CN114235242B - 一种叶片二维质量矩测量装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及涡扇发动机试验领域，为一种叶片二维质量矩测量装置，通过设置叶片夹具对叶片进行夹持与限位，使叶片保持在固定的角度，叶片的重心保持在固定的位置，而后通过设置三组传感器沿着叶片重心的周向间隔均匀设置以对叶片不同角度处的重量进行测量，得出叶片在不同位置处的实际偏差，再通过相应的计算即可度叶片的轴向力矩和切向力矩进行准确的计算；通过设置转接盘连接在叶片夹具与传感器之间，传感器实际测量的数值需要在去除转接盘与叶片夹具的重量之后的得到叶片的实际质量，测量准确、操作方便。
Description
技术领域
本申请属于涡扇发动机试验领域，特别涉及一种叶片二维质量矩测量装置。
背景技术
大涵道比涡扇发动机风扇叶片质量及质心位置分散度大，因此导致叶片旋转过程中存在较大的径向、切向、轴向力矩，以上三种空间力矩在风扇转子工作中成为激振力，因此有必要通过对以上空间三维力矩进行测量，并通过相应的叶片排序方法对叶片空间三维力矩进行控制。
目前国内采用的单轴力矩测量设备只能测量叶片径向力矩，忽视了切向和轴向力矩分量带来的影响，导致单轴力矩测量不够准确，因此如何更有效地地测量出叶片各方向力矩是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种叶片二维质量矩测量装置，以解决现有技术中仅能够测量径向力矩，无法测出切向与轴向力矩的问题。
本申请的技术方案是：一种叶片二维质量矩测量装置，包括叶片夹具、转接盘、传感器和底座；所述叶片夹具对待测叶片进行夹持，所述转接盘设于叶片夹具下方并对叶片夹具进行支撑，所述底座设于转接盘的下方，所述传感器设于转接盘与底座之间；所述叶片夹具包括与转接盘相连的固定座和设于固定座上的三组定位轮，每组所述定位轮均与待测叶片相连，所述三组定位轮呈三角形排布定位使得待测叶片的重心保持在转接盘的中心位置；所述传感器共有三组并沿着转接盘的中心位置呈圆周间隔均匀分布。
优选地，所述叶片夹具还包括设于固定座上并位于定位轮一侧的起顶装置，所述起顶装置包括把手、杠杆、支撑架和螺母压板；所述支撑架设于固定座上，所述螺母压板设于支撑架的顶部，所述把手上设有螺纹并与螺母压板螺纹配合，所述杠杆的中部与支撑架的侧壁铰接，所述把手竖直设置并且下端与杠杆远离固定座一侧的上部侧壁相抵。
优选地，三组所述定位轮呈等腰三角形设置，所述杠杆沿着固定座的径向设置并且杠杆沿着垂直于该等腰三角形的底边伸入至固定座的中心位置。
优选地，所述固定座与转接盘采用圆柱面止口配合。
优选地，所述定位轮竖直设置并且定位轮呈圆柱形结构，所述定位轮中部与固定座之间开设有对应设置的螺孔，所述螺孔内螺纹连接有沉头螺钉；所述定位轮的侧壁上开设有与叶片榫头上的凸起相配合的环形凹槽。
优选地，所述固定座上设有与叶片榫头的外端相配合的定位销。
优选地，所述固定座上设有水准泡，所述底座上设有水准器。
优选地，所述底座的边缘位置设有支撑板，所述支撑板上设有位于转接盘外侧的保护罩，所述底座、支撑板、保护罩和转接盘组合成空腔，所述传感器设于空腔内。
作为一种具体实施方式，一种叶片二维质量矩测量方法，包括，根据底座上的水准器调节底座上的地脚螺钉，使底座保持水平，安装传感器、转接盘；将叶片夹具安装至转接盘上，通过水准泡保证叶片夹具水平；打开电源，为传感器供电，待读数稳定后读出传感器读数m1、m2、m3；将叶片安装至叶片夹具上，旋转起顶装置上的把手，将叶片夹紧；待读数稳定后记录传感器读数m1'、m2'、m3'；传感器去皮重，得到三个传感器测量的叶片质量w1、w2、w3；得出叶片测量结果并计算出叶片的轴向力矩与切向力矩；拆除叶片，断开电源，完成叶片质量矩测量。
