CN112975797A - 一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法 - Google Patents

一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，包括涡轮泵主轴固定工装、力矩扳手转接工装以及反作用力抵消工装，涡轮泵主轴固定工装用于固定涡轮泵主轴；力矩扳手转接工装用于拧紧轴端螺母，一端与轴端螺母连接，另一端与力矩倍增装置连接；反作用力抵消工装用于消除力矩倍增装置产生的反作用力。本发明提供的涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，可以降低操作者的劳动强度，使轴端螺母装配的可靠性及工艺性较传统装配方法相比有大幅提升。

Description

一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法
技术领域
本发明属于机械装配技术领域，特别涉及一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法。
背景技术
涡轮泵作为液体火箭发动机的核心部件，其功用是由涡轮带动泵，将来自贮箱推进剂的压力由几百千帕提高到几万千帕，然后再送入发动机推力室，从而产生大推力，因此涡轮泵的装配质量直接影响液体火箭发动机的飞行性能。涡轮泵装配过程中，轴端螺母用于固定叶轮、轴承、密封环等零部件。传统的装配方法首先采用头部带花键长杆扳手固定主轴，然后采用头部带凸肩扳手拧紧轴端螺母。为保证涡轮泵装配性能，要求轴端螺母拧紧力矩较大，致使操作者劳动强度大，且受力矩扳手结构限制，实施力矩量化工艺控制过程困难。因此，降低操作者的劳动强度，同时进一步提高涡轮泵装配的可靠性和工艺性成为亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，以降低操作者的劳动强度，使轴端螺母装配的可靠性及工艺性较传统装配方法相比有大幅提升，从而完成本发明。
本发明提供的技术方案如下：
第一方面，一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，包括：
涡轮泵主轴固定工装，包括固定板、固定轴和定位插销，所述固定板为类法兰结构，大端通过螺纹连接件与涡轮泵壳体固定连接，小端筒体结构的侧壁上开设有至少一对中心对称的第一定位孔，用于装配定位插销；所述固定轴设置于固定板的中间通孔中，一端与涡轮泵主轴配合，另一端开设有至少一对中心对称的第二定位孔；所述定位插销通过穿过第一定位孔和第二定位孔，将固定板与固定轴定位连接；
力矩扳手转接工装，其为套设在固定轴上的中空结构，一端开有与力矩倍增器连接的对接接口，另一端开有与轴端螺母端面配合的连接结构，中间部位开有通槽，用于穿入定位插销使涡轮泵主轴固定工装与力矩扳手转接工装成为一体；
力矩倍增装置反作用力抵消工装，其为固定在固定板大端的挡体结构，用于与力矩倍增装置接触，消除力矩倍增装置运行时产生的反作用力。
第二方面，一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母的装配方法，包括如下步骤：
步骤1，将固定轴的一端与涡轮泵主轴连接配合，并在涡轮泵主轴上装入轴端螺母；
步骤2，采用螺纹连接件将固定板固定于涡轮泵壳体上，并装入力矩扳手转接工装，将定位插销装入固定板的第一定位孔、固定轴的第二定位孔及力矩扳手转接工装的通槽中；
步骤3，施加力矩倍增装置；
步骤4，将力矩倍增装置与力矩扳手转接工装的对接接口配合，力矩倍增装置上装配力矩扳手以设定扭矩，旋入轴端螺母，当力矩扳手转接工装旋转触碰到定位插销时，取出定位插销，将定位插销装入下一露出的第一定位孔、第二定位孔和通槽内，依次在圆周方向上不同时刻取出和装入定位插销，当拧紧力矩达到装配要求时，停止旋入，完成轴端螺母的装配。
根据本发明提供的一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，采用固定轴和定位插销在装配轴端螺母时固定主轴，保证了轴端螺母与主轴之间轴向位移和旋转自由度，确保装配过程连续稳定；
(2)本发明提供的一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，所用力矩扳手转接工装，一端与轴端螺母连接，另一端与力矩倍增装置连接，轴端螺母中心轴线与力矩倍增装置轴线保持一致，结构简单、操作方便；
(3)本发明提供的一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，引用力矩倍增装置，大幅提高扭矩，降低操作强度；
(4)本发明提供的一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，采用的力矩倍增装置反作用力抵消工装，结构简单、操作方便，确保装配过程顺利有序；
(5)本发明提供的一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装及装配方法，力矩扳手转接工装含有力矩量化对接接口，用于施加力矩倍增装置，便于实现力矩量化控制，提高了工艺稳定性。
