一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置及方法，所述的装置包括转位系统、进给运动系统和连杆式拧紧执行系统，转位系统实现进给运动系统的数控转动，进给运动系统实现连杆式拧紧执行系统的轴向直线进给运动，连杆式拧紧执行系统实现拧紧套筒至拧紧工位对螺母进行拧紧。本发明专利技术采用在内套筒内部安装拧紧动力系统的方式，减少拧紧传动距离，降低因传动间隙和受力变形导致的误差，保证螺母拧紧扭矩和角度精度。本发明专利技术采用多组套筒套装的方式，具有结构静态刚度高和运动稳定性好的特点，确保拧紧质量。本发明专利技术采用数控作业方式，具有自动化程度高和运动精度高的特点，避免人工误操作，保证各螺母拧紧一致性。

A tightening device and method for rear nut of aeroengine high pressure rotor seal plate

The invention discloses a fastening device and method for the rear nut of an aero engine high pressure rotor seal plate. The device includes a transposition system, a feed motion system and a connecting rod tightening execution system. The transposition system realizes the NC rotation of the feed motion system, and the feed motion system realizes the axis of the connecting rod tightening execution system. The linear feed movement and the connecting rod type tightening execution system realize tightening the sleeve to the tightening position to tighten the nut. The invention adopts the internal installation of the inner sleeve to tighten the power system, reduces the tightened driving distance, reduces the error caused by the transmission gap and the force deformation, and ensures the tightening torque and angle precision of the nut. The invention adopts a plurality of sleeve sleeves, which has the characteristics of high static rigidity and good motion stability, and ensures the tightening quality. The invention adopts the numerical control operation mode, and has the characteristics of high degree of automation and high movement accuracy, avoids manual misoperation, and ensures the consistency of each nut tightening.

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置及方法
本专利技术属于自动化装配
，特别涉及一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置及方法。
技术介绍