优选地，所述轴向力矩与切向力矩的测量方法为，根据几何关系，得到三个传感器在测量平面内的坐标(y1，z1)、(y2，z2)、(y3，z3)，则叶片的轴向力矩MA＝w2y2-w3y3，叶片的切向力矩MT＝w1z1-w2z2-w3z3。
本申请的一种叶片二维质量矩测量装置，通过设置叶片夹具对叶片进行夹持与限位，使叶片保持在固定的角度，叶片的重心保持在固定的位置，而后通过设置三组传感器沿着叶片重心的周向间隔均匀设置以对叶片不同角度处的重量进行测量，得出叶片在不同位置处的实际偏差，再通过相应的计算即可对叶片的轴向力矩和切向力矩进行准确的计算；通过设置转接盘连接在叶片夹具与传感器之间，传感器实际测量的数值需要在去除转接盘与叶片夹具的重量之后的得到叶片的实际质量，测量准确、操作方便。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体剖视结构示意图；
图2为本申请安装叶片的结构示意图；
图3为本申请底座与传感器的安装结构示意图；
图4为本申请叶片夹具整体结构示意图；
图5为本申请叶片夹具的剖视结构示意图；
图6为本申请对应方法的整体流程示意图；
图7为本申请叶片轴向力矩与切向力矩的测量原理图。
1、保护罩；2、叶片夹具；3、转接盘；4、传感器；5、底座；6、固定座；7、定位轮；8、定位销；9、水准泡；10、支撑板；11、把手；12、杠杆；13、支撑架；14、螺母压板；15、水准器；16、叶片；17、吊耳。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种叶片二维质量矩测量装置，本方案的总体思路为，通过将叶片16榫头朝下设置而后定重心，最后对叶片16在重心的径向同一直径、不同角度处的质量进行测量，虽然保证了叶片形心与传感器分布圆心重合，但是由于叶片16的加工误差等因素，叶片形心与重心存在偏差，导致了径向、切向和轴向力矩的存在，这样不同位置处测量出的质量均不一致，通过不同位置处产生的偏差来对叶片16的轴向力矩和切向力矩进行准确的计算。
如图1-图3所示，具体包括叶片夹具2、转接盘3、传感器4和底座5。叶片夹具2、转接盘3、传感器4和底座5从上至下依次设置，底座5呈矩形并水平设置，底座5的下方设置地脚螺钉以调节底座5的水平度，底座5的侧方设有用于吊起的吊耳17，传感器4共有三组并沿着底座5的中心位置呈圆周间隔均匀分布，转接盘3呈矩形结构水平并设于传感器4的正上方以用于连接叶片夹具2和传感器4，转接盘3与底座5的中心处于同一竖直方向。
叶片夹具2对待测叶片16进行夹持，转接盘3设于叶片夹具2下方并对叶片夹具2进行支撑，叶片夹具2包括与转接盘3相连的固定座6和设于固定座6上的三组定位轮7，每组定位轮7均与待测叶片16相连，三组定位轮7呈三角形排布定位使得待测叶片16的重心保持在转接盘3的中心位置。
测量时将叶片16的榫头朝下设置，通过三个定位轮7分别对叶片16的榫头进行限位与夹紧，由于三个定位轮7呈三角形排布，则叶片16的安装角度固定，叶片16的重心处于三个定位轮7之间的确定位置；三个传感器4沿着叶片16重心的周向均匀间隔排布，从而对叶片16三个不同角度处的质量进行测量，此时传感器4测得的重量包括转接盘3、叶片夹具2和叶片16的总重量，在去除皮重之后得到叶片16的实际重量后，根据三个传感器4所处的角度与各自测得的质量数据，再通过相应的计算后即可得到叶片16的轴向力矩与切向力矩，测量准确，同时安装与操作方便，可以进行多次测量，传感器4的数量不限于三组，可以根据实际情况进行调整，本发明以三组为例进行说明。
同时本发明能够与测量叶片径向力矩的测量设备配合使用，从而测出叶片的径向力矩、轴向力矩、切向力矩。
如图4、图5所示，优选地，叶片夹具2还包括设于固定座6上并位于定位轮7一侧的起顶装置，起顶装置包括把手11、杠杆12、支撑架13和螺母压板14；
