轴类零件拧紧装置及方法与流程

本发明涉及零件装配领域，特别地，涉及一种轴类零件拧紧装置及方法。

背景技术：

传动型轴类零件通常用轴承进行支承，需通过轴上螺纹及圆螺母将轴承及其它轴上零件固紧连接成一个工作整体。螺纹紧固连接质量的好坏，很大程度上取决于使被连接件间产生一定大小夹紧力的螺纹预紧力，控制螺纹预紧力的方法通常有力矩法、扭角法等，力矩法的控制精度小于扭角法。由于螺母拧紧后还需锁紧(一般锁爪需嵌入螺母锁片槽)，因此螺母拧紧的拧紧力矩或扭转角度皆为一定的范围。对于小轴类零件(即轴颈尺寸较小的零件)，螺纹拧紧力矩较小(查询螺纹相关标准可得)，通常只需用转接套筒和力矩扳手按螺纹拧紧力矩标准规定的拧紧力矩固紧即可。对于大轴类零件，特别是由于零件结构限制而采用非标准螺纹的轴类零件，所要求的拧紧力矩较大，采用气动装置拧紧时，需设计专用的气动力臂，且气动装置需固定，受一定的空间限制，另外，对于重要型轴类零件紧固连接，当拧紧要求为控制扭转角度时，采用气动装置难以找寻到该扭转角度的计算起点。

某型发动机传动用桨轴为大轴类零件(轴颈直径为)，受结构限制螺纹采用非标准螺纹，螺纹预紧力及拧紧力矩值不能由相关紧固件标准所得，对支承轴承及其上轴类零件的紧固要求采用扭转角度控制，因此，采用通常的拧紧装置难以达到紧固要求，若施加的拧紧力矩过大，会损伤螺纹且造成螺纹预紧力的损失，若施加的拧紧力矩过小，可能导致被连接件的松脱，影响轴类零件的强度性能，从而会影响轴类零件及其轴承的工作可靠性，给该型发动机的安全使用带来的很大的隐患。

技术实现要素：

本发明提供了一种轴类零件拧紧装置及方法，以解决现有的大轴类零件的被连接件由于所需拧紧力大导致扭转角度难以控制、紧固性能差、影响工作可靠性的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种轴类零件拧紧装置，用于将套接于轴类零件上的轴承及被连接件经螺母及锁紧垫圈有效紧固形成一个工作整体，该拧紧装置包括：

固定座，与轴类零件的轴颈固接以定位支撑轴类零件的下端；

转接装置，与轴类零件的顶端抵接，转接装置的上部为与轴类零件的轴端面配合的圆盘，圆盘上开设有第一定位孔；

拧紧刻度盘，套设于套接在轴类零件上的螺母之上且位于转接装置之外，拧紧刻度盘下端与螺母锁紧以联动，拧紧刻度盘上设有用于标识旋转角度的角度线，拧紧刻度盘的顶端开设第二定位孔，第二定位孔大于第一定位孔且两者同轴设置；

增力器，增力器的输入端连接施力机构且力矩倍增后经输出端输出，增力器的输出端包括与第一定位孔定位配合的定位段及与第二定位孔紧固配合以带动拧紧刻度盘施加拧紧力矩的传扭段；

施力机构，连接增力器的输入端以施加拧紧力矩。

进一步地，拧紧刻度盘的下端沿周向设有多个锁爪，多个锁爪与螺母的外周缘上的锁片槽配合以嵌入锁片槽内与螺母联动。

进一步地，轴类零件靠近顶端的内壁设有传动用内花键，转接装置的下端外壁设有外花键，且圆盘的外径大于轴类零件的顶端端口尺寸，转接装置经圆盘与轴类零件抵靠且经花键配合连接。

