CN114714071B - 一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及螺母自动拧紧的领域，公开了一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构和方法，拧紧结构包括与涡轮泵轴连接的止动工装、以及转动连接于止动工装外侧并与轴系螺母连接的转接工装，转接工装连接有驱动转接工装转动的拧紧装置，转接工装带动轴系螺母转动。拧紧方法包括将轴端螺母套设于涡轮泵轴外侧，将止动工装与涡轮泵轴连接、转接工装与轴系螺母连接；转接工装以aN.m的拧紧扭矩转动，目标拧紧扭矩为aN.m±bN.m，扭矩超过aN.m时，转接工装停止转动。实现轴与轴系螺母自动拧紧，保证自动拧紧扭矩要求及精准、均匀施力要求，解决了轴系螺母手工装配施力不均匀，工人劳动强度大及装配后容易咬死的问题。

Description

一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构和方法
技术领域
本申请涉及螺母自动拧紧的技术领域，特别是一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构和方法，针对轴端有键槽、装配后尺寸精度要求高、拧紧扭矩为100N.m～300N.m的轴系螺母。
背景技术
涡轮泵作为液体火箭发动机的推进剂供应系统的重要部件，已在多个型号长征系列火箭及武器的飞行发射中得到成功应用。涡轮泵的轴外套设有轴套和轴系螺母，轴系螺母与轴螺纹连接，轴的外壁的端部开设有轴键槽。
目前，常规运载发动机涡轮泵现有的装配过程，主要依托熟练技师辅以相应工装，以手工边装配边检测方式进行生产。虽然该生产方式能够最大程度的保证产品质量，但针对轴系螺母与轴之间高精度装配要求的螺纹件，装配中存在工人手工拧紧劳动强度大、易偏斜、装配一致性不易保证等问题，难以满足常规运载火箭更高密度发射的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足之处，提出了一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构和方法，设计多用途的零件专用转接工装和专用止动工装，通过扭矩控制，实现轴系螺母自动拧紧，降低工人的劳动强度，提高涡轮泵装配效率及质量一致性，为涡轮泵轴系螺母装配提供一种全新工艺方法。
本申请采用如下的技术方案：
一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构，包括与涡轮泵轴连接的止动工装、以及转动连接于止动工装外侧并与轴系螺母连接的转接工装，止动工装用于相对固定涡轮泵轴，转接工装连接有驱动转接工装绕自身轴线转动的拧紧装置，转接工装用于驱动轴系螺母转动。
所述止动工装和转接工装的端部设置有壳体，止动工装与壳体固定连接，转接工装与壳体转动连接。
所述拧紧装置包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮连接于转接工装位于壳体内部分的外壁，第二齿轮转动连接于壳体内，且第二齿轮与第一齿轮啮合，第二齿轮连接有驱动第二齿轮转动的驱动件。
所述止动工装包括止动件和第一拧紧件，止动件的端部设置有第二四方接口，第一拧紧件插设于第二四方接口内；第一拧紧件与壳体固定连接。
优选的，第二四方接口为内四方孔，第二四方接口与第一拧紧件的接口一单边定位间隙为0.2mm～0.3mm，轴向定位长度20mm～30mm，孔口倒角30度，深5mm。
所述转接工装包括转接件和第二拧紧件，转接件的端部设置有第一四方接口，第二拧紧件插设于第一四方接口内；第一齿轮连接于第二拧紧件的外壁。