在航空发动机核心机中，高压转子主要由高压压气机转子和高压涡轮转子装配组成，高压压气机转子的后安装边与封严盘的前端面相连接，高压涡轮转子的前安装边与封严盘的后端面相连接，三者通过沿轴线周向均布的数十个螺纹连接件紧固，实现高压转子的主体结构装配。对于部分机型，螺纹紧固件中的螺母为封严盘后置式螺母，其位于封严盘后侧，接触端面对高压涡轮转子的后安装边压紧，连接螺栓采用具有轴向限位和转角锁定功能的专用D形螺栓。由于高压转子为航空发动机的核心动力部件，工作处在高温、高压的外载条件下，其转速可高达18000rpm，并承受30-40t的轴向载荷，而高压压气机转子和高压涡轮转子的连接部位为关键易损位置，螺纹连接件的拧紧质量是影响装配性能以及整机运行可靠性的重要因素。在高压转子装配过程中，依次完成螺栓预装-组件对接-紧固等主要装配工艺，对于紧固工艺，需要在高压转子内部对螺母进行安装和拧紧。高压转子内部拧紧可占空间尺寸根据发动机型号不同而改变，但均具有空间布局狭长的特点，其中，螺母相对高压涡轮转子后轴端口的轴向进深距离达600-800mm，高压涡轮转子后轴的通道内径为φ100-150mm，螺母分布直径尺寸为φ250-400mm，对于拧紧机构作业具有进给通道长、拧紧空间小和多区域干涉等难点，目前国内主要通过采用操作细长型拧紧器具进行深入、偏转和拧紧的方式，过程中大量依靠人工作业方法，未使用自动化专用拧紧装置，存在以下不足：(1)拧紧质量一致性差：人工操作拧紧扳杆到位的方法存在螺母安装偏移和倾斜等问题，无法保证各螺母的拧紧一致性，甚至出现个别螺母错拧和漏拧等情况；由于现应用装置多为细长杆状结构，整体刚度低，反扭效果差，导致拧紧过程中装置受载变形，影响拧紧质量；(2)拧紧精度低：现应用装置主要采用人力扭距器具或外置式扭力系统作为拧紧动力输入，具有拧紧传动距离长的问题，由于长距离传动存在刚度低、传动间隙大和受载后变形形式不定性大等特性，螺母的实际所受扭矩和旋入角度与远端的传感器的测值偏差大，并且存在随机误差难以补偿，无法保证螺母拧紧扭矩和转角精度；(3)拧紧效率低：现有方法在完成螺母组安装和第一次拧紧后，第二次拧紧通常需要装置在高压转子内反复插入安装和拔出卸装，以便完成拧紧套筒相对每个角相的螺母正确定位上套，占用大量时间，影响二次拧紧效率；由于现应用装置大量依靠人工操作，存在工人技能要求高和劳动强度大的问题，全部螺母拧紧需要多人协同工作6h以上，作业效率低下，影响整机装配精度。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术设计一种拧紧质量一致性好、拧紧精度高和拧紧效率高的航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置及方法。本专利技术的技术方案是：一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置，包括转位系统、进给运动系统和连杆式拧紧执行系统。所述的转位系统通过外套筒的法兰固定安装于高压涡轮转子后轴端口。所述的进给运动系统位于转位系统内部，进给运动系统的中套筒与转位系统的外套筒通过轴承相连接，转位系统实现进给运动系统的数控转动。所述的连杆式拧紧执行系统位于进给运动系统内部前端，通过中套筒与套装在中套筒内部的连杆式拧紧执行系统的内套筒以滑动接触的方式相配合，进给运动系统实现连杆式拧紧执行系统的轴向直线进给运动。所述的连杆式拧紧执行系统通过连杆使杆状齿轮箱转位，实现拧紧套筒至拧紧工位对螺母进行拧紧。所述的拧紧套筒安装在杆状齿轮箱的前侧，即拧紧套筒的套筒口朝向前方与封严盘后置的螺母相对应。所述的连杆式拧紧执行系统尺寸设计满足公式：l1-l2＝R；其中，l1为拧紧套筒轴线到O点的距离，l2为内套筒轴线到O点的距离，R为待拧紧螺母轴线到高压转子轴线的距离，O点为杆状齿轮箱与内套筒的铰接点。所述的转位系统由外套筒、外套筒端盖、减速机、伺服电机、联轴器和轴承组成；外套筒为前端敞开式的圆柱筒形结构，其外圆柱面设有法兰，法兰与高压涡轮转子后轴端口相连接，实现外套筒相对高压涡轮转子的固定安装；外套筒端盖固定安装于外套筒的尾端，减速机固定安装于外套筒端盖上，减速机输入端与伺服电机输出端连接，减速机输出端通过联轴器与中套筒端盖相连接，外套筒内部通过轴承安装有中套筒，通过伺服电机与减速机的驱动，实现中套筒相对外套筒的数控转动。