用于夹持叶片榫齿的榫槽和空心弹性段，夹块的外表面夹角与主体的对口斜槽夹角相同，空心弹性段用于保证夹块在开合时的弹性，夹块一端开设有和空心弹性段连通的螺纹孔，螺纹孔用于安装加力螺杆；止动块在调节螺栓作用下顶紧叶片榫底；

加力螺杆穿过主体上的加力台阶孔伸入夹块的螺纹孔中，并通过螺母紧固；止动块穿过主体和夹块，主体上安装有用于调节止动块位置的调节螺栓。

进一步的，止动块为长方体结构。

进一步的，加力螺杆为双螺柱结构。

进一步的，夹块采用3Cr13材料制成。

进一步的，主体下部开有若干阶梯安装孔。

进一步的，主体为圆台形。

进一步的，主体的材料为铝镁合金。

一种基于上述一种涡轮叶片振动试验工装的涡轮叶片夹紧方法，包括以下步骤：

步骤1、将叶片安装在夹块内的榫槽中，然后将夹块放置在主体的对口斜槽内腔中；

步骤2、将加力螺杆穿过主体与夹块螺纹连接，然后将螺母垫片和螺母安装在加力螺杆上；

步骤3、将止动块安装到主体的横槽中，并将调节螺栓和锁紧螺母安装到主体侧面的螺纹孔中；

步骤4、旋转螺母，使其作用于加力螺杆并使夹块随同叶片向加力螺杆方向移动，移动过程中主体的对口斜槽内腔斜面施加给夹块的压力不断增大，达到压紧叶片榫齿的目的；通过转动调节螺栓，使其作用止动块顶紧叶片榫头底部，达到夹紧叶片榫齿的目的。

进一步的，步骤4中，夹紧叶片榫齿后用锁紧螺母紧固调节螺栓。

进一步的，步骤4中，螺母的力矩值根据试验调定，螺母的力矩值达到试验调定值后停止加载。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

一种涡轮叶片振动试验工装，该结构对叶片榫齿压紧过程中，由于力作用面为整体斜面且位移相等，故压紧力相对每个齿是均匀的；另外叶片榫齿受上下压紧力的同时还受到沿叶高方向的顶紧力作用，通过压紧与顶紧综合作用固持叶片榫头，使得叶片榫齿面与工装榫槽贴合面积大，接触均匀，固持刚性大、一致性好，解决了叶片振动过程中易松动、榫齿磨蚀、激振难、应力分布变化等问题。

进一步的，主体的材料为铝镁合金且为圆台形，采用整体结构重量轻，刚度大，一阶固有频率很高，不会与叶片发生耦合振动，且激振力传递损耗小。

进一步的，止动块为长方体结构，直接作用于叶片榫底，施力面较大，刚性强，提高了施力的稳定性和均匀性。

进一步的，加力螺杆为双螺柱结构，具有结构简单、连接可靠、安装及拆卸方便的优点。

进一步的，夹块采用3Cr13材料制成，具有高强度、高耐磨性以及适当硬度的优点；夹块弹性部位采用大圆弧过渡空心结构，保证了夹块开合时较好的弹性变形。

进一步的，主体底部开有若干阶梯安装孔，安装方便、连接刚性好、传力效率高。

一种涡涡轮叶片夹紧方法，利用主体和夹块之间的相互作用夹紧叶片，同时利用止动块3顶紧叶片榫头底部，通过压紧与顶紧综合作用固持叶片榫头，使得叶片榫齿面与工装榫槽贴合面积大，接触均匀，解决了叶片振动过程中易松动、榫齿磨蚀、激振难、应力分布变化等问题。

附图说明

图1是一种涡轮叶片振动试验工装结构剖切示意图；

图2是图1的左视图；

图3是主体的立体俯视图；

图4是图1主体的立体侧视图；

图5是夹块剖面图。

图中：1-主体；2-夹块；3-止动块；4-加力螺杆；5-螺母；6-螺母垫片；7-调节螺栓；8-锁紧螺母，9-加力台阶面，10-加力台阶孔，11-阶梯安装孔，12、横槽，13、对口斜槽内腔，21-榫槽，22-空心弹性段，23-螺纹孔，100-叶片。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1和图2，一种涡轮叶片振动试验工装由主体1、夹块2、止动块3、加力螺杆4、螺母5、螺母垫片6、调节螺栓7和锁紧螺母8组成。

参照图1至图4，主体1为圆台形，主体1上加工有加力台阶面9，主体1的底部开有四个阶梯安装孔11，主体1中开设有内腔和加力台阶孔10，内腔由对口斜槽内腔13和与之连通的长方体内腔组成，对口斜槽内腔13的夹角与叶片榫齿夹角相同，用于放置夹块2；主体1开设有贯穿的横槽12，横槽12的轴线和内腔的轴线相互垂直，横槽12用于插入止动块3；主体1的材料为铝镁合金，比刚度大，使整个叶片振动试验工装的一阶固有频率很高。

参照图5，夹块2为整体钳形弹性块，夹块2上开设有用于夹持叶片榫齿的枞树型榫槽21和大圆弧过渡空心弹性段22，枞树型榫槽21与叶片榫齿配合，夹块2的外表面夹角与锥形主体对口斜槽夹角相同，互为配合面，夹块2一端开设有和空心弹性段22连通的螺纹孔23，用于安装加力螺杆；加力螺杆为双螺柱结构，一端与夹块2连接，另一端与螺母连接；止动块3为长方体结构，在调节螺栓作用下顶紧叶片榫底。