优选的，第一四方接口为内四方孔，第一四方接口与第二拧紧件的接口单边定位间隙为0.2mm～0.3mm，轴向定位长度20mm～30mm，孔口倒角30度，深5mm。
所述转接工装的端部设置有多个圆柱销，轴系螺母的端部设置有多个定位孔，圆柱销与定位孔相适配。
优选的，所述定位孔和圆柱销均设置四个。四个圆柱销中心距与轴系螺母四个定位孔中心距尺寸一致。
所述圆柱销与定位孔径向间隙0.2mm～0.3mm；轴向定位尺寸5mm～10mm。
转接工装的四个圆柱销装入轴系螺母的四个定位孔中定位，专用转接工装与轴系螺母端面贴合定位。
所述止动工装的端部设置有插入轴键槽内的凸耳。
优选的，所述轴键槽和凸耳均设置两个。
所述凸耳侧面与轴键槽的装配间隙0.3mm～0.5mm。
一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧方法，包括以下步骤：
将轴端螺母套设于涡轮泵轴外侧，将用于相对固定涡轮泵轴的止动工装与涡轮泵轴连接，将转接工装与轴系螺母连接；
驱动转接工装转动，目标拧紧扭矩为aN.m±b N.m，以aN.m的拧紧扭矩进行拧紧，设定扭矩上限为a+bN.m、扭矩下限为aN.m，直到扭矩为aN.m时，转接工装停止转动。其中，b为拧紧扭矩的波动值。
具体的，转接工装的圆柱销装入轴系螺母定位孔内，止动工装的凸耳装入轴键槽内定位，完成转接工装与轴系螺母的连接和止动工装与涡轮泵轴的连接。
综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
(1)本发明通过设计多用途的零件专用转接工装，编制扭矩控制程序，实现轴系螺母自动拧紧，该装配方法解决了当前涡轮泵轴系螺母装配中存在的施力不均导致螺纹咬死、轴系跳动量超差、工人劳动强度大等问题，保证了产品的最终装配扭矩、尺寸精度、锁紧要求和装配质量。
(2)本发明实现了轴系螺母自动拧紧，相比现有的工人手工使用力矩扳手拧紧装配方法，实现精准均匀施力，装配效率提升60％，大幅降低了工人劳动强度，提升了装配质量。
(3)本发明通过设计转接工装和止动工装通过壳体同轴连接，实现了止动件和转接件的搞同轴度，从而保证了轴系螺母相对于涡轮泵轴转动拧紧过程中稳定的同轴，从而有利于提高装配精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的涡轮泵轴系螺母装配示意图。
图2是本发明实施例提供的涡轮泵轴系螺母装配局部剖视图。
图3是本发明实施例提供的涡轮泵轴与专用转接工装连接示意图。
附图标记说明：1、涡轮泵轴；11、轴键槽；12、轴套；
2、轴系螺母；21、定位孔；
31、止动件；311、第二四方接口；312、凸耳；32、第一拧紧件；
41、转接件；411、第一四方接口；412、圆柱销；42、第二拧紧件；
5、壳体；
61、第一齿轮；62、第二齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
本申请实施例公开一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构和方法。
参照图1，一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构和方法，拧紧结构包括包括与涡轮泵轴1连接的止动工装、以及转动连接于止动工装外侧并与轴系螺母2连接的转接工装，止动工装用于相对固定涡轮泵轴1，转接工装连接有驱动转接工装绕自身轴线转动的拧紧装置，转接工装用于驱动轴系螺母2转动。转接工装转动带动轴系螺母2转动，而止动工装带动涡轮泵轴1不转动，从而实现了轴系螺母2与涡轮泵轴1之间的自动拧紧。
