CN115876387A - 用于高压压气机转子动平衡的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高压压气机转子动平衡的夹具，包括安装在心轴组件上的定位套筒、衬套、端盖、工艺衬套、调整垫、心轴螺母、轴承盖和端齿盘，其中定位套筒内装配与高压压气机转子大外径端连接的球轴承，球轴承通过衬套、端盖限制轴向位移，端齿盘和工艺衬套用于安装圆柱滚子轴承，而端齿盘通过自身表面的端齿与高压压气机转子小外径端连接。本发明能够高效地捕捉高压压气机转子小外径端的回转中心，同时配合轴承盖、端齿盘的不平衡量要求，以及各连接件的质量差能够实现高压压气机转子在平衡转速条件下的不平衡量测量。

Description

用于高压压气机转子动平衡的夹具

技术领域

本发明属于航空发动机制造技术领域，具体是一种高压压气机转子动平衡使用的夹具。

背景技术

如图1所述，为一种高压压气机转子结构示意图，在航空发动机装配时要求对高压压气机转子进行动平衡，且在平衡转速1100r/min时，不平衡量≤5g.cm。由于零件结构和动平衡机结构等方面的限制，无法直接对零件进行动平衡试验。具体原因是图1中的高压压气机转子的轴向两端(图1中的上端和下端)没有合适的轴肩结构放置在动平衡机的轴瓦座上，另一方面，现有的动平衡机也没有专用的连接结构固定和安装高压压气机转子，导致无法直接驱动高压压气机转子达到平衡转速。

发明内容

针对图1中高压压气机转子结构和动平衡机结构等方面的限制问题，本发明旨在提供一种用于高压压气机转子动平衡的夹具，与高压压气机转子配合精度高，且夹具自身不平衡量小于0.5g.cm，进而满足高压压气机转子的动平衡测试要求。

本发明的技术方案如下：

用于高压压气机转子动平衡的夹具，包括，

心轴组件，所述心轴组件的轴向第一端圆柱面和轴向第二端圆柱面分别通过平衡机轴瓦座子与平衡机连接，且心轴组件的轴向第一端端面和轴向第二端端面分别设置有一个作为夹具制造和检验基准的锥形顶尖孔；

定位套筒，所述定位套筒套接在心轴组件上且靠近心轴组件的轴向第一端一侧，定位套筒的轴向第一端端面设置有环形定位凸起，定位套筒的轴向第二端与心轴组件刚性连接；

球轴承，所述球轴承的外钢套通过过盈配合安装在定位套筒内，且球轴承的轴向第一端端面紧贴定位套筒的环形定位凸起，球轴承的内钢套与高压压气机转子的轴向大外径端形成孔轴配合；

衬套，所述衬套置于定位套筒内部，且衬套的轴向第一端紧贴球轴承的轴向第二端端面；

端盖，所述端盖置于定位套筒内部且与定位套筒刚性连接，端盖的一端压紧在衬套的轴向第二端；

工艺衬套，所述工艺衬套套接在心轴组件上且靠近心轴组件的轴向第二端一侧；

圆柱滚子轴承，所述圆柱滚子轴承的内钢套安装在工艺衬套上；

端齿盘，所述端齿盘通过过盈配合套接在圆柱滚子轴承的外钢套上，端齿盘为圆盘，沿着圆盘的圆周方向且在端齿盘的表面有一圈端齿，端齿盘通过表面的端齿与高压压气机转子的轴向小外径端形成端齿花键配合；

轴承盖，所述轴承盖套接在心轴组件上且刚性连接在端齿盘的端面上；

心轴螺母，所述心轴螺母套接在心轴组件上且紧贴工艺衬套。

进一步，所述定位套筒的轴向第二端通过螺钉与心轴组件刚性连接，所述端盖通过螺钉与定位套筒刚性连接。

进一步，所述锥形顶尖孔的锥角为60°。

进一步，所述轴承盖通过螺钉与端齿盘的端面刚性连接。

进一步，所述心轴螺母与工艺衬套之间还设置有调整垫，且调整垫的端面紧贴圆柱滚子轴承的内钢套。

进一步，所述端齿盘还通过连接螺母和连接螺钉与高压压气机转子连接。

进一步，所述轴承盖、端齿盘不平衡量小于高压压气机转子不平衡量的十分之一。

进一步，所述端齿盘表面的端齿为直齿。

与现有技术相比，本发明解决具有以下特点：

(1)本发明中动平衡夹具与平衡机连接处为心轴组件上的两处圆柱面(轴肩结构)，传统检验基准应为左、右两端圆柱面的回转中心，但是为制造与检验方便，本发明把制造使用的锥形顶尖孔回转中心统一作为制造和检验基准，同时对两处圆柱面要求较高精度的跳动公差，且后续加工都以顶尖孔为基准，保持了高的同轴度。