加力螺杆4穿过主体1上的加力台阶孔10伸入夹块2的螺纹孔中，通过螺母5紧固，止动块3穿过主体1和夹块2，主体1上安装有两个调节螺栓，通过这两个调节螺栓来调节止动块3的位置。两个调节螺栓分别作用于止动块3的同一个表面的两端。

一种利用上述装置对涡轮叶片进行夹紧的方法，包括以下步骤：

步骤1、通过阶梯安装孔11和螺栓将主体1与振动台台面刚性连接；

步骤2、将叶片100安装到夹块2的榫槽21中，然后将夹块2放置在锥形主体内腔中，使夹块2外表面与主体1的内腔斜面贴合；

步骤3、将加力螺杆4穿过主体1与夹块2螺纹连接，使加力螺杆4穿过主体1后将螺母5和螺母垫片6安装在主体1外；

步骤4、将止动块3安装到主体1横槽12中，调节螺栓7连同锁紧螺母8安装到主体1侧面的螺纹孔中。

步骤5、当所有构件安装到相应的位置后，旋转螺母5作用于加力螺杆4使夹块2随同叶片100后移，此处的后为图1的左侧，后移过程中主体1的内腔斜面施加给夹块2的压力不断增大，达到压紧叶片榫齿的目的，其中螺母5的力矩值根据试验调定，螺母5的力矩值达到试验调定值后停止加载，然后同步并均匀地拧紧两个调节螺栓，使其作用止动块3顶紧叶片榫头底部，然后旋紧锁紧螺母8以防止调节螺栓松动。通过以上步骤，实现了叶片榫头在压紧力与顶紧力共同作用下固持刚性大、一致性好的效果。

完成振动试验需要拆卸时，首先将螺母5及螺母垫片6卸下，卸载加力螺杆4对夹块2的拉力，松开锁紧螺母8，继续拧紧两个调节螺栓7，将夹块2连同试验叶片朝主体1的开口方向顶出，最后将夹块、叶片及加力螺杆一同移出，取出试验叶片。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡轮叶片振动试验工装，其特征在于，包括主体(1)、夹块(2)、止动块(3)、加力螺杆(4)、螺母(5)和调节螺栓(7)，所述主体(1)中开设有对口斜槽内腔(13)和加力台阶孔(10)，所述对口斜槽内腔(13)的夹角与叶片榫齿夹角相同，对口斜槽内腔(13)用于放置夹块(2)；所述主体(1)上开设有用于插入止动块(3)的横槽(12)；

所述夹块(2)上开设有用于夹持叶片榫齿的榫槽(21)和空心弹性段(22)，夹块(2)的外表面夹角与主体(1)的对口斜槽夹角相同，空心弹性段(22)用于保证夹块(2)在开合时的弹性，夹块(2)一端开设有和空心弹性段(22)连通的螺纹孔(23)，所述螺纹孔(23)用于安装加力螺杆(4)；所述止动块(3)在调节螺栓(7)作用下顶紧叶片榫底；

所述加力螺杆(4)穿过主体(1)上的加力台阶孔(10)伸入夹块(2)的螺纹孔(23)中，并通过螺母(5)紧固；所述止动块(3)穿过主体(1)和夹块(2)，主体(1)上安装有用于调节止动块(3)位置的调节螺栓。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片振动试验工装，其特征在于，所述止动块(3)为长方体结构。

3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片振动试验工装，其特征在于，所述加力螺杆(4)为双螺柱结构。

4.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片振动试验工装，其特征在于，所述夹块(2)采用3Cr13材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片振动试验工装，其特征在于，所述主体(1)下部开有若干阶梯安装孔(11)。

6.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片振动试验工装，其特征在于，所述主体(1)为圆台形。

7.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片振动试验工装，其特征在于，所述主体(1)的材料为铝镁合金。

8.一种基于权利要求1所述的一种涡轮叶片振动试验工装的涡轮叶片夹紧方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将叶片(100)安装在夹块(2)内的榫槽(21)中，然后将夹块(2)放置在主体(1)的对口斜槽内腔(13)中；

步骤2、将加力螺杆(4)穿过主体(1)与夹块(2)螺纹连接，然后将螺母垫片(6)和螺母(5)安装在加力螺杆(4)上；

步骤3、将止动块(3)安装到主体(1)的横槽(12)中，并将调节螺栓和锁紧螺母(8)安装到主体(1)侧面的螺纹孔中；

步骤4、旋转螺母(5)，使其作用于加力螺杆(4)并使夹块(2)随同叶片(100)向加力螺杆(4)方向移动，移动过程中主体(1)的对口斜槽内腔(13)斜面施加给夹块(2)的压力不断增大，达到压紧叶片榫齿的目的；通过转动调节螺栓(7)，使其作用止动块(3)顶紧叶片榫头底部，达到夹紧叶片榫齿的目的。

9.根据权利要求8所述的一种涡轮叶片夹紧方法，其特征在于，所述步骤4中，夹紧叶片榫齿后用锁紧螺母(8)紧固调节螺栓(7)。

10.根据权利要求8所述的一种涡轮叶片夹紧方法，其特征在于，所述步骤4中，螺母(5)的力矩值根据试验调定，螺母(5)的力矩值达到试验调定值后停止加载。

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