CN115143860B - 风扇叶片叶尖圆弧测具及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇叶片叶尖圆弧测具及测试方法，测具包括叶尖圆弧样板、夹头、滑板和底板，夹头、滑板间隔安装在底板上，夹头用于夹持叶片的榫头，叶尖圆弧样板包括一条滑动平面和一条圆弧面，圆弧面与发动机轴线同轴，叶尖圆弧样板紧贴滑动平面和圆弧面移动，叶尖圆弧样板上的测量用刃口轮廓与机匣内壁曲线一致。本发明通过测量相对运动过程中的叶尖圆弧样板与叶片叶尖之间的间隙，从而测试叶尖圆弧的尺寸是否合格，可得到叶尖全弧面的加工尺寸信息。

Description

风扇叶片叶尖圆弧测具及测试方法

技术领域

本发明属于试验与测试技术领域，特别是针对风扇叶片叶尖圆弧进行测量的测试方法及使用的测具。

背景技术

风扇转子叶片是航空发动机引入气流的关键零件，叶片的尺寸及展弦比较大；风扇叶尖与机匣内壁的缝隙极为关键，叶片在工作时高速旋转，缝隙越小时发动机的进气效率越高，发动机推力性能越好；缝隙越大在发动机空气流场内会存在漏气，严重降低发动机的核心机工作效率，大幅减小输出推力。同时，缝隙也不能太小，必须保证叶尖不与机匣内壁摩擦干涉，以防止叶片高速旋转打伤机匣，所以风扇转子叶片的叶尖圆弧尺寸至关重要。

目前叶尖圆弧的测量方式是叶片在外圆磨床上加工后，在设备上直接用打表的方式检测某个点的尺寸。但这样的测量方法只能确保被测点尺寸满足设计图要求，其余位置只能通过加工方法保证，无法对其他位置进行测量，存在尺寸不满足的隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种风扇叶片叶尖圆弧测具及测试方法，确保叶尖圆弧测量尺寸的完整性。

为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

风扇叶片叶尖圆弧测具，包括，

夹头，所述夹头用于夹持叶片的榫头；

滑板，所述滑板包括一条圆弧面和一条滑动平面，且圆弧面的轴线与垂直于滑动平面，滑板与夹头间隔布置，且圆弧面的轴线与发动机轴线重合；

叶尖圆弧样板，所述叶尖圆弧样板包括测量用刃口和滑动部，测量用刃口的刃尖轮廓与机匣内壁曲线一致，且刃尖轮廓位于垂直于滑动平面的平面内，滑动部与滑板的圆弧面滑动接触。

风扇叶片叶尖圆弧测具还包括底座，所述底座包括一条安装平面，滑板和夹头可拆卸连接在安装平面上，且滑板和夹头之间的间距可调。夹头和滑板之间的间距(距离)通过滑板上圆弧面的轴线和夹头装夹叶片后的理论发动机轴线重合来确定。

作为一种选择，所述滑板和夹头通过定位销和螺栓固定在底座的安装平面上。底座的安装平面上有多个定位销孔和螺孔，便于调整滑板和夹头之间的距离。

进一步，所述夹头为多自由度叶片夹头。

进一步，所述滑动部包括滑动基座，滑动基座的下端面为平面，平面上垂直设置有两根圆柱销，当滑动部在滑板上滑动时，滑动基座的下端面压紧在滑板的滑动平面上，圆柱销的圆柱面紧贴滑板的圆弧面。

进一步，所述叶尖圆弧样板的测量用刃口尺寸对应叶片的叶尖最大实体轮廓。最大实体轮廓是指按照叶尖尺寸公差的上差来设计样板刃口，最终通过测量间隙计算叶尖尺寸。

采用上述风扇叶片叶尖圆弧测具的叶尖圆弧测试方法，包括，

步骤一，利用叶片的榫头定位，采用夹头夹持叶片；

步骤二，保持叶片静止，推动叶尖圆弧样板沿着滑板的圆弧面滑动；

步骤三，测量叶片的叶尖与测量用刃口之间的间隙值。

进一步，所述步骤一中，使得发动机轴线在竖直方向，该步骤是为了方便观察和操作，因为当发动机轴线在竖直方向上时，滑板的圆弧面呈水平状态，此时叶尖圆弧样板沿着滑板的在水平面上滑动，方便检测人员操作移动叶尖圆弧样板和观察间隙。

