CN212721731U - 航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具 - Google Patents
航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开的是航空测试技术领域的一种航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，包括底座系统和固定夹具，所述底座系统包括底座和固定板，所述底座侧面设有安装槽，所述固定夹具通过固定板压紧固定在底座上部侧面，使得夹紧在固定夹具上的叶片正好位于安装在安装槽中的激励器的正上方。本实用新型通过底座系统和固定夹具的配合，可以快速将单晶涡轮叶片固支和定位在固定夹具上，能够满足非接触式激光多普勒测振仪的技术要求模拟离心力载荷施加，操作简单方便，采用声激励装置对试验件进行振动激励，解决传统振动台无法测频的难题，保证数据的有效性。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空测试技术领域，尤其涉及一种航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具。
背景技术
航空发动机单晶涡轮叶片是为了满足高性能航空发动机而设计的新型材料结构件。单晶材料的耐高温性能，使得涡轮叶片取消了冷却系统，不仅降低了结构复杂性，而且有利于发动机空气系统设计，提高了发动机的可靠性，延长了涡轮转子的寿命。
航空发动机单晶涡轮叶片使用前都需对其进行频率测试，测频时一般是使用夹具将涡轮叶片固定后放置在振动台上进行测试。由于单晶高温合金材料叶片的密度大，结构刚度大，理论计算一阶固有频率很高，达到5000Hz以上，国内振动台上限峰值也就5000Hz，采用通用夹具固定在上振动台上，根本无法测试单晶涡轮叶片的固有频率。拟采用非接触式激光多普勒测振仪，对单晶涡轮叶片进行频率测试，原有夹具在新仪器上无法对固支状态下的涡轮叶片施以模拟离心力，刚度不够将影响涡轮叶片频率测试的稳定性和准确性，需新设计测频夹具，以满足单晶涡轮叶片频率测试要求。
实用新型内容
为克服现有夹具无法满足单晶涡轮叶片频率测试要求等不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种夹紧强度及结构强度更高的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，包括底座系统和固定夹具，所述底座系统包括底座和固定板，所述底座侧面设有安装槽，所述固定夹具通过固定板压紧固定在底座上部侧面，使得夹紧在固定夹具上的叶片正好位于安装在安装槽中的激励器的正上方。
进一步的是，所述底座上沿其长度方向的两侧各间隔设置有三个螺栓孔，所述底座通过穿过螺栓孔的螺栓固定在测试平台上。
进一步的是，所述固定板安装在底座上部侧面，固定板与底座之间设有安装槽，所述固定夹具被夹紧固定在安装槽内。
进一步的是，所述固定板在安装槽的上下两侧外各设有三个螺钉孔，所述底座上部设有六个与螺钉孔相对应的螺纹盲孔，所述固定板通过穿过螺钉孔的螺钉与底座紧固连接。
进一步的是，所述底座系统的重量不小于单晶涡轮叶片重量的692倍。
进一步的是，所述固定夹具包括固定块、顶板和预应力螺栓，所述固定块的顶部设有与叶片榫头相匹配的枞树形榫槽，所述顶板位于榫槽底部，所述固定块底部设有螺纹通孔与榫槽底部连通，所述预应力螺栓穿过螺纹通孔后顶在顶板上。
进一步的是，所述固定块的上下两侧均设有向外延伸的定位板，所述底座和固定板上设有与定位板相对应的定位槽。
进一步的是，所述榫槽的一端设有一根限位销。
进一步的是，所述固定块上的螺纹通孔包括至少两个。
进一步的是，所述预应力螺栓上还设有锁紧螺母，所述锁紧螺母位于固定块底部。
本实用新型的有益效果是：通过底座系统和固定夹具的配合，可以快速将单晶涡轮叶片固支和定位在固定夹具上，能够满足非接触式激光多普勒测振仪的技术要求模拟离心力载荷施加，操作简单方便，采用声激励装置对试验件进行振动激励，解决传统振动台无法测频的难题，保证数据的有效性。
附图说明
图1是本实用新型的主视图。
图2是本实用新型的左视图。
图3是本实用新型的俯视图。
图4是本实用新型固定夹具的主视图。
图5是本实用新型固定夹具的左视图。
