CN114888552B - 一种高速水力测功机液压套合装配方法及工装 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机功率消耗及测量技术领域，尤其是涉及一种高速水力测功机液压套合装配方法及工装，装配方法包括：步骤一，将转子组件放置在大平面安装平台底座上，将联轴节或测速齿平放在转子主轴上部；联轴节或测速齿的进油口连接锥度配合油压拆卸工具A箱，用于提供径向力涨开联轴节或测速齿；通过千斤顶连接锥度配合油压拆卸工具B箱，用于提供轴向力将联轴节或测速齿装配到转子主轴上；步骤二，在装配过程中，通过控制锥度配合油压拆卸工具A箱与B箱的油液压力来调整轴向力与径向力的配合关系，直至装配到位。本发明采用液压套合的方式进行装配，操作简单快捷，结合数据测量对比，既能确保装配到位，又能有效避免结合面损伤。

Description

一种高速水力测功机液压套合装配方法及工装
技术领域
本发明属于发动机功率消耗及测量技术领域，尤其是涉及一种高速水力测功机液压套合装配方法及工装。
背景技术
HSXX00型高速水力测功机由英国Froude Hofmann公司研制，其功能是消耗和测量发动机试车时动力涡轮转子输出的功率，该型测功机为涡流式结构，其转子为双面叶轮式，其工作原理是水通过高速旋转转子的离心力作用，在转子和定子之间循环，在工作腔内形成高速螺旋涡流以吸收发动机负载。
高速水力测功机由于工作转速高，振动要求小，零件加工精度极高，因此装配质量的好坏直接影响测功机的性能和使用安全。装配时零件之间的同轴度、零件之间的间隙、零件与转子轴的紧度等均会对装配质量产生影响，为避免装配不合格，装前需测量每个零件的配合尺寸、高度等，通过计算紧度来选择合适的装配方法；每次装配时均需多次测量相对高度尺寸以确保零件的同轴度和平行度。
该型测功机用于某型大功率涡轴发动机测功，转子组件需传递至少1300N.m的扭矩，这全靠联轴节/测速齿与转子组件的锥度配合紧度保证，紧度不足可能导致发动机载荷无法被吸收从而产生空转，影响发动机安全，在保证紧度的同时还要注意装配的便捷性以零件的完好性。
该型高速水力测功机转子轴两端采用锥度配合传递扭矩，转子轴两侧的测速齿和联轴节均为锥度配合，过盈量为0.1mm，锥度配合对结合面的平面度和锥度要求较高，若采用加温装配，需要约400℃的高温，且实际装配时难以操作；若采用加力装配，需要至少30t的轴向力，且极易损伤锥面。采用现有的加温或加力装配方式容易导致锥面损坏、装配不到位或装配偏移的情况。此前，国内未对该型高速水力测功机进行过成功修复，无行之有效的技术路径。
测功机转子部分为测功机的核心部件，若由于装配原因导致测功机转子与两侧法兰盘结合不到位，可能导致测功机无法吸收发动机扭矩，发动机产生空转，严重时造成事故；若由于装配不到位导致测功机转子组件报废，采购成本高达600万元。
发明内容
针对背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种高速水力测功机液压套合装配方法及工装，通过锥度配合油压拆卸工具A、B箱结合专用工装，采用液压套合的方式进行装配，结合数据测量对比，既能确保装配到位，又能有效避免结合面损伤。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种高速水力测功机液压套合装配方法，所述水力测功机包括转子组件，所述转子组件包括转子、转子主轴、挡油环、轴承、间隔套、联轴节或测速齿；还包括装配水力测功机的工装，所述工装包括大平面安装平台、液压千斤顶、锥度配合油压拆卸工具A箱和锥度配合油压拆卸工具B箱，所述装配方法包括下列步骤：