进一步地，拧紧刻度盘的外圆上开设用于监测拧紧刻度盘之内的转接装置与增力器安装时配合状况及拧紧时转动情况的观察窗。

进一步地，第一定位孔为四方孔，第二定位孔为六方孔，传扭段为六方柱，定位段为处于增力器的输出端末端的四方柱。

进一步地，施力机构为力矩扳手，增力器的上端面设有与力矩扳手配合连接的第三定位孔。

进一步地，轴类零件为航空发动机传动用桨轴，被连接件为套设于桨轴上的封严结构。

根据本发明的另一方面，还提供一种轴类零件拧紧方法，采用上述的轴类零件拧紧装置，该拧紧方法包括：

将轴类零件固定在固定座上，并将轴承、被连接件、锁紧垫圈及螺母按装配要求依次装配在轴类零件上；

将转接装置套在轴类零件的顶端且抵接；

将拧紧刻度盘套在轴类零件的螺母上且与螺母联动；

将增力器的输出端依次穿过拧紧刻度盘、转接装置，使得传扭段与第二定位孔配合，定位段与第一定位孔配合；

通过施力机构经增力器施加拧紧要求对应的拧紧力矩，使得螺母拧紧至所需的拧紧位置；

依次取出施力机构、增力器、拧紧刻度盘、转接装置，将锁紧垫圈的锁爪向上弯进螺母的锁片槽内进行保险。

根据本发明的另一方面，还提供一种轴类零件拧紧方法，采用如上述的轴类零件拧紧装置，该拧紧方法包括：

将轴类零件固定在固定座上，并将轴承、被连接件、锁紧垫圈及螺母按装配要求依次装配在轴类零件上；

将转接装置套在轴类零件的顶端且抵接；

将拧紧刻度盘套在轴类零件的螺母上且与螺母联动；

将增力器的输出端依次穿过拧紧刻度盘、转接装置，使得传扭段与第二定位孔配合，定位段与第一定位孔配合；

通过施力机构经力矩-转角法施加拧紧力矩，使得螺母拧紧至所需的拧紧位置；

依次取出施力机构、增力器、拧紧刻度盘、转接装置，将锁紧垫圈的锁爪向上弯进螺母的锁片槽内进行保险。

进一步地，通过施力机构经力矩-转角法施加拧紧力矩包括：

经拧紧装置进行贴紧力矩试验获取贴紧力矩值；

按照获取的贴紧力矩值拧紧螺母，使得轴承、被连接件与轴类零件端面贴紧；

经施力机构控制螺母拧紧至控制要求对应的拧紧角度，实际拧紧角度经拧紧刻度盘读取。

本发明具有以下有益效果：

本发明轴类零件拧紧装置及方法，适用于对大轴类零件的非标准螺纹结构上的螺母拧紧作业，其结构简单，可有效节省装配空间，且施力力矩比例可调，从而有效避免了通常拧紧装置因拧紧力矩过大导致的损伤螺纹造成螺纹预紧力损失或者拧紧力矩过小导致被连接件松脱，影响轴类零件的强度性能及工作可靠性的缺陷，本发明轴类零件拧紧装置及方法，可保证轴类零件及轴承、被连接件的有效紧固，提高轴类零件的工作可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例轴类零件拧紧装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中螺母上锁片槽的结构示意图；

图3是本发明优选实施例中桨轴螺母贴紧力矩试验结果示意图。

附图标记说明：

1、固定座；2、轴类零件；3、轴承；4、被连接件；5、螺母；51、锁片槽；

6、转接装置；61、圆盘；62、第一定位孔；63、外花键；

7、拧紧刻度盘；71、第二定位孔；72、观察窗；8、增力器；9、施力机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种轴类零件拧紧装置，用于将套接于轴类零件2上的轴承3及被连接件4经螺母5及锁紧垫圈有效紧固形成一个工作整体，提高轴类零件及轴承等的工作可靠性，本实施例拧紧装置包括：