图中标记为，1-底座系统，2-固定夹具，11-底座，12-固定板，13-设备安装槽，14-螺栓孔，15-夹具安装槽，16-螺钉孔，17-螺纹盲孔，18-螺钉，19-定位槽，21-固定块，22-顶板，23-预应力螺栓，24-榫槽，25-螺纹通孔，26-定位板，27-限位销，28-锁紧螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
如图1-3所示，本实用新型的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，包括底座系统1和固定夹具2，所述底座系统1包括底座11和固定板12，所述底座11侧面设有安装槽13，所述固定夹具2通过固定板12压紧固定在底座11上部侧面，使得夹紧在固定夹具2上的叶片正好位于安装在设备安装槽13中的激励器的正上方。其中，底座系统1主要用于将整个测试夹具固支到测试平台上，设计上应保证足够的刚度，固定夹具2用于固支和定位叶片，需保证足够的夹紧力度，并使叶片位于激励器上方，激励器用于对单晶涡轮叶片进行振动激励。采用本申请的测试夹具，能够满足非接触式激光多普勒测振仪的技术要求。
为了保证底座系统1能够稳定的固支在测试平台上，在所述底座11上沿其长度方向的两侧各间隔设置有三个螺栓孔14，所述底座11通过穿过螺栓孔14的螺栓固定在测试平台上，保证连接的可靠性。
所述固定夹具2与底座系统1的具体安装方式是，将所述固定板12安装在底座11上部侧面，固定板12与底座11之间设有夹具安装槽15，所述固定夹具2被夹紧固定在夹具安装槽15内。为了方便后续利用固定夹具2夹紧叶片，所述夹具安装槽15最好贯穿整个底座11和固定板12。
为保证固定板12与底座11连接的可靠性，所述固定板12在夹具安装槽15的上下两侧外各设有三个螺钉孔16，所述底座11上部设有六个与螺钉孔16相对应的螺纹盲孔17，所述固定板12通过穿过螺钉孔16的螺钉18与底座11紧固连接，从而将固定夹具2夹紧固定在安装槽15内。
进一步的，所述底座系统1的重量最好不小于单晶涡轮叶片重量的692倍，目的是保证底座11相对叶片的绝对刚度，避免夹具与单晶涡轮叶片发生共振，影响单晶涡轮叶片频率测试数据的准确性。
所述固定夹具2的具体结构如图4、图5所示，包括固定块21、顶板22和预应力螺栓23，所述固定块21的顶部设有与叶片榫头相匹配的枞树形榫槽24，所述顶板位于榫槽24底部，所述固定块21底部设有螺纹通孔25与榫槽24底部连通，所述预应力螺栓23穿过螺纹通孔25后顶在顶板22上。具体夹紧过程是：首先将叶片的榫头放入榫槽24，然后转动预应力螺栓23，将顶板22向上顶，从而将叶片的榫头压紧在榫槽24内。叶片的榫头与榫槽24接触面积大，通过顶板22顶紧后，可满足叶片与固定夹具2的稳定连接，满足测试的刚度需求。
为了实现固定夹具2的定位，在所述固定块21的上下两侧均设有向外延伸的定位板26，所述底座11和固定板12上设有与定位板26相对应的定位槽19。安装夹具时，先将固定块21的定位板26放入定位槽19进行定位，然后再安放固定板12，对固定夹具2进行紧固。
进一步的，为了便于叶片的夹紧定位，在所述榫槽24的一端设有一根限位销27。安装叶片时只需使叶片的榫头一端抵靠在限位销27上即可。为了提高预应力螺栓23对顶板22作用的均匀性，所述固定块21上的螺纹通孔25包括至少两个，最好均匀间隔布置。为避免在试验过程中预应力螺栓23松动，在所述预应力螺栓23上还设有锁紧螺母28，所述锁紧螺母28位于固定块21底部，当预应力螺栓23顶紧顶板22后，再转动锁紧螺母28，避免在振动过程中预应力螺栓23松动。
实施例：
采用本申请的测试夹具进行测试的过程是：
1、测试系统
测试使用灵敏度为(0.2～50)mm/s/V的非接触式激光多普勒测振仪，最大带宽80kHz，对单晶涡轮叶片进行振动测试。使用额定功率为50W、频率响应(2000～30000)Hz、灵敏度为85db的激励装置，对单晶涡轮叶片进行振动激励。
2、底座固支及叶片定位
通过M10螺栓将底座系统固支在测试平台上，保证测试夹具绝对刚度。测试叶片为三维扭转叶片，安装时需调整叶片安装角度，使得激光能够对叶片表面各个测点进行扫描测试，通过底座系统的定位槽将叶片角度进行定位。
3、模拟离心力载荷施加
通过叶片固定系统，使用限力扳手，通过固定块底部螺栓施加在叶片底部的拧紧力矩，模拟工作环境下的离心力载荷。
4、频率测试效果
(1)高频声激励单元放置叶片叶尖测点位置，调整二者间隙为5mm。利用激光测试系统内部的信号发生器，产生所需频率信息的激励信号，通过功率放大器输入到高频声激励单元，检测叶片振动情况，根据叶片被激振幅值大小，调节声激励大小、激光测振仪的测试灵敏度及量程；