步骤一：将转子组件放置在大平面安装平台底座上，将联轴节或测速齿平放在转子主轴上部；联轴节或测速齿的进油口连接锥度配合油压拆卸工具A箱，用于提供径向力涨开联轴节或测速齿；通过千斤顶连接锥度配合油压拆卸工具B箱，用于提供轴向力将联轴节或测速齿装配到转子主轴上；
步骤二：在装配过程中，通过控制锥度配合油压拆卸工具A箱与锥度配合油压拆卸工具B箱的油液压力来调整轴向力与径向力的配合关系，直至装配到位。
可选的，所述步骤二中，锥度配合油压拆卸工具A箱与锥度配合油压拆，工具B箱的配合关系为：
首先通过锥度配合油压拆卸工具B箱向液压千斤顶施加一个不足以损伤锥面的液压力，然后提高A箱压力以涨开联轴节或测速齿，直到听到或观察到涨开联轴节或测速齿向下滑动；在联轴节或测速齿向下滑动的时候，A箱压力下降，观察到A箱压力下降时，逐步提高B箱压力，直到A箱压力能提高到使联轴节或测速齿涨开、滑动的压力，然后直到联轴节或测速齿逐步滑动到止动位置。
可选的，在装配完成后，通过高度尺测量联轴节或测速齿与转子组件的实际相对高度H1与理论相对高度H0的差值判断是否装配到位、分析压紧程度，H0为转子主轴上所装零件的高度之和与转子主轴高度的差值。
可选的，H1与H0的差值不大于0.02mm；装配后检查联轴节或测速齿的端面径向跳动量不大于0.05mm。
一种高速水力测功机液压套合装配工装，适用于所述装配方法，所述大平面安装平台在上下方向设置有两块，通过若干个均布的螺杆连接；所述液压千斤顶设置在上端大平面安装平台的底部，所述转子组件设置在下端大平面安装平台的端面上；所述锥度配合油压拆卸工具A箱通过第一管道和联轴节或测速齿的进油口连接，所述锥度配合油压拆卸工具B箱通过第二管道和液压千斤顶连接。
可选的，所述联轴节或测速齿的内壁设置有一圈环槽，所述环槽和进油口连通。
本发明具有如下优点和有益效果：
一、本发明中，通过锥度配合油压拆卸工具A、B箱结合专用工装，采用液压套合的方式进行装配。在装配过程中，通过控制锥度配合油压拆卸工具A箱与锥度配合油压拆卸工具B箱的油液压力来调整轴向力与径向力的配合关系，直至装配到位。这样的设计，在保证紧度的同时还具有装配的便捷性以及零件的完好性，通过液压套合的方式进行装配，和传统的装前需测量每个零件的配合尺寸、高度等，通过计算紧度来选择合适的装配方法(如：加温装配、加力装配等)相比较，该方法操作简单便捷，既能提高操作的便利性，又能有效避免损坏零件，可以更加容易的、快速的实现联轴节或测速齿的装配，避免装配偏移、装配不到位问题，又能有效避免结合面损伤，保证装配质量和精度要求。
二、本发明中，在装配完成后，通过高度尺测量联轴节或测速齿与转子组件的实际相对高度H1与理论相对高度H0的差值判断是否装配到位、分析压紧程度。结合参数计算与差值比较，可以有效分析出压紧程度，从而确保装配到位。
附图说明
图1为本发明提供的转子组件的装配示意图；
图2为本发明提供的装配工装装配转子组件的示意图；
图3为本发明提供的转子组件的部分零件结构图；
图4为本发明提供的转子主轴的部分结构图；
图5本发明提供转子主轴以及轴上零件的装配示意图；
图标：1-大平面安装平台，11-螺杆，2-液压千斤顶，3-转子，31-转子主轴，4-挡油环，5-轴承，6-间隔套，7-联轴节或测速齿，71-进油口，72-环槽，8-锥度配合油压拆卸工具B箱，81-第二管道，9-锥度配合油压拆卸工具A箱，91-第一管道，92-接头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1～5所示，一种高速水力测功机液压套合装配方法，包括水力测功机和装配水力测功机的工装。
某型进口高速水力测功机由转子组件、静子组件、外部组件和外部附件等构成，其核心部分为转子组件。转子组件包括转子3、转子主轴31、挡油环4、轴承5、间隔套6、联轴节或测速齿7；工装包括大平面安装平台1、液压千斤顶2、锥度配合油压拆卸工具A箱9和锥度配合油压拆卸工具B箱8。