固定座1，与轴类零件2的轴颈固接以定位支撑轴类零件2的下端；

转接装置6，与轴类零件2的顶端抵接，转接装置6的上部为与轴类零件2的轴端面配合的圆盘61，圆盘61上开设有第一定位孔62；

拧紧刻度盘7，套设于套接在轴类零件2上的螺母5之上且位于转接装置6之外，拧紧刻度盘7下端与螺母5锁紧以联动，拧紧刻度盘7上设有用于标识旋转角度的角度线，拧紧刻度盘7的顶端开设第二定位孔71，第二定位孔71大于第一定位孔62且两者同轴设置；

增力器8，增力器8的输入端连接施力机构9且力矩倍增后经输出端输出，增力器8的输出端包括与第一定位孔62定位配合的定位段及与第二定位孔71紧固配合以带动拧紧刻度盘7施加拧紧力矩的传扭段；

施力机构9，连接增力器8的输入端以施加拧紧力矩。

本实施例拧紧装置适用于对大轴类零件的非标准螺纹结构上的螺母拧紧作业，其结构简单，可有效节省装配空间，且施力力矩比例可调，从而有效避免了通常拧紧装置因拧紧力矩过大导致的损伤螺纹造成螺纹预紧力损失或者拧紧力矩过小导致被连接件松脱，影响轴类零件的强度性能及工作可靠性的缺陷，可保证轴类零件及轴承、被连接件的有效紧固，提高轴类零件的工作可靠性。

参照图1，本实施例中，轴类零件2的轴颈尺寸较大，其上有紧固连接用的螺纹，传动用的花键，且轴上装配轴承3、被连接件4、锁紧垫圈及螺母5，参照图2，螺母5的外圆上开有锁片槽51，锁紧垫圈上有锁爪，按所需的拧紧要求拧紧圆螺母后，锁紧垫圈上的锁爪能锁入圆螺母的锁片槽内进行保险。

本实施例中，拧紧刻度盘7的下端沿周向设有多个锁爪，多个锁爪与螺母5的外周缘上的锁片槽51配合以嵌入锁片槽51内与螺母5联动。

优选地，轴类零件2靠近顶端的内壁设有传动用内花键，转接装置6的下端外壁设有外花键63，且圆盘61的外径大于轴类零件2的顶端端口尺寸，转接装置6经圆盘61与轴类零件2抵靠且经花键配合连接。转接装置6的外花键63与轴类零件2的内花键啮合，外花键参数与轴类零件相配的内花键相同，转接装置6的上端圆盘61直径要大于轴类零件端口尺寸，以防止转接装置6下落并控制花键的啮合长度，圆盘61上开四方孔作为第一定位孔62，与增力器8进行配合；然后将拧紧刻度盘7套在螺母上，拧紧刻度盘7上的锁爪与螺母5上的锁片槽51配合，锁爪长度不能超过锁紧垫圈，防止配合后拧紧螺母划伤锁紧垫圈，拧紧刻度盘7外圆上开有观察窗72，用来观察增力器8与转接装置6的配合情况及监控拧紧过程中增力器8的转动情况，拧紧刻度盘7上端面标有角度线，便于观察螺母5转动的拧紧角度，并在上端面上开有六方孔作为第二定位孔71，与增力器8进行配合；然后将增力器8穿过拧紧刻度盘7的六方孔套进转接装置6的四方孔内，增力器8的六方柱与拧紧刻度盘7的六方孔配合，下端的四方柱与转接装置6的四方孔配合；增力器8上端面有四方孔，安装力矩扳手作为施力机构9，用以施加一定的力矩。本实施例中，力矩扳手的选取需根据轴类零件固紧要求及增力器倍数(即扩大力矩的倍数)来确认，即通过固紧要求所需的拧紧力矩÷增力器倍数获取力矩扳手的量程，然后根据该量程来确认合适的力矩扳手。

本实施例中，轴类零件2为航空发动机传动用桨轴，被连接件4为套设于桨轴上的封严结构。利用本实施例拧紧装置，可采用力矩法或者力矩-转角法来紧固桨轴上的轴承及封严结构，从而确保桨轴上的封严效果及工作可靠性。