(2)本发明中动平衡夹具与高压压气机转子轴向小外径端采用直齿端齿盘配合，利用端齿盘自定心原理，在直齿端齿高精度配合下，能高效的捕捉高压压气机转子小外径端的回转中心。

(3)本发明的动平衡夹具只有端齿盘和轴承盖以及连接螺钉参与了动平衡，所以只需对轴承盖、端齿盘自身不平衡量进行约束，例如要求小于高压压气机转子不平衡量的十分之一，且对连接用的螺钉和螺母质量差进行约束，需要控制的变量少，容易实现夹具自身不平衡量小于0.5g.cm的目标。

附图说明

图1是本发明中动平衡夹具与高压压气机转子装配状态示意图；

图2是本发明中心轴组件轴向第一端锥形顶尖孔和圆柱面示意图；

图3是本发明中心轴组件轴向第二端锥形顶尖孔和圆柱面示意图；

图4是本发明中心轴组件轴向第二端与工艺衬套、端齿盘、调整垫、轴承盖和心轴螺母连接局部示意图；

图5是端齿盘的零件示意图；

图6是高压压气机转子零件示意图；

图中，1-定位套筒、2-衬套、3-端盖、4-工艺衬套、5-调整垫、6-心轴螺母、7-轴承盖、8-端齿盘、9-连接螺母、10-连接螺钉、11-工艺筒、12-心轴组件。

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6所示，为本发明中需要进行动平衡测试的高压压气机转子零件，从图中可以看到，高压压气机转子的上端为轴形大外径端，下端为轴向小外径端，高压压气机转子的平衡转速1100r/min时，其不平衡量要求≤5g.cm。

如图1～图5所示，用于高压压气机转子动平衡的夹具包括定位套筒1、衬套2、端盖3、工艺衬套4、调整垫5、心轴螺母6、轴承盖7、端齿盘8、螺母9、螺钉10、工艺筒11和心轴组件12。

其中，心轴组件12主要有一根空心阶梯轴和连接在空心阶梯轴轴向第一端的圆盘件组成，圆盘件通过螺钉连接在空心阶梯轴上。心轴组件12通过空心阶梯轴轴向两端的圆柱面(图1中两处φ40g5(-0.009/-0.02))与平衡机轴瓦座子连接，且通过螺钉锁紧固定在平衡机上；

其中，定位套筒1通过螺钉与心轴组件12上的圆盘件刚性连接并套接在空心阶梯轴上，球轴承13的外钢套与定位套筒1内壁通过过盈配合连接，定位套筒1的端面环形凸起限制球轴承13在轴向方向的位移，高压压气机转子的轴向大外径端插入球轴承13的内钢套形成孔轴配合；端盖3通过螺钉连接定位套筒1上，通过螺钉施力顶紧位于定位套筒1内部的衬套2压紧球轴承13的另一侧端面，限制球轴承13的轴向位移；工艺筒11的作用是安装球轴承13，当采用工艺筒11将球轴承13顶入定位套筒1内部正确位置后，退出工艺筒11，再安装衬套2和端盖3。

其中，工艺衬套4安装在心轴组件12的轴向另一端的空心阶梯轴上，圆柱滚子轴承装配在工艺衬套4外圈表面上，圆柱滚子轴承的外钢套与端齿盘8的内孔过盈配合，轴承盖7通过螺钉连接在端齿盘8的表面，端齿盘8表面上有一圈与端齿盘8同心且分布在圆周上的端面直齿，端齿盘8通过端面的直齿与高压压气机转子形成花键配合，保持较稿的配合精度。工艺衬套4、端齿盘8、圆柱滚子轴承的轴向位置通过心轴螺母6和调整垫5进行控制。

如图2和图3所示，动平衡夹具检验基准为心轴组件12两端的两处锥形顶尖孔。动平衡夹具与平衡机连接处为φ40g5(-0.009/-0.02)的圆柱面，按照传统做法，检验基准应为心轴组件左、右两端的φ40g5(-0.009/-0.02)圆柱面的回转中心，但是本发明为了制造与检验方便，把制造使用的60°顶尖孔回转中心统一为制造和检验基准，同时对两处φ40g5(-0.009/-0.02)圆柱面要求较高精度的跳动公差，实现高的同轴度。

