CN207534718U - 一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，包括第一齿轮盒，第一齿轮盒内设置有一主动齿轮和若干个与主动齿轮相互啮合的从动齿轮；从动齿轮固定连接有第一输出轴的一端；第一输出轴的另一端安装有用于卡紧拉杆螺栓头部的扳手；第一输出轴上还设置有应变片，应变片连接有应变信号监测处理模块；主动齿轮还连接有动力输入轴，且动力输入轴连接有驱动装置；避免使用多级齿轮传动，减小传动过程中的能量损失，第一输出轴上设置应变片，随时监测预紧力的大小，而且每个输出轴上设置应变片能监测所有螺栓的预紧力，有利于提高螺栓预紧的一致性，提高发动机转子的安装精度，进而提高发动机的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空发动机周向拉杆螺栓预紧的领域，具体涉及一种能时时监测预紧力大小的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置。
背景技术
传统的周向螺栓预紧是先拧紧一个螺栓再去拧紧另一个螺栓，这样会大大降低螺栓的拧紧效率，为了解决这个问题，就有人提出一种同步拧紧装置。但是这些同步拧紧装置仅仅考虑的是同步拧紧而没有考虑拧紧过程中预紧力的测量与控制。在工业生产中，特别是像航空航天方向，对于螺纹连接的质量要求极高。其中螺栓拧紧中预紧力的适当控制是确保螺栓连接质量的重中之重，因此很有必要在同步拧紧过程中时时去监测螺栓拧紧的预紧力。现有的周向螺栓拧紧装置存在较为明显的缺陷：只能实现周向转子的同步拧紧，而不能精确的测量拧紧过程中的预紧力。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，实现周向转子的同步拧紧的同时，还能精确的测量拧紧过程中的预紧力，实时监测每个螺栓的预紧力，从而实现监测航空发动机转子是否安装精确，有利于提高航空发动机转子的精确安装提高其安全性能，解决现有技术的问题。
为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：包括第一齿轮盒，第一齿轮盒内设置有一主动齿轮和若干个与主动齿轮相互啮合的从动齿轮；从动齿轮固定连接有第一输出轴的一端；第一输出轴的另一端安装有用于卡紧拉杆螺栓头部的扳手；第一输出轴上还设置有应变片，应变片连接有应变信号监测处理模块；
主动齿轮还连接有动力输入轴，且动力输入轴连接有驱动装置。
从动齿轮关于主动齿轮的轴线对称设置。
还包括第二齿轮盒和第三齿轮盒，第二齿轮盒内设置有连接第一输出轴的第一锥齿轮以及与第一锥齿轮相互啮合的第二锥齿轮，第二锥齿轮还连接有第二输出轴；
第一输出轴与扳手之间可拆卸连接；
第三齿轮盒内设置有第三锥齿轮，第三锥齿轮与第二输出轴的输出端连接，第三齿轮盒内还设置有与第三锥齿轮相互啮合的第四锥齿轮，第四锥齿轮连接有扭矩输出轴，扭矩输出轴的输出端连接有用于卡紧拉杆螺栓头部的扳手；
扭矩输出轴上设置有应变片，应变片连接有应变信号监测处理模块。
应变片为电阻式应变片。
应变片的中心线与第一输出轴或扭矩输出轴的轴线夹角为45°。
第一输出轴、第二输出轴和扭矩输出轴与齿轮盒连接处均通过深沟球轴承支承。
驱动装置为把手或电动扳手，把手或电动扳手与动力输入轴之间可拆卸连接。
第二输出轴设置有轴套，轴套两端固定连接第二齿轮盒与第三齿轮盒；扭矩输出轴外设置有与第三齿轮盒固定的轴套。
第二输出轴及第二输出轴的轴套为伸缩式结构。
