[發明專利]一種航空發動機高壓轉子封嚴盤后置螺母擰緊裝置及方法

有效

• 申請號: 201711320840.6
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108000127B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 高航;周天一
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23P19/06
• 分類號: B23P19/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種航空發動機高壓轉子封嚴盤后置螺母擰緊裝置，包括轉位系統(1)、進給運動系統(2)和連桿式擰緊執行系統(3)；

所述的轉位系統(1)固定安裝于高壓渦輪轉子(6)后軸端口；

所述的進給運動系統(2)位于轉位系統(1)內部，進給運動系統(2)與轉位系統(1)通過軸承(8)相連接，轉位系統(1)實現進給運動系統(2)的數控轉動；

所述的連桿式擰緊執行系統(3)位于進給運動系統(2)內部，進給運動系統(2)實現連桿式擰緊執行系統(3)的軸向數控直線進給運動；

所述的連桿式擰緊執行系統(3)通過連桿(10)使桿狀齒輪箱(11)數控轉位，實現擰緊套筒(12)至擰緊工位對螺母(13)進行擰緊；

所述的擰緊套筒(12)安裝在桿狀齒輪箱(11)的前側，即擰緊套筒(12)的套筒口朝向前方與封嚴盤后置的螺母(13)相對應；

所述的連桿式擰緊執行系統(3)的尺寸設計滿足公式：l₁-l₂＝R；其中，l₁為擰緊套筒(12)軸線到O點的距離，l₂為內套筒(9)軸線到O點的距離，R為螺母(13)軸線到高壓轉子軸線的距離，O點為桿狀齒輪箱(11)與內套筒(9)的鉸接點；

其特征在于：所述的轉位系統(1)通過外套筒(4)的法蘭(5)固定安裝于高壓渦輪轉子(6)后軸端口；

所述的進給運動系統(2)的中套筒(7)與轉位系統(1)的外套筒(4)通過軸承(8)相連接；

所述的連桿式擰緊執行系統(3)通過中套筒(7)與套裝在中套筒(7)內部的連桿式擰緊執行系統(3)的內套筒(9)以滑動接觸的方式相配合；

所述的轉位系統(1)由外套筒(4)、外套筒端蓋(14)、減速機(15)、伺服電機(16)、聯軸器(17)和軸承(8)組成；外套筒(4)為前端敞開式的圓柱筒形結構；外套筒端蓋(14)固定安裝于外套筒(4)的尾端，減速機(15)固定安裝于外套筒端蓋(14)上，減速機(15)輸入端與伺服電機(16)輸出端連接，減速機(15)輸出端通過聯軸器(17)與中套筒端蓋(18)相連接；

所述的進給運動系統(2)由中套筒(7)、中套筒端蓋(18)和電缸I(19)組成；中套筒(7)為前端敞開式的圓柱筒形結構，中套筒端蓋(18)固定安裝于中套筒(7)的尾端；電缸I(19)的缸體固定安裝于中套筒(7)內部，電缸I(19)的伸出桿的頂端與內套筒端蓋(20)相固接；

所述的連桿式擰緊執行系統(3)由內套筒(9)、內套筒端蓋(20)、桿狀齒輪箱(11)、電缸II(22)、連桿(10)、擰緊動力系統(24)、擰緊套筒(12)和反扭桿(25)組成；內套筒(9)為前端敞開式的圓柱筒形結構，內套筒端蓋(20)固定安裝于內套筒(9)的尾端；桿狀齒輪箱(11)的尾端通過鉸接結構(23)與內套筒(9)的前端連接，桿狀齒輪箱(11)的尾端內部安裝有輸入齒輪(26)，頭端內部安裝有輸出齒輪(27)；電缸II(22)的缸體固定安裝于內套筒(9)內部，電缸II(22)的伸出桿的頂端與連桿(10)的一端鉸接，連桿(10)的另一端與桿狀齒輪箱(11)鉸接，電缸II(22)的伸出實現桿狀齒輪箱(11)整體向相對高壓轉子軸線水平位置轉動，電缸II(22)的退回實現桿狀齒輪箱(11)整體向相對高壓轉子軸線垂直位置轉動；所述的擰緊動力系統(24)安裝于內套筒(9)內部，當桿狀齒輪箱(11)整體轉動至垂直位置時，桿狀齒輪箱(11)的輸入齒輪(26)與動力軸(31)端部相連接；擰緊套筒(12)安裝于桿狀齒輪箱(11)的輸出齒輪(27)上，相對桿狀齒輪箱(11)前端面突出，擰緊套筒(12)內圈與待擰緊螺母(13)適配；反扭桿(25)固定安裝于桿狀齒輪箱(11)頭端，當擰緊套筒(12)套入到螺母(13)時，反扭桿(25)的限位孔套入至此螺母(13)的相鄰兩側螺栓尾部，桿狀齒輪箱(11)前端面安裝有攝像頭(34)，實現對擰緊部位的觀測。