根据本发明的另一方面，提供一种轴类零件拧紧方法，采用上述实施例的轴类零件拧紧装置，基于力矩法进行控制，该拧紧方法包括：

步骤1，将轴类零件2固定在固定座1上，并将轴承3、被连接件4、锁紧垫圈及螺母5按装配要求依次装配在轴类零件2上；

步骤2，将转接装置6套在轴类零件2的顶端且抵接；将转接装置6的下端套在轴类零件2的内孔内，上端的圆盘61与轴端面抵靠，下端的外花键63与内孔内的内花键配合连接；

步骤3，将拧紧刻度盘7套在轴类零件2的螺母5上且与螺母5联动；将拧紧刻度盘7下端的锁爪嵌入螺母5的锁片槽51内；

步骤4，将增力器8的输出端依次穿过拧紧刻度盘7、转接装置6，使得传扭段与第二定位孔71配合，定位段与第一定位孔62配合；本实施例中，将增力器8的输出端的六方柱穿过拧紧刻度盘7端面的六方孔套在拧紧刻度盘7上，若此时四方柱不能装进转接装置6的四方孔内，则慢慢转动增力器8，并通过观察窗72检查四方柱是否与转接装置6的四方孔对齐，直至四方柱能装配进四方孔为止；

步骤5，通过施力机构9经增力器8施加拧紧要求对应的拧紧力矩，使得螺母5拧紧至所需的拧紧位置；本实施例经力矩扳手施加要求的力矩即可，所要求的力矩＝力矩扳手数值*增力器的倍数；

步骤6，依次取出施力机构9、增力器8、拧紧刻度盘7、转接装置6，将锁紧垫圈的锁爪向上弯进螺母5的锁片槽51内进行保险。

根据本发明的另一方面，还提供一种轴类零件拧紧方法，采用如上述实施例的轴类零件拧紧装置，基于力矩-转角法进行控制，该拧紧方法包括：

步骤1，将轴类零件2固定在固定座1上，并将轴承3、被连接件4、锁紧垫圈及螺母5按装配要求依次装配在轴类零件2上；

步骤2，将转接装置6套在轴类零件2的顶端且抵接；将转接装置6的下端套在轴类零件2的内孔内，上端的圆盘61与轴端面抵靠，下端的外花键63与内孔内的内花键配合连接；

步骤3，将拧紧刻度盘7套在轴类零件2的螺母5上且与螺母5联动；将拧紧刻度盘7下端的锁爪嵌入螺母5的锁片槽51内；

步骤4，将增力器8的输出端依次穿过拧紧刻度盘7、转接装置6，使得传扭段与第二定位孔71配合，定位段与第一定位孔62配合；本实施例中，将增力器8的输出端的六方柱穿过拧紧刻度盘7端面的六方孔套在拧紧刻度盘7上，若此时四方柱不能装进转接装置6的四方孔内，则慢慢转动增力器8，并通过观察窗72检查四方柱是否与转接装置6的四方孔对齐，直至四方柱能装配进四方孔为止；