如图4和图5所示，本发明通过端齿盘8进行高压压气机转子找中心。动平衡机夹具与高压压气机转子轴向小外径端采用端齿盘8的直齿进行配合，利用端齿盘8的端齿自定心原理，在直齿端齿的高精度配合下，能高效的捕捉小外径端的回转中心。

另一方面，由于动平衡夹具中只有轴承盖7、端齿盘8、连接螺母9和连接螺钉10参与了动平衡测试(其余组件并不参与旋转)，于是，为了实现高压压气机转子的平衡转速1100r/min时不平衡量≤5g.cm的目标，本发明的动平衡夹具只需要要求轴承盖7、端齿盘8自身不平衡量小于0.5g.cm，各单件连接螺母9质量差不大于0.05g，各单件螺钉和连接螺钉10质量差不大于0.05g即可实现目标。

本发明的说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.用于高压压气机转子动平衡的夹具，其特征在于：包括，

心轴组件(12)，所述心轴组件(12)的轴向第一端圆柱面和轴向第二端圆柱面分别通过平衡机轴瓦座子与平衡机连接，且心轴组件(12)的轴向第一端端面和轴向第二端端面分别设置有一个作为夹具制造和检验基准的锥形顶尖孔；

定位套筒(1)，所述定位套筒(1)套接在心轴组件(12)上且靠近心轴组件(12)的轴向第一端一侧，定位套筒(1)的轴向第一端端面设置有环形定位凸起，定位套筒(1)的轴向第二端与心轴组件(12)刚性连接；

球轴承(13)，所述球轴承(3)的外钢套通过过盈配合安装在定位套筒(1)内，且球轴承(3)的轴向第一端端面紧贴定位套筒(1)的环形定位凸起，球轴承(13)的内钢套与高压压气机转子的轴向大外径端形成孔轴配合；

衬套(2)，所述衬套(2)置于定位套筒(1)内部，且衬套(2)的轴向第一端紧贴球轴承(13)的轴向第二端端面；

端盖(3)，所述端盖(3)置于定位套筒(1)内部且与定位套筒(1)刚性连接，端盖(3)的一端压紧在衬套(2)的轴向第二端；

工艺衬套(4)，所述工艺衬套(4)套接在心轴组件(12)上且靠近心轴组件(12)的轴向第二端一侧；

圆柱滚子轴承，所述圆柱滚子轴承的内钢套安装在工艺衬套(4)上；

端齿盘(8)，所述端齿盘(8)通过过盈配合套接在圆柱滚子轴承的外钢套上，端齿盘(8)为圆盘，沿着圆盘的圆周方向且在端齿盘(8)的表面有一圈端齿，端齿盘(8)通过表面的端齿与高压压气机转子的轴向小外径端形成端齿花键配合；

轴承盖(7)，所述轴承盖(7)套接在心轴组件(12)上且刚性连接在端齿盘(8)的端面上；

心轴螺母(6)，所述心轴螺母(6)套接在心轴组件(12)上且紧贴工艺衬套(4)。

2.根据权利要求1所述的用于高压压气机转子动平衡的夹具，其特征在于：所述定位套筒(1)的轴向第二端通过螺钉与心轴组件(12)刚性连接，所述端盖通过螺钉与定位套筒(1)刚性连接。

3.根据权利要求1所述的用于高压压气机转子动平衡的夹具，其特征在于：所述锥形顶尖孔的锥角为60°。

4.根据权利要求1所述的用于高压压气机转子动平衡的夹具，其特征在于：所述轴承盖(7)通过螺钉与端齿盘(8)的端面刚性连接。

5.根据权利要求1所述的用于高压压气机转子动平衡的夹具，其特征在于：所述心轴螺母(6)与工艺衬套(4)之间还设置有调整垫(5)，且调整垫(5)的端面紧贴圆柱滚子轴承的内钢套。

6.根据权利要求1所述的用于高压压气机转子动平衡的夹具，其特征在于：所述端齿盘(8)还通过连接螺母(9)和连接螺钉(10)与高压压气机转子连接。

7.根据权利要求1所述的用于高压压气机转子动平衡的夹具，其特征在于：所述轴承盖(7)、端齿盘(8)不平衡量小于高压压气机转子不平衡量的十分之一。

8.根据权利要求1所述的用于高压压气机转子动平衡的夹具，其特征在于：所述端齿盘(8)表面的端齿为直齿。

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