支撑架13设于固定座6上，螺母压板14设于支撑架13的顶部，把手11上设有螺纹并与螺母压板14螺纹配合，杠杆12的中部与支撑架13的侧壁铰接，把手11竖直设置并且下端与杠杆12远离固定座6一侧的上部侧壁相抵。
定位轮7在对叶片16的榫头进行限位与夹持后，通过转动把手11使得杠杆12远离叶片16的一端下压，使得杠杆12位于榫头下方的一端翘起与榫头相抵，从而对叶片16进行稳定支撑。
优选地，三组定位轮7呈等腰三角形设置，杠杆12沿着固定座6的径向设置并且杠杆12沿着垂直于该等腰三角形的底边伸入至固定座6的中心位置。
通过将三组定位轮7呈等腰三角形设置，则对叶片16安装完成后，叶片16的重心处于等腰三角形底边中点与顶点连线的中心位置，也即是固定座6、转接盘3的中心位置，杠杆12此时处于叶片16重心一侧的径向线上，能够更加稳定地对叶片16进行支撑。
优选地，固定座6与转接盘3采用圆柱面止口配合。叶片夹具2在对叶片16安装时常常需要进行转位操作，通过将两者之间采用圆柱面止口配合能够更加方便固定座6的旋转。
优选地，定位轮7竖直设置并且定位轮7呈圆柱形结构，定位轮7中部与固定座6之间开设有对应设置的螺孔，螺孔内螺纹连接有沉头螺钉；定位轮7的侧壁上开设有与叶片16榫头上的凸起相配合的环形凹槽。通过沉头螺钉将定位轮7稳定固定在固定座6上的同时，沉头螺钉不会与榫头接触从而防止对叶片16的限位造成影响，环形凹槽与榫头上凸起配合来保证对叶片16稳定的限位。
优选地，固定座6上设有与叶片16榫头的外端相配合的定位销8，由于定位轮7对叶片16的定位无法保证完全精准，存在一定的加工误差，定位销8通过对叶片16榫头的外端相贴对叶片16进行定位以进一步保证叶片16定位的精度。
优选地，固定座6上设有水准泡9，底座5上设有水准器15，水准泡9能够对固定座6，也即是叶片夹具2的整体水平度进行测量，以方便进行水平度的调整；水准器15能够对底座5的水平度进行测量，与方便进行底座5水平度的调整。
优选地，底座5的边缘位置设有支撑板10(结合图1)，支撑板10上设有位于转接盘3外侧的保护罩1，底座5、支撑板10、保护罩1和转接盘3组合成空腔，传感器4设于空腔内。保护罩1能够保护传感器4和转接盘3，防止转接盘3的精加工面发生损伤，通过形成封闭的空腔以保证传感器4具有较为良好的工作环境。
作为一种具体实施方式，一种叶片二维质量矩测量方法，如图6所示，包括以下步骤：
步骤S100，根据底座5上的水准器15调节底座5上的地脚螺钉，使底座5保持水平，安装传感器4、转接盘3；
步骤S200，将叶片夹具2安装至转接盘3上，通过水准泡9保证叶片夹具2水平；
步骤S300，打开电源，为传感器4供电，待读数稳定后读出传感器4读数m1、m2、m3；
步骤S400，将叶片16安装至叶片夹具2上，旋转起顶装置上的把手11，将叶片16夹紧；
步骤S500，待读数稳定后记录传感器4读数m1'、m2'、m3'；
步骤S600，传感器4去皮重，将安装叶片16后测量的传感器4读数m1'、m2'、m3'与仅安装叶片夹具2后测量的传感器4读数作差，得到叶片16质量测量结果w1、w2、w3；
步骤S700，得出叶片16测量结果并计算出叶片16的轴向力矩与切向力矩。
步骤S800，拆除叶片16，断开电源，完成叶片16质量矩测量。
通过采用先测量叶片夹具2重量，再测量叶片16的方法能够准确的去皮重，而后再通过传感器4测量出的结果对叶片16的轴向力矩和切向力矩进行计算，能够得到准确的轴向力矩和切向力矩数值。
如图7所示，优选地，轴向力矩与切向力矩的测量方法为，
装置中，三个传感器4分布圆半径设计值为R，根据几何关系，得到三个传感器4测量在测量平面内的坐标为(y1，z1)、(y2，z2)、(y3，z3)，具体分别为(0，R)、(－R*cos30°，－R*sin30°)、(R*cos30°，－R*sin30°)。
根据力矩平衡原理在平面OYZ内对OZ轴取矩，可得叶片16的轴向力矩MA为：
MA＝w2y2-w3y3 (1)