参照图1和图2，止动工装包括止动件31和第一拧紧件32，止动件31的端部设置有的第二四方接口311，第一拧紧件32插设于第二四方接口311内。第二四方接口311为内四方孔，尺寸与第一拧紧件32端部的接口一尺寸一致，第二四方接口311与第一拧紧件32端部接口转接处单边定位间隙为0.2mm～0.3mm，轴向定位长度20mm～30mm，孔口倒角30度，深5mm，专用止动工装，热处理硬度HRC32～38。转接工装包括转接件41和第二拧紧件42，转接件41的端部设置有第一四方接口411，第二拧紧件42插设于四方接口内。第一四方接口411为内四方孔，尺寸与第二拧紧件42端部的接口二尺寸一致，第一四方接口411与第二拧紧件42端部接口转接处单边定位间隙为0.2mm～0.3mm，轴向定位长度20mm～30mm，孔口倒角30度，深5mm，启动自动拧紧装置，自动拧紧装置接口二在弹簧力的作用下自动与(1)的专用止动工装接口二对接定位，实现轴与轴系螺母2的拧紧，专用转接工装材料为45#钢，热处理硬度HRC32～38。
参照图1，第一拧紧件32和第二拧紧件42的端部连接有壳体5，壳体5包括上壳体5和下壳体5，上壳体5和下壳体5之间通过螺栓连接，拧紧装置位于上壳体5和下壳体5之间，第一拧紧件32穿过壳体5，且第一拧紧件32的顶部与上壳体5之间通过螺栓固定连接，第二拧紧件42与壳体5转动连接。
参照图1，拧紧装置包括第一齿轮61和第二齿轮62，第一齿轮61连接于第二拧紧件42位于壳体5内部分的外壁，第二齿轮62转动连接于壳体5内，且第二齿轮62与第一齿轮61啮合，第二齿轮62与壳体5内壁之间、第一齿轮61与壳体5内壁之间均设置有轴承，第二齿轮62连接有驱动第二齿轮62转动的驱动件，驱动件为拧紧轴或拧紧枪。
参照图1，转接件41远离第二拧紧件42的端部设置有多个圆柱销412，轴系螺母2的端部设置有多个定位孔21，圆柱销412可插设于定位孔21内。本实施例中，圆柱销412和定位空均设置四个。四个圆柱销412中心距与轴系螺母2四个定位孔21中心距尺寸一致，圆柱销412与定位孔21径向间隙0.2mm～0.3mm，轴向定位尺寸5mm～10mm，四个圆柱销412装入轴系螺母2的四个定位孔21中定位，转接件41与轴系螺母2端面贴合定位，转接件41与圆柱销412材料为45#钢，热处理硬度HRC32～38。
参照图1和图3，止动件31远离第一拧紧件32的端部设置有插入轴键槽11内的凸耳312。凸耳312侧面与轴键槽11的装配间隙0.3mm～0.5mm。本实施例中，凸耳312和轴键槽11均设置两个。两个凸耳312的3个侧面与轴键槽11的装配间隙0.3mm～0.5mm，凸耳312装入轴键槽11内底面和侧面定位，止动件31材料为45#钢，热处理硬度HRC32～38。
拧紧方法为：拧紧结构连接为整体，将轴系螺母2手动装入涡轮泵轴1的外螺纹位置，然后将转接工装的圆柱销412与轴系螺母2的定位孔21对接定位、将止动工装的凸耳312与涡轮泵轴1的键槽对接定位，启动拧紧装置，实现轴系螺母2自动拧紧，保证自动拧紧过程中施力均匀，解决了轴系螺母2手工装配施力不均匀、工人劳动强度大及装配后螺纹易咬死的问题，满足涡轮泵轴1系螺母自动拧紧装配需求。具体步骤如下：
(1)将轴系螺母2螺纹孔内涂薄薄一层GJB941A-96_7804润滑脂后，将轴系螺母2装入涡轮泵轴1的外螺纹位置；
(2)将转接件41的圆柱销412装入轴系螺母2的定位孔21内；
(3)将止动件31的凸耳312接口一装入涡轮泵轴1的轴键槽11内定位；
(4)将第一拧紧件32的端部插设于止动件31的第二四方接口311内对接定位；此时第二拧紧件42的底部自动与转接件41的第一四方接口411对接定位；
(5)启动拧紧装置，实现轴与轴端螺母的拧紧，拧紧时，设置螺纹件拧紧扭矩值，本实施例中，以拧紧扭矩要求为180N.m±10N.m为例，设置拧紧上限扭矩为190N.m，设置拧紧目标扭矩为180N.m，设置拧紧下限扭矩为180N.m，当拧紧扭矩达到拧紧目标扭矩180N.m时，停止拧紧；