主动齿轮和从动齿轮为圆柱形齿轮，主动齿轮的齿数大于从动齿轮的齿数；第一锥齿轮第四锥齿轮的齿数相等，第二锥齿轮与第三锥齿轮齿数相等且小于第一锥齿轮的齿数。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：包括第一齿轮盒，第一齿轮盒内设置有一主动齿轮和若干个与主动齿轮相互啮合的从动齿轮；从动齿轮固定连接有第一输出轴的一端；第一输出轴的另一端安装有用于紧固拉杆螺栓的扳手；第一输出轴上还设置有应变片，应变片连接有应变信号监测处理模块；主动齿轮还连接有动力输入轴，且动力输入轴连接有驱动装置，仅一级齿轮传动，传动效率高，第一输出轴上设置应变片，能随时监测预紧力的大小，而且输出轴上设置应变片能监测所有螺栓的预紧力，有利于提高螺栓预紧的一致性，进而提高发动机转子的安装精度，提高发动机的安全性和可靠性。
进一步的，从动齿轮对称分布，有利于平衡主动齿轮的输出，即有利于螺栓的同步紧固；
进一步的，第二输出轴及第二输出轴的轴套为轴向伸缩式结构，能用于不同圆周上的螺栓的拧紧，而且扭矩输出轴上也设置有应变片，且应变片连接应变信号监测处理模块，能同步监测和反馈螺栓的预紧力，提高工作效率，有助于提高螺栓预紧的一致性。
进一步的，该拧紧装置的扭矩输出轴上都贴有电阻应变片，并连入测量电路中，可以时时监测同步预紧中的预紧力。
进一步的，第二输出轴设置有轴套，轴套两端固定连接第二齿轮盒与第三齿轮盒；扭矩输出轴外设置有与第三齿轮盒固定的轴套，设置轴套为齿轮盒间的连接起到支撑作用的同时，还能防止输出轴接触其他物体，提高螺栓预紧过程的安全性。
进一步的，驱动装置为把手或电动扳手，把手或电动扳手与动力输入轴之间可拆卸连接，把手和电动扳手都能方便地为拧紧装置提供动力，可拆卸连接使两种驱动方式能灵活切换，提高本装置的使用性能。
进一步的，第一输出轴、第二输出轴和扭矩输出轴与齿轮盒连接处均通过深沟球轴承支承，使得轴的旋转稳定顺，而且深沟球轴承属于标准件，成本低，容易购买。
进一步的，第一输出轴与第一锥齿轮之间为可拆卸连接，第一输出轴的输出端与扭矩输出轴的输出端型式相同，两者能互换使用，而且均能连接拧紧扳手，使用方便。
进一步的，应变片的中心线与第一输出轴及扭矩输出轴的轴线夹角为45°，能灵敏的反映出应变的变化，提高监测效率。
进一步的，第二输出轴及第二输出轴的轴套为轴向伸缩式结构，使得扭矩输出轴能适用于不同直径圆周上螺栓的紧固，增大了本装置的适用范围。
附图说明
图1是本实用新型的立体示意图。
图2是本实用新型第一部分的立体示意图。
图3是本实用新型第二部分的立体示意图。
图4是本实用新型主动和从动齿轮的啮合示意图。
图5是本实用新型第二部分的内部传动结构示意图。
图6是本实用新型监测预紧力的原理示意图。
图7是本实用新型应变片连接示意图。
附图中：1-手柄，2-第一齿轮盒，4-轴套，3-第一输出轴，5-第二齿轮盒，6-第三齿轮盒，7-第二输出轴，8-应变片，9-扭矩输出轴，10-深沟球轴承。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
参见图1，一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，包括第一齿轮盒2，第一齿轮盒2内设置有一主动齿轮和若干个与主动齿轮相互啮合的从动齿轮；从动齿轮固定连接有第一输出轴3的一端；第一输出轴2的另一端安装有用于卡紧拉杆螺栓头部的扳手；要拧紧拉杆螺栓时，扳手卡住拉杆螺栓头部，扳手在第一输出轴2的驱动下转动，带动拉杆螺栓旋转，达到紧固；第一输出轴3上还设置有应变片8，应变片8连接有应变信号监测处理模块；主动齿轮还连接有动力输入轴，且动力输入轴连接有驱动装置。
作为本实用新型优选的实施例，第一输出轴3与扳手之间可拆卸连接。
作为本实用新型优选的实施例，从动齿轮关于主动齿轮的轴线对称设置。
参见图1和图5，还包括第二齿轮盒5和第三齿轮盒6，第二齿轮盒5内设置有连接第一输出轴3的第一锥齿轮以及与第一锥齿轮相互啮合的第二锥齿轮，第二锥齿轮还连接有第二输出轴7；第三齿轮盒6内设置有第三锥齿轮，第三锥齿轮与第二输出轴7的输出端连接，第三齿轮盒6内还设置有与第三锥齿轮相互啮合的第四锥齿轮，第四锥齿轮连接有扭矩输出轴9，扭矩输出轴9的输出端连接有用于紧固螺栓的扳手；扳手卡住拉杆螺栓头部，扳手在扭矩输出轴9的驱动下转动，带动拉杆螺栓旋转，达到紧固；扭矩输出轴9上设置有应变片8，应变片8连接有应变信号监测处理模块。