步骤5，通过施力机构经力矩-转角法施加拧紧力矩，使得螺母拧紧至所需的拧紧位置；

步骤6，依次取出施力机构9、增力器8、拧紧刻度盘7、转接装置6，将锁紧垫圈的锁爪向上弯进螺母5的锁片槽51内进行保险。

本实施例中，通过施力机构9经力矩-转角法施加拧紧力矩包括：

经拧紧装置进行贴紧力矩试验获取贴紧力矩值；

按照获取的贴紧力矩值拧紧螺母5，使得轴承3、被连接件4与轴类零件2端面贴紧；

经施力机构9控制螺母5拧紧至控制要求对应的拧紧角度，实际拧紧角度经拧紧刻度盘7读取。

本实施例采用力矩-转角法时，需先使用该拧紧装置找到轴承及被连接件端面贴紧的力矩，即获得计算拧紧要求转角的零点位置力矩，可随机抽取多台轴类零件及螺母进行贴紧力矩试验，然后通过工艺试验数量统计方法确定其贴紧力矩值。试验步骤如下：先调节拧紧力矩扳手至一较小的力矩拧紧螺母；然后依次增加一定的力矩(该力矩不宜取得很大)拧紧螺母，并记录螺母转角；直至增加一定的力矩，发现螺母转角增量较大时(即在绘制的拧紧力矩-转角图中出现斜率变化较大)，再进行几次增加拧紧力矩，并记录螺母转角；然后通过所获得的多台份的力矩及转角数据绘制成力矩-转角曲线图，当力矩-转角曲线出现转点时，表明紧固件与被紧固件均已贴紧，此时的力矩值即为贴紧力矩值；然后统计多台份的贴紧力矩值，选取最大的贴紧力矩值作为计算拧紧要求的转角零点位置的力矩。获得贴紧力矩值后，在拧紧螺母时，先按所获得的贴紧力矩值预紧螺母，然后再用力矩扳手扳过一定角度，该角度可在拧紧刻度盘7上直接读出，并应控制在所要求的拧紧角度范围内，使锁紧垫圈的锁片能嵌入螺母改进件锁片槽时为止。且本实施例方法可对多次最终拧紧力矩值进行统计分析，为后续对拧紧螺母至扭转角度的拧紧力矩值进行监控当参考。

本发明通过提供一种适用可靠且较简单的拧紧装置及拧紧方法，既有效节省装配空间，减轻人力负担，排除人为控制拧紧角度要求零点的不确定性，又能有效紧固传动型大轴类零件及轴承等被连接件，保证轴类零件及轴承的工作可靠性。

本发明已在某型涡桨系列发动机桨轴零件的紧固连接上实施验证，该大轴类零件的紧固要求为拧紧角度控制，通过本实施例拧紧装置进行了贴紧力矩试验，结果如图3所示，根据图3结果获得贴紧力矩值(为340N/m)；然后用该贴紧力矩预紧螺母，再转过所要求的拧紧角度(40°±5°)，在该拧紧角度下能使锁紧垫圈的锁片能嵌入螺母改进件锁片槽，记录此时的拧紧角度和拧紧力矩值，拧紧角度由拧紧刻度盘上读出，拧紧力矩＝力矩扳手值×增力器倍数。共进行了8台份的拧紧力矩试验，拧紧角度为35°～45°，拧紧力矩值M_θ为2700～3600N·M。另外，根据文献《紧固件连接设计手册》和HB/Z251-93《螺栓连接拧紧力矩与轴向力的关系》，按桨轴在工作拉力下能有规定的剩余预紧力和强度理论计算该轴类零件螺纹紧固连接的最小拧紧力矩M_min＝680.1N·m、最大拧紧力矩为M_max＝1.45x10⁴N·m；由此可知桨轴螺母紧固连接的拧紧力矩符合M_min<M_θ<M_max要求。完成拧紧力矩试验后分下桨轴与螺母进行目视检查，螺纹外观正常，无变形，进行磁粉检查，均合格，这说明采用力矩-转角法拧紧桨轴及轴承等被连接件，既能满足桨轴螺母拧紧的设计要求，也能保证桨轴及轴承等零件的使用要求。

另外，利用该拧紧装置和上述的拧紧方法，将有效紧固的桨轴及轴承等被连接件装配在某型涡桨发动机上进行了工厂试车考核和长试考核(等效外场工作一个翻修期寿命)，试车后分解下桨轴、轴承、螺母等进行目视检查，外观正常，无变形，进行磁粉检查合格，进一步表明：该拧紧装置和拧紧方法能有效紧固大轴类零件及轴承等被连接件，能保证该轴类零件及轴承等的工作可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。