所述的进给运动系统由中套筒、中套筒端盖和电缸I组成；中套筒为前端敞开式的圆柱筒形结构，中套筒端盖固定安装于中套筒的尾端；电缸I的缸体固定安装于中套筒内部，电缸I的伸出杆的顶端与内套筒端盖相固接；中套筒内部套装有内套筒，中套筒与内套筒通过滑动接触的方式相配合，通过导向键实现轴向导向，通过电缸I的驱动，实现内套筒相对中套筒的轴向直线运动。所述的连杆式拧紧执行系统由内套筒、内套筒端盖、杆状齿轮箱、电缸II、连杆、拧紧动力系统、拧紧套筒和反扭杆组成；内套筒为前端敞开式的圆柱筒形结构，内套筒端盖固定安装于内套筒的尾端；杆状齿轮箱的尾端通过铰接结构与内套筒的前端连接，实现整体杆状齿轮箱以尾端铰接结构为轴心，从相对转子轴线水平位置到垂直位置的0-90°转动，杆状齿轮箱的尾端内部安装有输入齿轮，头端内部安装有输出齿轮，输入齿轮到输出齿轮之间通过多组传动齿轮传动，实现输入齿轮驱动输出齿轮；电缸II的缸体固定安装于内套筒内部，电缸II的伸出杆的顶端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与杆状齿轮箱铰接，实现将电缸II的直线运动转化为杆状齿轮箱整体的转动，电缸II的伸出实现杆状齿轮箱整体向相对高压转子轴线水平位置转动，电缸II的退回实现杆状齿轮箱整体向相对高压转子轴线垂直位置转动；所述的拧紧动力系统安装于内套筒内部，由拧紧轴伺服电机、拧紧轴减速机、扭矩传感器和动力轴连接组成，具有拧紧动力输出、拧紧转角和扭矩反馈功能，当杆状齿轮箱整体转动至垂直位置时，杆状齿轮箱的输入齿轮与动力轴端部相连接，实现拧紧动力向杆状齿轮箱的传递；拧紧套筒安装于杆状齿轮箱的输出齿轮上，相对杆状齿轮箱前端面突出，拧紧套筒内圈与待拧紧螺母适配，实现螺母安装和拧紧；反扭杆固定安装于杆状齿轮箱头端，当拧紧套筒套入到螺母时，反扭杆的限位孔套入至此螺母的相邻两侧螺栓尾部，实现将拧紧过程中的反力传递到相邻螺栓上；杆状齿轮箱前端面安装有摄像头，实现对拧紧部位的观测；所述的高压转子由高压压气机转子和高压涡轮转子装配组成。进一步地，所述的伺服电机、电缸I、电缸II和拧紧动力系统由数控系统控制。一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧方法，包括以下步骤：A、装置安装：进给运动系统的电缸I退回，使连杆式拧紧执行系统相对中套筒退回；连杆式拧紧执行系统的电缸II伸出，使杆状齿轮箱处于相对转子轴线水平位置；单个螺母预装于杆状齿轮箱头端的拧紧套筒上；整体装置从高压涡轮转子后轴的通道伸入，外套筒上的法兰与高压涡轮转子后轴端口固接。B、转位至预定角相：转位系统的伺服电机驱动中套筒及其内部结构沿高压转子轴线转动，直到达到待拧紧螺栓对应的角相。C、拧紧套筒移至拧紧工位：电缸I伸出，连杆式拧紧执行系统相对中套筒逐渐伸出，同时，电缸II退回，通过连杆使杆状齿轮箱以铰接结构为轴心逐渐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置，其特征在于：包括转位系统(1)、进给运动系统(2)和连杆式拧紧执行系统(3)；所述的转位系统(1)固定安装于高压涡轮转子(6)后轴端口；所述的进给运动系统(2)位于转位系统(1)内部，进给运动系统(2)与转位系统(1)通过轴承(8)相连接，转位系统(1)实现进给运动系统(2)的数控转动；所述的连杆式拧紧执行系统(3)位于进给运动系统(2)内部，进给运动系统(2)实现连杆式拧紧执行系统(3)的轴向数控直线进给运动；所述的连杆式拧紧执行系统(3)通过连杆(10)使杆状齿轮箱(11)数控转位，实现拧紧套筒(12)至拧紧工位对螺母(13)进行拧紧；所述的拧紧套筒(12)安装在杆状齿轮箱(11)的前侧，即拧紧套筒(12)的套筒口朝向前方与封严盘后置的螺母(13)相对应；所述的连杆式拧紧执行系统(3)的尺寸设计满足公式：l1‑l2＝R；其中，l1为拧紧套筒(12)轴线到O点的距离，l2为内套筒(9)轴线到O点的距离，R为螺母(13)轴线到高压转子轴线的距离，O点为杆状齿轮箱(11)与内套筒(9)的铰接点。