2.根據權利要求1所述的一種航空發動機高壓轉子封嚴盤后置螺母擰緊裝置，其特征在于：所述的伺服電機(16)、電缸I(19)、電缸II(22)和擰緊動力系統(24)由數控系統控制。

3.一種航空發動機高壓轉子封嚴盤后置螺母擰緊方法，其特征在于，包括以下步驟：

A、裝置安裝：進給運動系統(2)的電缸I(19)退回，使連桿式擰緊執行系統(3)相對中套筒(7)退回；連桿式擰緊執行系統(3)的電缸II(22)伸出，使桿狀齒輪箱(11)處于相對轉子軸線水平位置；單個螺母(13)預裝于桿狀齒輪箱(11)頭端的擰緊套筒(12)上；整體裝置從高壓渦輪轉子(6)后軸的通道伸入，外套筒(4)上的法蘭(5)與高壓渦輪轉子(6)后軸端口固接；

B、轉位至預定角相：轉位系統(1)的伺服電機(16)驅動中套筒(7)及其內部結構沿高壓轉子軸線轉動，直到達到待擰緊螺栓對應的角相；

C、擰緊套筒(12)移至擰緊工位：電缸I(19)伸出，連桿式擰緊執行系統(3)相對中套筒(7)逐漸伸出，同時，電缸II(22)退回，通過連桿(10)使桿狀齒輪箱(11)以鉸接結構(23)為軸心逐漸向相對高壓轉子軸線垂直位置轉動，桿狀齒輪箱(11)內部底端輸出齒輪(27)扣入到動力軸(31)端部并與之連接；電缸I(19)和電缸II(22)的數控聯動使桿狀齒輪箱(11)伸入到封嚴盤(32)后端擰緊操作空間，并與高壓渦輪轉子(6)前鼓筒軸內壁及凸緣結構不發生運動干涉，數控聯動完成后，桿狀齒輪箱(11)頭端的擰緊套筒(12)及其內部螺母(13)軸線處于與對應螺栓軸線共線位置，擰緊套筒(12)前端面相對螺栓尾端保持5-15mm距離；

D、螺母(13)安裝與擰緊：電缸I(19)繼續伸出，處于垂直位置的桿狀齒輪箱(11)沿軸向位移，帶動反扭桿(25)限位孔扣入到待擰緊螺栓的相鄰螺栓尾端，擰緊套筒(12)及其內部螺母(13)扣入到待擰緊螺栓尾部，進行擰緊行程長度的位移；同時，擰緊動力系統(24)工作，動力軸(31)帶動輸入齒輪(26)轉動，經桿狀齒輪箱(11)傳動至輸出齒輪(27)，實現輸出齒輪(27)上擰緊套筒(12)對螺母(13)相對螺栓的安裝和數控擰緊；

E、裝置卸裝：電缸I(19)退回，擰緊套筒(12)脫離已緊固螺母(13)，擰緊套筒(12)前端面相對螺栓尾端保持5-15mm距離；電缸II(22)伸出，通過連桿(10)使桿狀齒輪箱(11)以鉸接結構(23)為軸心逐漸向相對高壓轉子軸線水平位置轉動；同時，電缸I(19)繼續退回，連桿式擰緊執行系統(3)相對中套筒(7)逐漸退回；電缸I(19)和電缸II(22)的數控聯動使桿狀齒輪箱(11)返回至高壓渦輪轉子(6)前鼓筒軸內腔，并與高壓渦輪轉子(6)前鼓筒軸內壁及凸緣不發生運動干涉，松開高壓渦輪轉子(6)后軸端口處的外套筒(4)法蘭(5)，整體裝置從高壓渦輪轉子(6)后軸的通道拉出；

F、其余螺母(13)安裝與擰緊：根據擰緊工藝的順序要求，改變步驟B中轉位角相，依次重復步驟A-E，直到完成所有螺母(13)的安裝及擰緊，其中最后一個螺母(13)擰緊后無須進行步驟E；

G、螺母(13)二次擰緊：電缸I(19)退回，擰緊套筒(12)脫離最后一個已安裝螺母(13)，擰緊套筒(12)前端面相對螺栓尾端保持5-15mm距離，根據二次擰緊工藝的順序要求，轉位系統(1)的伺服電機(16)驅動中套筒(7)及其內部結構沿高壓轉子軸線轉動，直到達到待二次擰緊螺母(13)對應的角相；電缸I(19)伸出，擰緊套筒(12)扣入到待二次擰緊螺母(13)，反扭桿(25)的限位孔扣入到待二次擰緊螺栓的相鄰螺栓尾端；擰緊動力系統(24)工作，實現擰緊套筒(12)對螺母(13)相對螺栓的二次擰緊；

H、其余螺母(13)二次擰緊：根據二次擰緊工藝的順序要求，改變步驟G中轉位角相，重復步驟G，直到完成所有螺母(13)的二次擰緊。