附图说明
图1为本发明一种优选实施方案中轴端螺母装配工装的结构示意图；
图2为本发明一种优选实施方案中轴端螺母装配工装的俯视图；
图3为本发明一种优选实施方案中固定板小端的结构示意图；
图4为本发明一种优选实施方案中固定轴花键截面图；
图5为本发明一种优选实施方案中固定轴第二定位孔处截面图；
图6为本发明一种优选实施方案中力矩扳手转接工装的结构示意图；
图7为沿图6中所示剖面向上看到的局部结构示意图；
图8为沿图6中所示剖面向下看到的局部结构示意图。
附图标号说明
11-固定板；111-第一定位孔；12-固定轴；121-外花键；122-第二定位孔；13-定位插销；21-通槽；22-对接接口；23-通孔；31-螺栓；32-螺母。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
根据本发明的第一方面，提供了一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，如图1和图2所示，包括：
(I)涡轮泵主轴固定工装
涡轮泵主轴固定工装包括固定板11、固定轴12和定位插销13。
固定板11为类法兰结构，大端通过螺纹连接件如螺栓与涡轮泵壳体固定连接，小端筒体结构的侧壁上开设有至少一对中心对称的第一定位孔111，用于装配定位插销13，如图3所示；优选地，所述第一定位孔111为2～5对；
固定轴12设置于固定板11的中间通孔中，一端与涡轮泵主轴配合，优选固定轴一端开设有外花键121，如图4所示，与涡轮泵主轴内壁加工的内花键形成花键配合，防止拧紧轴端螺母时主轴同时与其转动，造成装配过程失效，另一端开设有至少一对中心对称的第二定位孔122，且第二定位孔122与第一定位孔111对应，如图5所示。
定位插销13通过穿过第一定位孔111和第二定位孔122，将固定板11与固定轴12定位连接。
进一步地，所述固定轴12为中空管体结构。
进一步地，所述固定板11上的第一定位孔111的尺寸满足以下条件：
第一定位孔的孔径＝定位插销外径+(1～2)mm；
第一定位孔的长度＝定位插销外径+(10～15)mm。
(II)力矩扳手转接工装
如图6所示，力矩扳手转接工装作为装配工装的核心部件，用于拧紧轴端螺母。力矩扳手转接工装为套设在固定轴12上的中空结构，一端开有与力矩倍增器连接的对接接口22如方孔，如图7所示，另一端开有凹槽或凸肩等结构以与轴端螺母端面配合，中间部位开有通槽21，用于穿入定位插销13，使涡轮泵主轴固定工装与力矩扳手转接工装成为一体，如图8所示。
进一步地，力矩扳手转接工装与固定轴12存在轴向间隙，在力矩扳手转接工装旋转装配轴端螺母时不与固定轴12产生摩擦。
进一步地，通槽21的尺寸满足以下条件：
通槽的高度＝轴端螺母装配行程+(10～20)mm；
通槽的宽度≥定位插销13的直径+相邻第一定位孔111的间距。
进一步地，力矩扳手转接工装与力矩倍增器连接的一端加工为多面体结构，用于与扳手配合，预先对轴端螺母实施预紧。
进一步地，力矩扳手转接工装与力矩倍增器连接的一端加工有一对通孔23，通过旋转贯穿通孔23的杆体结构，预先对轴端螺母实施预紧。
(III)力矩倍增装置反作用力抵消工装
力矩倍增装置反作用力抵消工装，为固定在固定板大端的挡体结构，用于与力矩倍增装置接触，消除力矩倍增装置运行时产生的反作用力。
优选地，所述力矩倍增装置反作用力抵消工装包括1个螺栓31和2个螺母32，螺栓31通过2个螺母32固定在固定板大端。装配时力矩倍增装置头部与力矩扳手转接工装配合，尾部与螺栓31接触，产生抗力。为保证力矩倍增装置正常使用，须使螺栓31与轴端螺母中心距小于力矩倍增装置的总长度。
进一步地，螺栓31的尺寸满足以下条件：
螺栓的长度＝力矩扳手转接工装高于涡轮泵主轴固定工装的高度+螺母32高度+力矩倍增装置高度+(15～30)mm；
螺栓的直径规格根据轴端螺母拧紧力矩的要求进行核算，安全系数为1.5～2.5。
本发明提供的用于装配液体火箭发动机轴端螺母的工装，解决了传统装配致使工人劳动强度大，且无法实施量化力矩工艺控制等问题。该装配工装结构简单、操作方便，装配过程平稳可靠。
根据本发明的第二方面，提供了一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母的装配方法，通过上述第一方面所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装实施，涡轮泵主轴固定工装用于固定涡轮泵主轴；力矩扳手转接工装用于拧紧轴端螺母，一端与轴端螺母连接，另一端与力矩倍增装置连接；力矩倍增装置用于提高扭矩，降低操作者操作强度；反作用力抵消工装用于消除力矩倍增装置产生的反作用力；装配方法包括如下步骤：
(1)将固定轴12的外花键与涡轮泵主轴的内花键连接配合，并在涡轮泵主轴上装入轴端螺母；
(2)采用螺纹连接件将固定板11固定于涡轮泵壳体上，并装入力矩扳手转接工装，将定位插销13装入固定板11的第一定位孔111、固定轴12的第二定位孔122及力矩扳手转接工装的通槽21中；
(3)施加力矩倍增装置；