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置，其特征在于：包括转位系统(1)、进给运动系统(2)和连杆式拧紧执行系统(3)；所述的转位系统(1)固定安装于高压涡轮转子(6)后轴端口；所述的进给运动系统(2)位于转位系统(1)内部，进给运动系统(2)与转位系统(1)通过轴承(8)相连接，转位系统(1)实现进给运动系统(2)的数控转动；所述的连杆式拧紧执行系统(3)位于进给运动系统(2)内部，进给运动系统(2)实现连杆式拧紧执行系统(3)的轴向数控直线进给运动；所述的连杆式拧紧执行系统(3)通过连杆(10)使杆状齿轮箱(11)数控转位，实现拧紧套筒(12)至拧紧工位对螺母(13)进行拧紧；所述的拧紧套筒(12)安装在杆状齿轮箱(11)的前侧，即拧紧套筒(12)的套筒口朝向前方与封严盘后置的螺母(13)相对应；所述的连杆式拧紧执行系统(3)的尺寸设计满足公式：l1-l2＝R；其中，l1为拧紧套筒(12)轴线到O点的距离，l2为内套筒(9)轴线到O点的距离，R为螺母(13)轴线到高压转子轴线的距离，O点为杆状齿轮箱(11)与内套筒(9)的铰接点。2.根据权利要求1所述的一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置，其特征在于：所述的转位系统(1)通过外套筒(4)的法兰(5)固定安装于高压涡轮转子(6)后轴端口；所述的进给运动系统(2)的中套筒(7)与转位系统(1)的外套筒(4)通过轴承(8)相连接；所述的连杆式拧紧执行系统(3)通过中套筒(7)与套装在中套筒(7)内部的连杆式拧紧执行系统(3)的内套筒(9)以滑动接触的方式相配合。3.根据权利要求1所述的一种航空发动机高压转子封严盘后置螺母拧紧装置，其特征在于：所述的转位系统(1)由外套筒(4)、外套筒端盖(14)、减速机(15)、伺服电机(16)、联轴器(17)和轴承(8)组成；外套筒(4)为前端敞开式的圆柱筒形结构；外套筒端盖(14)固定安装于外套筒(4)的尾端，减速机(15)固定安装于外套筒端盖(14)上，减速机(15)输入端与伺服电机(16)输出端连接，减速机(15)输出端通过联轴器(17)与中套筒端盖(18)相连接；所述的进给运动系统(2)由中套筒(7)、中套筒端盖(18)和电缸I(19)组成；中套筒(7)为前端敞开式的圆柱筒形结构，中套筒端盖(18)固定安装于中套筒(7)的尾端；电缸I(19)的缸体固定安装于中套筒(7)内部，电缸I(19)的伸出杆的顶端与内套筒端盖(20)相固接；所述的连杆式拧紧执行系统(3)由内套筒(9)、内套筒端盖(20)、杆状齿轮箱(11)、电缸II(22)、连杆(10)、拧紧动力系统(24)、拧紧套筒(12)和反扭杆(25)组成；内套筒(9)为前端敞开式的圆柱筒形结构，内套筒端盖(20)固定安装于内套筒(9)的尾端；杆状齿轮箱(11)的尾端通过铰接结构(23)与内套筒(9)的前端连接，杆状齿轮箱(11)的尾端内部安装有输入齿轮(26)，头端内部安装有输出齿轮(27)；电缸II(22)的缸体固定安装于内套筒(9)内部，电缸II(22)的伸出杆的顶端与连杆(10)的一端铰接，连杆(10)的另一端与杆状齿轮箱(11)铰接，电缸II(22)的伸出实现杆状齿轮箱(11)整体向相对高压转子轴线水平位置转动，电缸II(22)的退回实现杆状齿轮箱(11)整体向相对高压转子轴线垂直位置转动；所述的拧紧动力系统(24)安装于内套筒(9)内部，当杆状齿轮箱(11)整体转动至垂直位置时，杆状齿轮箱(11)的输入齿轮(26)与动力轴(31)端部相连接；拧紧套筒(12)安装于杆状齿轮箱(11)的输出齿轮(27)上，相对杆状齿轮箱(11)前端面突出，拧紧套筒(12)内圈与待拧紧螺母(13)适配；反扭杆(25)固定安装于杆状齿轮箱(11)头端，当拧紧套筒(12)套入到螺母(13)时，反扭杆(25)的限位孔套入至此螺母(13)的相邻两侧螺栓尾部，杆状齿轮箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：高航，周天一，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21