某型高速水力测功机转子轴组件结构如图1中所示，转子主轴31两侧的联轴节或测速齿7均为锥度配合，过盈量0.1mm，若采用加温装配，需要约400℃的高温，且实际装配时难以操作；若采用加力装配，需要至少30t的轴向力，且极易损伤锥面。
本发明则通过锥度配合油压拆卸工具A箱9和锥度配合油压拆卸工具B箱8、并结合专用工装，采用液压套合的方式进行装配，结合数据测量对比，既能确保装配到位，又能有效避免结合面损伤；结合参数计算与差值比较，可以有效分析出压紧程度。
本发明的装配方法包括下列步骤：
步骤一：将转子组件放置在大平面安装平台1的底座上，将联轴节或测速齿7平放在转子主轴31上部；联轴节或测速齿7的进油口71连接锥度配合油压拆卸工具A箱9，用于提供径向力涨开联轴节或测速齿7；通过千斤顶连接锥度配合油压拆卸工具B箱8，用于提供轴向力将联轴节或测速齿7装配到转子主轴31上。
步骤二：在装配过程中，通过控制锥度配合油压拆卸工具A箱9与锥度配合油压拆卸工具B箱8的油液压力来调整轴向力与径向力的配合关系，直至装配到位。
进一步的，在步骤二中，锥度配合油压拆卸工具A箱9与锥度配合油压拆工具B箱的配合关系为：
首先通过锥度配合油压拆卸工具B箱8向液压千斤顶2施加一个不足以损伤锥面的液压力，压力不能太大，太大会损伤锥面，然后提高锥度配合油压拆卸工具A箱9压力以涨开联轴节或测速齿7，直到听到或观察到涨开联轴节或测速齿7向下滑动；在联轴节或测速齿7向下滑动的时候，A箱压力下降，观察到A箱压力下降时，逐步提高B箱压力，直到A箱压力能提高到使联轴节或测速齿7涨开、滑动的压力，这个步骤需要两个人同时操作，直到联轴节或测速齿7逐步滑动到止动位置。
涨开联轴节或测速齿7的原理是：液压千斤顶2将涨开联轴节或测速齿7上端面的开口堵住，并将联轴节或测速齿7的下端面压紧在转子主轴31的上端面上，然后锥度配合油压拆卸工具A箱9的高压油从进油口71进入联轴节或测速齿7内腔环槽72，压力作用于一定表面积，从而对联轴节或测速齿7产生一个向外的力，从而将内孔涨开，使得两者紧度变小。
相互的关系是：当联轴节或测速齿7紧度变小后，在B箱千斤顶的作用下，联轴节或测速齿7会向下滑动，向下滑动过程至一定位置，内腔A箱提供的压力又会下降，再次对A箱加压至能够涨开联轴节或测速齿7的压力，联轴节或测速齿7就会继续滑动，直到装配到止动位置。
进一步的，在装配完成后，通过高度尺测量联轴节或测速齿7与转子组件的实际相对高度H1与理论相对高度H0的差值判断是否装配到位、分析压紧程度。
H0为转子主轴31上所装零件的高度之和与转子主轴31高度的差值，详见图3、图4。
H0＝h1+h2+h3+h4-h0；
H1为装配完成后测量得出，详见图5。
进一步的，H1与H0的差值不大于0.02mm；装配后检查联轴节或测速齿7的端面径向跳动量不大于0.05mm。
一种高速水力测功机液压套合装配工装，适用于本发明所述的装配方法。工装包括大平面安装平台1、液压千斤顶2、锥度配合油压拆卸工具A箱9和锥度配合油压拆卸工具B箱8，大平面安装平台1在上下方向设置有两块，通过若干个均布的螺杆11连接；液压千斤顶2设置在上端大平面安装平台1的底部，转子组件设置在下端大平面安装平台1的端面上；锥度配合油压拆卸工具A箱9通过第一管道91和接头92连接，接头92和联轴节或测速齿7的进油口71连接，锥度配合油压拆卸工具B箱8通过第二管道81和液压千斤顶2连接。
进一步的，联轴节或测速齿7的内壁设置有一圈环槽72，环槽72和进油口71连通。锥度配合油压拆卸工具A箱9通入的液压油进入环槽72后，均布在联轴节或测速齿7的内腔中，均匀的涨开联轴节或测速齿7，实现精准装配。