进一步，所述步骤三中，采用塞尺检查间隙值。

风扇叶片叶尖圆弧测试方法，包括，

保持叶片静止不动，以圆弧曲线模拟叶片叶尖绕发动机轴线的旋转轨迹，并沿着该旋转轨迹移动样板，所述样板上包括一条与机匣内壁曲线一致的刃口，通过测量样板上刃口与叶片叶尖的间隙来测试叶尖圆弧尺寸是否合格。该测试方法假设叶片叶尖为最大尺寸(上公差)，刃口代表机匣内壁，当叶片叶尖与刃口相对旋转时，叶片叶尖与刃口之间间隙应该在零到公差(上差减去下差)之间，即反映了叶片叶尖的尺寸。实际测量和设计测距时，为了避免损伤叶片叶尖，在刃口和叶片叶尖最大尺寸的基础上增加一个安装间隙，当测出间隙值时，用测量得到的间隙值减去安装间隙，即可得出叶片叶尖实际尺寸。

与现有技术相比，本发明具备以下优势：

(1)采用样板检测叶尖的方法能够有效测量叶尖全圆弧面，测量结果包含全叶尖弧面、操作更容易。

(2)采用测具测量，能够单件测量，减少测量等待时间。

(3)采用滑板结构，仅采集部分圆弧，能够减小测具结构尺寸，使用更加便利。

附图说明

图1为叶尖圆弧测具示意图；

图2为发动机轴线与叶片相对位置示意图；

图3为图2的俯视图；

图中，1-叶尖圆弧样板；2-叶片；3-夹头；4-发动机轴线；5-滑板；6-测量用刃口；7-榫头对称平面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。

如图1所示，风扇叶片叶尖圆弧测具包括叶尖圆弧样板1、夹头3、滑板5和底板，夹头3用于夹持叶片2的榫头，夹头3为多自由度叶片夹头。滑板5包括一条圆弧面和一条滑动平面，且圆弧面的轴线与垂直于滑动平面，滑板5与夹头3间隔布置，且圆弧面的轴线与发动机轴线4重合，叶尖圆弧样板1包括测量用刃口6和滑动部，测量用刃口6的刃尖轮廓与机匣内壁曲线一致，且刃尖轮廓位于垂直于滑动平面的平面内，滑动部与滑板5的圆弧面滑动接触。滑动部包括滑动基座，滑动基座的下端面为平面，平面上垂直设置有两根圆柱销，当滑动部在滑板5上滑动时，滑动基座的下端面压紧在滑板5的滑动平面上，圆柱销的圆柱面紧贴滑板5的圆弧面。底座包括一条安装平面，滑板5和夹头3可拆卸连接在安装平面上，且滑板5和夹头3之间的间距可调。

本发明的设计方法适用于叶尖圆弧尺寸的测量。将叶片2装夹在测具夹头3上后。采用叶尖圆弧样板1紧靠滑板5的滑动平面和圆弧面，通过测量叶片2的叶尖与叶尖圆弧样板1间的间隙确定叶尖尺寸，如图1。

叶片2的装夹采用榫头定位，先使用测具的夹头3装夹叶片2，自动找正叶片2(夹头3夹紧叶片2后，叶片2会自动找正该叶片2对应的发动机轴线4与滑板5圆弧面的轴线重合，这是因为夹头3和滑板5之间的相对位置是根据标准叶片2(符合要求的叶片2)来确定，此时，测具上已经存在一条由夹头3和标准叶片2确定的发动机轴线4，该发动机轴线4同时作为滑板5上圆弧面的轴线，所以当待测试的叶片2的榫头夹紧在夹头3中后，即认为待测试的叶片2的安装位置对应的发动机轴线4已经跟测具上发动机轴线4的位置重合)，使发动机轴线4(如图2)在竖直方向上，此时滑板5的圆弧面轴线与该叶片2对应的发动机轴线4以及测具对应的发动机轴线4重合，叶尖圆弧样板1紧靠上滑板5后，叶尖圆弧样板1的测量用刃口6的刃尖轮廓等于机匣内壁曲线，叶尖圆弧样板1的测量用刃口6尺寸按叶片2的叶尖最大实体轮廓设计，通过测量叶尖圆弧样板1的测量用刃口6与叶片2的叶尖的间隙即可得到叶尖全弧面的加工尺寸。