(4)将力矩倍增装置与力矩扳手转接工装的对接接口22配合，力矩倍增装置上装配力矩扳手以设定扭矩，旋入轴端螺母，当力矩扳手转接工装旋转触碰到定位插销13时，取出定位插销13，将定位插销13装入下一露出的第一定位孔111、第二定位孔122和通槽21内，依次在圆周方向上不同时刻取出和装入定位插销13，当拧紧力矩达到装配要求时，停止旋入，完成轴端螺母的装配。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，包括：
涡轮泵主轴固定工装，包括固定板(11)、固定轴(12)和定位插销(13)，所述固定板(11)为类法兰结构，大端通过螺纹连接件与涡轮泵壳体固定连接，小端筒体结构的侧壁上开设有至少一对中心对称的第一定位孔(111)，用于装配定位插销(13)；所述固定轴(12)设置于固定板(11)的中间通孔中，一端与涡轮泵主轴配合，另一端开设有至少一对中心对称的第二定位孔(122)；所述定位插销(13)通过穿过第一定位孔(111)和第二定位孔(122)，将固定板(11)与固定轴(12)定位连接；
力矩扳手转接工装，其为套设在固定轴(12)上的中空结构，一端开有与力矩倍增器连接的对接接口(22)，另一端开有与轴端螺母端面配合的连接结构，中间部位开有通槽(21)，用于穿入定位插销(13)使涡轮泵主轴固定工装与力矩扳手转接工装成为一体；
力矩倍增装置反作用力抵消工装，其为固定在固定板大端的挡体结构，用于与力矩倍增装置接触，消除力矩倍增装置运行时产生的反作用力。
2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，所述固定轴(12)的一端开设有外花键(121)，与涡轮泵主轴内壁加工的内花键形成花键配合。
3.根据权利要求1所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，所述固定轴(12)为中空管体结构。
4.根据权利要求1所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，所述固定板(11)上的第一定位孔(111)的尺寸满足以下条件：
第一定位孔(111)的孔径＝定位插销外径+(1～2)mm；
第一定位孔(111)的长度＝定位插销外径+(10～15)mm。
5.根据权利要求1所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，所述力矩扳手转接工装与固定轴(12)之间存在轴向间隙。
6.根据权利要求1所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，所述通槽(21)的尺寸满足以下条件：
通槽(21)的高度＝轴端螺母装配行程+(10～20)mm；
通槽(21)的宽度≥定位插销的直径+相邻第一定位孔的间距。
7.根据权利要求1所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，所述力矩扳手转接工装与力矩倍增器连接的一端加工为多面体结构，用于与扳手配合，预先对轴端螺母实施预紧；和/或
力矩扳手转接工装与力矩倍增器连接的一端加工有一对通孔(23)，通过旋转贯穿通孔(23)的杆体结构，预先对轴端螺母实施预紧。
8.根据权利要求1所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，所述力矩倍增装置反作用力抵消工装包括1个螺栓(31)和2个螺母(32)，螺栓(31)通过2个螺母(32)固定在固定板大端。
9.根据权利要求8所述的液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母装配工装，其特征在于，所述螺栓(31)的尺寸满足以下条件：
螺栓(31)的长度＝力矩扳手转接工装高于涡轮泵主轴固定工装的高度+螺母高度+力矩倍增装置高度+(15～30)mm；
螺栓(31)的直径规格根据轴端螺母拧紧力矩的要求进行核算，安全系数为1.5～2.5。
10.一种液体火箭发动机涡轮泵轴端螺母的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将固定轴(12)的一端与涡轮泵主轴连接配合，并在涡轮泵主轴上装入轴端螺母；
步骤2，采用螺纹连接件将固定板(11)固定于涡轮泵壳体上，并装入力矩扳手转接工装，将定位插销(13)装入固定板(11)的第一定位孔(111)、固定轴(12)的第二定位孔(122)及力矩扳手转接工装的通槽(21)中；
步骤3，施加力矩倍增装置；
步骤4，将力矩倍增装置与力矩扳手转接工装的对接接口(22)配合，力矩倍增装置上装配力矩扳手以设定扭矩，旋入轴端螺母，当力矩扳手转接工装旋转触碰到定位插销(13)时，取出定位插销(13)，将定位插销(13)装入下一露出的第一定位孔(111)、第二定位孔(122)和通槽(21)内，依次在圆周方向上不同时刻取出和装入定位插销(13)，当拧紧力矩达到装配要求时，停止旋入，完成轴端螺母的装配。
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