本发明中，通过控制锥度配合油压拆卸工具A箱9与锥度配合油压拆卸工具B箱8的油液压力来调整轴向力与径向力的配合关系，直至装配到位。在保证紧度的同时还具有装配的便捷性以及零件的完好性，和传统的装前需测量每个零件的配合尺寸、高度等，通过计算紧度来选择合适的装配方法(如：加温装配、加力装配等)相比较，该方法操作简单便捷，既能提高操作的便利性，又能有效避免损坏零件，可以更加容易的、快速的实现联轴节或测速齿7的装配，避免装配偏移、装配不到位问题，又能有效避免结合面损伤，保证装配质量和精度要求；其次，在装配完成后，通过高度尺测量联轴节或测速齿7与转子组件的实际相对高度H1与理论相对高度H0的差值判断是否装配到位，结合参数计算与差值比较，可以有效分析出压紧程度。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高速水力测功机液压套合装配方法，所述水力测功机包括转子组件，所述转子组件包括转子(3)、转子主轴(31)、挡油环(4)、轴承(5)、间隔套(6)、联轴节或测速齿(7)；还包括装配水力测功机的工装，所述工装包括大平面安装平台(1)、液压千斤顶(2)、锥度配合油压拆卸工具A箱(9)和锥度配合油压拆卸工具B箱(8)，其特征在于，
所述大平面安装平台(1)在上下方向设置有两块，通过若干个均布的螺杆(11)连接；所述液压千斤顶(2)设置在上端大平面安装平台(1)的底部，所述转子组件设置在下端大平面安装平台(1)的端面上；所述锥度配合油压拆卸工具A箱(9)通过第一管道(91)和联轴节或测速齿(7)的进油口(71)连接，所述锥度配合油压拆卸工具B箱(8)通过第二管道(81)和液压千斤顶(2)连接；所述联轴节或测速齿(7)的内壁设置有一圈环槽(72)，所述环槽(72)和进油口(71)连通；
所述装配方法包括下列步骤：
步骤一：将转子组件放置在大平面安装平台(1)底座上，将联轴节或测速齿(7)平放在转子主轴(31)上部；联轴节或测速齿(7)的进油口(71)连接锥度配合油压拆卸工具A箱(9)，用于提供径向力涨开联轴节或测速齿(7)；通过液压千斤顶(2)连接锥度配合油压拆卸工具B箱(8)，用于提供轴向力将联轴节或测速齿(7)装配到转子主轴(31)上；
步骤二：在装配过程中，通过控制锥度配合油压拆卸工具A箱(9)与锥度配合油压拆卸工具B箱(8)的油液压力来调整轴向力与径向力的配合关系，直至装配到位；
所述步骤二中，锥度配合油压拆卸工具A箱(9)与锥度配合油压拆卸工具B箱(8)的配合关系为：
首先通过锥度配合油压拆卸工具B箱(8)向液压千斤顶(2)施加一个不足以损伤锥面的液压力，然后提高锥度配合油压拆卸工具A箱(9)压力以涨开联轴节或测速齿(7)，直到听到或观察到涨开联轴节或测速齿(7)向下滑动；在联轴节或测速齿(7)向下滑动的时候，锥度配合油压拆卸工具A箱(9)压力下降，观察到锥度配合油压拆卸工具A箱(9)压力下降时，逐步提高锥度配合油压拆卸工具B箱(8)压力，直到锥度配合油压拆卸工具A箱(9)压力能提高到使联轴节或测速齿(7)涨开、滑动的压力，然后直到联轴节或测速齿(7)逐步滑动到止动位置。
2.根据权利要求1所述的高速水力测功机液压套合装配方法，其特征在于：在装配完成后，通过高度尺测量联轴节或测速齿(7)与转子组件的实际相对高度H1与理论相对高度H0的差值判断是否装配到位、分析压紧程度，H0为转子主轴(31)上所装零件的高度之和与转子主轴(31)高度的差值。
3.根据权利要求2所述的高速水力测功机液压套合装配方法，其特征在于：H1与H0的差值不大于0.02mm；装配后检查联轴节或测速齿(7)的端面径向跳动量不大于0.05mm。
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