对OY轴取矩，可得叶片切向力矩MT为：
MT＝w1z1-w2z2-w3z3 (2)
通过将具体的R至代入到公式(1)和(2)中即可准确地求得叶片的轴向力矩与切向力矩。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种叶片二维质量矩测量装置，其特征在于：包括叶片夹具(2)、转接盘(3)、传感器(4)和底座(5)；所述叶片夹具(2)对待测叶片(16)进行夹持，所述转接盘(3)设于叶片夹具(2)下方并对叶片夹具(2)进行支撑，所述底座(5)设于转接盘(3)的下方，所述传感器(4)设于转接盘(3)与底座(5)之间；所述叶片夹具(2)包括与转接盘(3)相连的固定座(6)和设于固定座(6)上的三组定位轮(7)，每组所述定位轮(7)均与待测叶片(16)相连，所述三组定位轮(7)呈三角形排布定位使得待测叶片(16)的重心保持在转接盘(3)的中心位置；
所述传感器(4)共有三组并沿着转接盘(3)的中心位置呈圆周间隔均匀分布；
所述叶片夹具(2)还包括设于固定座(6)上并位于定位轮(7)一侧的起顶装置，所述起顶装置包括把手(11)、杠杆(12)、支撑架(13)和螺母压板(14)；
所述支撑架(13)设于固定座(6)上，所述螺母压板(14)设于支撑架(13)的顶部，所述把手(11)上设有螺纹并与螺母压板(14)螺纹配合，所述杠杆(12)的中部与支撑架(13)的侧壁铰接，所述把手(11)竖直设置并且下端与杠杆(12)远离固定座(6)一侧的上部侧壁相抵；
对应方法包括：
根据底座(5)上的水准器(15)调节底座(5)上的地脚螺钉，使底座(5)保持水平，安装传感器(4)、转接盘(3)；
将叶片夹具(2)安装至转接盘(3)上，通过水准泡(9)保证叶片夹具(2)水平；打开电源，为传感器(4)供电，待读数稳定后读出传感器(4)读数m1、m2、m3；
将叶片(16)安装至叶片夹具(2)上，旋转起顶装置上的把手(11)，将叶片(16)夹紧；
待读数稳定后记录传感器(4)读数m1'、m2'、m3'；
传感器(4)去皮重，得到三个传感器(4)测量的叶片(16)质量w1、w2、w3；得出叶片(16)测量结果并计算出叶片(16)的轴向力矩与切向力矩；
拆除叶片(16)，断开电源，完成叶片(16)质量矩测量；
三组所述定位轮(7)呈等腰三角形设置，所述杠杆(12)沿着固定座(6)的径向设置并且杠杆(12)沿着垂直于该等腰三角形的底边伸入至固定座(6)的中心位置；
所述定位轮(7)竖直设置并且定位轮(7)呈圆柱形结构，所述定位轮(7)中部与固定座(6)之间开设有对应设置的螺孔，所述螺孔内螺纹连接有沉头螺钉；所述定位轮(7)的侧壁上开设有与叶片(16)榫头上的凸起相配合的环形凹槽；
所述轴向力矩与切向力矩的测量方法为，
根据几何关系，得到三个传感器(4)在测量平面内的坐标(y1，z1)、(y2，z2)、(y3，z3)，则叶片(16)的轴向力矩MA＝w2y2-w3y3，叶片的切向力矩MT＝w1z1-w2z2-w3z3。
2.如权利要求1所述的叶片二维质量矩测量装置，其特征在于：所述固定座(6)与转接盘(3)采用圆柱面止口配合。
3.如权利要求1所述的叶片二维质量矩测量装置，其特征在于：所述固定座(6)上设有与叶片(16)榫头的外端相配合的定位销(8)。
4.如权利要求1所述的叶片二维质量矩测量装置，其特征在于：所述固定座(6)上设有水准泡(9)，所述底座(5)上设有水准器(15)。
5.如权利要求1所述的叶片二维质量矩测量装置，其特征在于：所述底座(5)的边缘位置设有支撑板(10)，所述支撑板(10)上设有位于转接盘(3)外侧的保护罩(1)，所述底座(5)、支撑板(10)、保护罩(1)和转接盘(3)组合成空腔，所述传感器(4)设于空腔内。
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