作为本实用新型优选的实施例，应变片8为电阻式应变片。
参见图3和图5第二输出轴7设置有轴套，轴套两端固定连接第二齿轮盒5与第三齿轮盒6；扭矩输出轴9外设置有与第三齿轮盒6固定的轴套。
参见图4和图5，主动齿轮和从动齿轮为圆柱形齿轮，主动齿轮的齿数大于从动齿轮的齿数；第一锥齿轮第四锥齿轮的齿数相等，第二锥齿轮与第三锥齿轮齿数相等且小于第一锥齿轮的齿数。
参见图6和图7，扭矩输出轴9上均设置有应变片8，应变片8连接有应变信号监测处理模块；应变片8的中心线与第一输出轴及扭矩输出轴的轴线夹角为45°。
参见图1、2、3、4、5以及图6，本实用新型的总体结构包括两部分，第一部分和第二部分(见图3)构成；第一部分包括第一齿轮盒2，第一齿轮盒2内设置有主动齿轮以及与第一齿轮相互啮合、且对称分布的若干从动齿轮，从动齿轮均连接有第一输出轴3；主动齿轮还连接有驱动装置；第二部分包括第二齿轮盒5，第二齿轮盒内设置有第一锥齿轮，还有与第一锥齿轮相互啮合的第二锥齿轮，第一锥齿轮与第一输出轴可拆卸连接，第一输出轴3上还设置有应变片8；第二部分还包括第三齿轮盒6，第三齿轮盒内设置有相互啮合的第三锥齿轮和第四锥齿轮，第二输出轴的两端分别与第二锥齿轮及第三锥齿轮连接，第二输出轴外还设置有轴套，轴套的两端与第二齿轮盒及第三齿轮盒固定连接，第四锥齿轮连接有扭矩输出轴9，扭矩输出轴9的输出端连接有用于卡紧拉杆螺栓头部的扳手，扭矩输出轴外设置有轴套，轴套与第三齿轮盒固定连接，第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴与齿轮盒的连接处均由深沟球轴承支承，扭矩输出轴9的轴套末端还设置有轴承对其进行支撑；参见图7，扭矩输出轴9上设置有应变片8。
作为本实用新型优选实施例，驱动装置为把手1或电动扳手，把手1或电动扳手与动力输入轴之间可拆卸连接；第二输出轴以及其外侧的轴套采用伸缩结构设计。
第二输出轴至少两段套接在一起，相邻两段可拆卸连接，并设置有用于限制相邻两段发生相对运动的销钉。
参见图1和图6，当所需要拧紧的转子周向螺栓所在的圆周直径和第一部分的扭矩输出轴所在圆周直径一致时，将手柄1与主动齿轮的动力输入轴连接，使用第一部分的拧紧装置来拧紧转子周向螺栓，第一输出轴3上设置有应变片8，并且应变片8的中心线与第一输出轴中心线夹角为45°，应变片贴在第一输出轴3和扭矩输出轴9上，应变片8连接有应变信号监测处理模块，第一输出轴3的输出端设置有用于拧紧拉杆螺栓的扳手，拧紧时扳手卡紧拉杆螺栓，转动手柄1，第一输出轴3同步同方向转动，输出扭矩，拧紧拉杆螺栓，应变片产生变形，则通过应变信号监测处理模块可以同步监测螺栓预紧力。
参见图1、图3、图5、图6以及图7，转子拉杆螺栓所在圆周直径与第一输出轴所在圆周直径不一致时，第一部分与第二部分结合起来使用，当转动手柄1时，带动主动齿轮和从动齿轮，再带动第一输出轴转动，进而带动两组锥齿轮转动，最终带动扭矩输出轴9转动，扭矩输出轴的输出端连接有扳手，来拧紧螺栓，应变片8贴在输出轴9上，记录其应变，应变信号监测处理模块同步监测螺栓预紧力；当第一部分与第二部分连接起来成为一个整体后，能用来拧紧分布直径任意大小的周向螺栓；同时作为整体使用，能够将从输入轴输入的扭矩更加有效地平均分配到各个扭矩输出轴，能极大限度满足同步拧紧的要求。
参见图6，在桥式电路的桥臂是固定的电阻，其中的一臂连接应变片，该应变片用胶水贴在扭矩输出轴和第一输出轴，再用一个万用表来测量输出端的电压，通过测量的电压，计算应变片的形变，通过形变量计算应变片所在轴的扭矩，通过扭矩计算出拧紧过程中的拧紧力。参见图7，应变片8的中心线与扭矩输出轴的中心线夹角为45°；应变片8连接应变信号监测处理模块，应变信号监测处理模块包括桥式电路，对于单臂电桥，满足：