(2)对叶片表面布置6×8的测点网格进行快速扫频测试，测试频率范围0-10KHz、谱线数6400，获取叶片固有振动频率的大致分布，获取各个测点的频响函数及明显峰值对应的叶片振型；
(3)单个测点的频响函数重复测取5次后对信号进行平均处理，以保证测试数据的有效性；
(4)对测点频响函数数据进行分析处理，结合叶片振型确定各阶固有振动频率。
通过频率测试实验，发现设计的新型单晶涡轮叶片测试夹具，能够满足非接触式激光多普勒测振仪的技术要求。本申请通过底座系统和固定夹具的配合，可以快速将单晶涡轮叶片固支和定位在夹具上，模拟离心力载荷施加，操作简单方便。采用声激励装置对试验件进行振动激励，解决传统振动台无法测频的难题，保证数据的有效性。同时本装置通过对固定块的稍加改进，能够对不同尺寸的涡轮叶片进行频率测试，适用性很强。
Claims (10)
1.航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：包括底座系统(1)和固定夹具(2)，所述底座系统(1)包括底座(11)和固定板(12)，所述底座(11)侧面设有设备安装槽(13)，所述固定夹具(2)通过固定板(12)压紧固定在底座(11)上部侧面，使得夹紧在固定夹具(2)上的叶片正好位于安装在设备安装槽(13)中的激励器的正上方。
2.如权利要求1所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述底座(11)上沿其长度方向的两侧各间隔设置有三个螺栓孔(14)，所述底座(11)通过穿过螺栓孔(14)的螺栓固定在测试平台上。
3.如权利要求1所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述固定板(12)安装在底座(11)上部侧面，固定板(12)与底座(11)之间设有夹具安装槽(15)，所述固定夹具(2)被夹紧固定在夹具安装槽(15)内。
4.如权利要求3所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述固定板(12)在夹具安装槽(15)的上下两侧外各设有三个螺钉孔(16)，所述底座(11)上部设有六个与螺钉孔(16)相对应的螺纹盲孔(17)，所述固定板(12)通过穿过螺钉孔(16)的螺钉(18)与底座(11)紧固连接。
5.如权利要求1所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述底座系统(1)的重量不小于单晶涡轮叶片重量的692倍。
6.如权利要求1-5任意一项权利要求所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述固定夹具(2)包括固定块(21)、顶板(22)和预应力螺栓(23)，所述固定块(21)的顶部设有与叶片榫头相匹配的枞树形榫槽(24)，所述顶板(22)位于榫槽(24)底部，所述固定块(21)底部设有螺纹通孔(25)与榫槽(24)底部连通，所述预应力螺栓(23)穿过螺纹通孔(25)后顶在顶板(22)上。
7.如权利要求6所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述固定块(21)的上下两侧均设有向外延伸的定位板(26)，所述底座(11)和固定板(12)上设有与定位板(26)相对应的定位槽(19)。
8.如权利要求6所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述榫槽(24)的一端设有一根限位销(27)。
9.如权利要求6所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述固定块(21)上的螺纹通孔(25)包括至少两个。
10.如权利要求9所述的航空发动机单晶涡轮叶片频率测试夹具，其特征是：所述预应力螺栓(23)上还设有锁紧螺母(28)，所述锁紧螺母(28)位于固定块(21)底部。
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| CN114235319B (zh) * | 2021-12-15 | 2024-03-19 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种空心涡轮叶片试验装置及方法 |
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