(6)测量轴系螺母2装入后的轴向深度尺寸，测量轴系零件装配后跳动量。具体的，用0～300/0.01mm的深度尺四点对称测量轴系螺母2装入轴后与涡轮泵端面的深度尺寸，计算四点深度差值应≤0.04mm。用手缓慢转动涡轮泵轴1，用百分表测量轴系零件离心轮密封凸肩装配后跳动量，应≤0.05mm。
通过本发明的方案既能满足轴系螺母2自动拧紧，同时又能可靠定位避免装配过程施力不均造成倾斜和安全隐患，保证产品的最终拧紧扭矩、装配尺寸精度满足要求。实现了轴系螺母2自动拧紧，降低工人的劳动强度，提高涡轮泵装配效率及质量一致性，解决当前装配过程中存在的瓶颈问题。
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。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构，其特征在于：包括与涡轮泵轴(1)连接的止动工装、以及转动连接于止动工装外侧并与轴系螺母(2)连接的转接工装，止动工装用于相对固定涡轮泵轴(1)，转接工装连接有驱动转接工装绕自身轴线转动的拧紧装置，转接工装用于驱动轴系螺母(2)转动；
所述止动工装和转接工装的端部设置有壳体(5)，止动工装与壳体(5)固定连接，转接工装与壳体(5)转动连接；
所述拧紧装置包括第一齿轮(61)和第二齿轮(62)，第一齿轮(61)连接于转接工装位于壳体(5)内部分的外壁，第二齿轮(62)转动连接于壳体(5)内，且第二齿轮(62)与第一齿轮(61)啮合，第二齿轮(62)连接有驱动第二齿轮(62)转动的驱动件；
所述止动工装包括止动件(31)和第一拧紧件(32)，止动件(31)的端部设置有第二四方接口(311)，第一拧紧件(32)插设于第二四方接口(311)内；第一拧紧件(32)与壳体(5)固定连接；
所述转接工装包括转接件(41)和第二拧紧件(42)，转接件(41)的端部设置有第一四方接口(411)，第二拧紧件(42)插设于第一四方接口(411)内；第一齿轮(61)连接于第二拧紧件(42)的外壁；
所述转接工装的端部设置有多个圆柱销(412)，轴系螺母(2)的端部设定位孔(21)置有多个，圆柱销(412)与定位孔(21)相适配；
所述圆柱销(412)与定位孔(21)径向间隙0.2 mm ~0.3 mm；轴向定位尺寸5mm~10 mm；
所述止动工装的端部设置有插入轴键槽(11)内的凸耳(312)；
所述凸耳(312)侧面与轴键槽(11)的装配间隙0.3mm~0.5mm；
将轴系螺母(2)装入涡轮泵轴(1)的外螺纹位置；
将转接件(41)的圆柱销(412)装入轴系螺母(2)的定位孔(21)内；
将止动件(31)的凸耳(312)接口一装入涡轮泵轴(1)的轴键槽(11)内定位；
将第一拧紧件(32)的端部插设于止动件(31)的第二四方接口(311)内对接定位；此时第二拧紧件(42)的底部自动与转接件(41)的第一四方接口(411)对接定位；
启动拧紧装置，实现轴与轴端螺母的拧紧。
2.一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧方法，其特征在于：使用权利要求1所述的一种涡轮泵轴系螺母自动拧紧结构，包括以下步骤：
将轴端螺母套设于涡轮泵轴(1)外侧，将用于相对固定涡轮泵轴(1)的止动工装与涡轮泵轴(1)连接，将转接工装与轴系螺母(2)连接；
驱动转接工装转动，目标拧紧扭矩为aN.m±b N.m，以aN.m的拧紧扭矩进行拧紧，直到扭矩为aN.m时，转接工装停止转动。
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