如图2(图2中ΦXXX代表叶片不同位置的尺寸，XXX°代表叶片的角度)，取一件二级风扇叶片2装在测具的夹头3上并夹紧，将叶尖圆弧样板1紧贴在滑板5的滑动平面和圆弧面上，同时，叶尖圆弧样板1滑动基座下端面的两根圆柱销的圆柱面紧靠在滑板5的圆弧面上，基座下端面平面压紧在滑板5的滑动平面上，使用专用塞尺(宽度1mm)检查叶尖与叶尖圆弧样板1间的透光处尺寸大小(即间隙尺寸的大小)，通过叶尖圆弧样板1在滑板5上滑动即可测量叶尖圆弧面上所有透光位置(间隙)，当透光位置的尺寸小于叶尖尺寸公差时，该叶片叶尖圆弧尺寸即为合格。

如图3所示，图中绘制了叶片的榫头对称平面7、发动机轴线4、叶片X轴、叶片Y轴之间的位置关系。

Claims (8)

1.风扇叶片叶尖圆弧测具，其特征在于：包括，

夹头(3)，所述夹头(3)用于夹持叶片(2)的榫头；

滑板(5)，所述滑板(5)包括一条圆弧面和一条滑动平面，且圆弧面的轴线与垂直于滑动平面，滑板(5)与夹头(3)间隔布置，且圆弧面的轴线与发动机轴线(4)重合；

叶尖圆弧样板(1)，所述叶尖圆弧样板(1)包括测量用刃口(6)和滑动部，测量用刃口(6)的刃尖轮廓与机匣内壁曲线一致，且刃尖轮廓位于垂直于滑动平面的平面内，滑动部与滑板(5)的圆弧面滑动接触；所述叶尖圆弧样板(1)的测量用刃口(6)尺寸对应叶片(2)的叶尖最大实体轮廓；

底座，所述底座包括一条安装平面，滑板(5)和夹头(3)可拆卸连接在安装平面上，且滑板(5)和夹头(3)之间的间距可调。

2.根据权利要求1所述的风扇叶片叶尖圆弧测具，其特征在于：所述滑板(5)和夹头(3)通过定位销和螺栓固定在底座的安装平面上。

3.根据权利要求1所述的风扇叶片叶尖圆弧测具，其特征在于：所述夹头(3)为多自由度叶片夹头。

4.根据权利要求1所述的风扇叶片叶尖圆弧测具，其特征在于：所述滑动部包括滑动基座，滑动基座的下端面为平面，平面上垂直设置有两根圆柱销，当滑动部在滑板(5)上滑动时，滑动基座的下端面压紧在滑板(5)的滑动平面上，圆柱销的圆柱面紧贴滑板(5)的圆弧面。

5.采用权利要求1所述风扇叶片叶尖圆弧测具的叶尖圆弧测试方法，其特征在于：包括，

步骤一，利用叶片(2)的榫头定位，采用夹头(3)夹持叶片(2)；

步骤二，保持叶片(2)静止，推动叶尖圆弧样板(1)沿着滑板(5)的圆弧面滑动；

步骤三，测量叶片(2)的叶尖与测量用刃口(6)之间的间隙值。

6.根据权利要求5所述的风扇叶片叶尖圆弧测试方法，其特征在于：所述步骤一中，使得发动机轴线(4)在竖直方向。

7.根据权利要求5所述的风扇叶片叶尖圆弧测试方法，其特征在于：所述步骤三中，采用塞尺检查间隙值。

8.风扇叶片叶尖圆弧测试方法，其特征在于：包括，

保持叶片(2)静止不动，以圆弧曲线模拟叶片(2)叶尖绕发动机轴线(4)的旋转轨迹，并沿着该旋转轨迹移动样板，所述样板上包括一条与机匣内壁曲线一致的刃口，通过测量样板上刃口与叶片(2)叶尖的间隙来测试叶尖圆弧尺寸是否合格。

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