式中k为应变片的灵敏度，一般取2，ε为应变片的应变量，E为桥式电路的电源电动势(V)。
根据万用表测得的电压可计算出应变ε；再根据式中E为弹性模量(Pa)，W为抗弯截面系数(m4)，可计算出扭矩M；
再由准确计算出拧紧过程中的预紧力，式中Q0为所要计算的预紧力(N)，M为拧紧过程中应变片所测的扭矩(N·m)，Kt为计算系数，d为所要拧紧螺栓的公称直径(mm)；从而实现了通过测量桥式电路的输出电压就可以通过计算精确求得预紧力的大小。
作为本实用新型优选实施例，第一输出轴3和扭矩输出轴9上的应变片8为电阻式应变片。
Claims (10)
1.一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，包括第一齿轮盒(2)，第一齿轮盒(2)内设置有一主动齿轮和若干个与主动齿轮相互啮合的从动齿轮；从动齿轮固定连接有第一输出轴(3)的一端；第一输出轴(3)的另一端安装有用于卡紧拉杆螺栓头部的扳手；第一输出轴(3)上还设置有应变片(8)，应变片(8)连接有应变信号监测处理模块；
主动齿轮还连接有动力输入轴，且动力输入轴连接有驱动装置。
2.根据权利要求1所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，从动齿轮关于主动齿轮的轴线对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，还包括第二齿轮盒(5)和第三齿轮盒(6)，第二齿轮盒(5)内设置有连接第一输出轴(3)的第一锥齿轮以及与第一锥齿轮相互啮合的第二锥齿轮，第二锥齿轮还连接有第二输出轴(7)；
第一输出轴(3)与扳手之间可拆卸连接；
第三齿轮盒(6)内设置有第三锥齿轮，第三锥齿轮与第二输出轴(7)的输出端连接，第三齿轮盒(6)内还设置有与第三锥齿轮相互啮合的第四锥齿轮，第四锥齿轮连接有扭矩输出轴(9)，扭矩输出轴(9)的输出端连接有用于紧固螺栓的扳手；
扭矩输出轴(9)上设置有应变片(8)，应变片(8)连接有应变信号监测处理模块。
4.根据权利要求1或3所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，应变片(8)为电阻式应变片。
5.根据权利要求4所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，应变片(8)的中心线与第一输出轴或扭矩输出轴的轴线夹角为45°。
6.根据权利要求1所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，第一输出轴(3)、第二输出轴(7)和扭矩输出轴(9)与齿轮盒连接处均通过深沟球轴承(10)支承。
7.根据权利要求1所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，驱动装置为把手(1)或电动扳手，把手(1)或电动扳手与动力输入轴之间可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，第二输出轴(7)设置有轴套，轴套两端固定连接第二齿轮盒(5)与第三齿轮盒(6)；扭矩输出轴(9)外设置有与第三齿轮盒(6)固定的轴套。
9.根据权利要求8所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，第二输出轴(7)及第二输出轴的轴套为伸缩式结构。
10.根据权利要求1所述的一种监测预紧力的航空发动机转子拉杆螺栓同步拧紧装置，其特征在于，主动齿轮和从动齿轮为圆柱形齿轮，主动齿轮的齿数大于从动齿轮的齿数；第一锥齿轮第四锥齿轮的齿数相等，第二锥齿轮与第三锥齿轮齿数相等且小于第一锥齿轮的齿数。
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