用于航空涡轴发动机单盘卧式平衡的工装夹具的制作方法

本发明涉及航空发动机压气机转子维修及其平衡技术领域，尤其涉及一种用于航空涡轴发动机单盘卧式平衡的工装夹具。

背景技术：

某型航空发动机压气机装配前需对压气机一至四级转子及离心叶轮五个单盘进行立式平衡。立式平衡需要使用专用的立式平衡机，立式平衡机相比卧式平衡机结构更为复杂，单独配置设备不仅投资较大，设备利用率也不高。并且在平衡检测过程中需要根据检测情况在基体上打磨去除材料，在立式平衡机上不方便操作。现有卧式平衡机结构简单，检测和打磨都比较方便，如果能通过一定改造，利用卧式平衡机来对发动机单盘进行检测，将提高现有生产线设备利用率，增加生产线任务弹性，也容易在基体上打磨去除材料。

技术实现要素：

为克服现有发动机转子叶片在立式平衡机上检测导致检测成本高，不易打磨材料等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可将航空涡轴发动机单盘用于卧式平衡机检测的工装夹具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于航空涡轴发动机单盘卧式平衡的工装夹具，

包括分别用于安装发动机一级转子、二四级转子、三级转子和离心叶轮的第一夹具、第二夹具、第三夹具和第四夹具；

所述第一夹具包括第一芯棒和固定在第一芯棒上的第一定位盘，所述第一定位盘上穿插设置有第一螺栓和第一螺母；

所述第二夹具包括第二芯棒和固定在第二芯棒上的第二定位盘，所述第二芯棒在靠近第二定位盘定位端面的一侧设有过渡轴肩；

所述第三夹具包括第三芯棒和固定在第三芯棒上的第三定位盘，所述第三定位盘上穿插设置有第三螺栓和第三螺母；

所述第四夹具包括第四芯棒和固定在第四芯棒上的第四定位盘，所述第四芯棒的一端设有与第四芯棒滑动连接的轴套，所述轴套靠近第四定位盘的一端设有辅助定位盘，所述第四定位盘和辅助定位盘之间穿插设置有第四螺栓和第四螺母。

进一步的是，所述第一芯棒、第二芯棒、第三芯棒和第四芯棒的两端均设有带护锥的中心孔。

进一步的是，所述第一芯棒、第二芯棒、第三芯棒和第四芯棒的径向圆跳动公差不大于0.02，表面粗糙度不大于0.4。

进一步的是，所述第一定位盘、第二定位盘、第三定位盘和第四定位盘的安装位置保证一级转子、二四级转子、三级转子和离心叶轮的重心分别位于第一芯棒、第二芯棒、第三芯棒和第四芯棒的中心位置。

进一步的是，所述第一定位盘、第三定位盘和第四定位盘上的定位端面一侧的圆周边上均设有台阶面，所述台阶面及定位端面的径向圆跳动公差均不大于0.02。

进一步的是，所述第一定位盘上设有至少四个饶第一芯棒轴线呈中心对称设置的第一螺栓和第一螺母。

进一步的是，所述第三定位盘上设有至少两个饶第三芯棒轴线呈中心对称设置的第三螺栓和第三螺母。

进一步的是，所述第三定位盘上还设有与其螺纹连接的第三顶出螺栓，所述第三顶出螺栓的尾部朝向第三定位盘定位端面一侧。

进一步的是，所述第四定位盘和辅助定位盘之间设有至少两个饶第四芯棒轴线呈中心对称设置的第四螺栓和第四螺母。

进一步的是，所述第四定位盘和辅助定位盘上均设有与其螺纹连接的第四顶出螺栓，所述第四顶出螺栓的尾部朝向各自所在定位盘的定位端面一侧。

本发明的有益效果是：利用该套工装夹具可对转子单盘进行定位与转接，实现其在卧式平衡机上的平衡检测，装夹、拆卸方便快捷，同时该工装结构不与转子打磨去除材料区域产生干涉，可直接原位调整不平衡量，不需反复分装，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明第一夹具结构示意图。

图2是本发明第二夹具结构示意图。

图3是本发明第三夹具结构示意图。

图4是本发明第四夹具结构示意图。

图中标记为，1-第一夹具，2-第二夹具，3-第三夹具，4-第四夹具，11-第一芯棒，12-第一定位盘，13-第一螺栓，14-第一螺母，21-第二芯棒，22-第二定位盘，23-过渡轴肩，31-第三芯棒，32-第三定位盘，33-第三螺栓，34-第三螺母，35-第三顶出螺栓，41-第四芯棒，42-第四定位盘，43-轴套，44-辅助定位盘，45-第四螺栓，46-第四螺母，47-第四顶出螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1-4所示，本发明用于航空涡轴发动机单盘卧式平衡的工装夹具，包括分别用于安装发动机一级转子、二四级转子、三级转子和离心叶轮的第一夹具1、第二夹具2、第三夹具3和第四夹具4；

所述第一夹具1包括第一芯棒11和固定在第一芯棒11上的第一定位盘12，所述第一定位盘12上穿插设置有第一螺栓13和第一螺母14；

所述第二夹具2包括第二芯棒21和固定在第二芯棒21上的第二定位盘22，所述第二芯棒21在靠近第二定位盘22定位端面的一侧设有过渡轴肩23；

所述第三夹具3包括第三芯棒31和固定在第三芯棒31上的第三定位盘32，所述第三定位盘32上穿插设置有第三螺栓33和第三螺母34；

所述第四夹具4包括第四芯棒41和固定在第四芯棒41上的第四定位盘42，所述第四芯棒41的一端设有与第四芯棒41滑动连接的轴套43，所述轴套43靠近第四定位盘42的一端设有辅助定位盘44，所述第四定位盘42和辅助定位盘44之间穿插设置有第四螺栓45和第四螺母46。

对于发动机5个需要进行立式平衡的产品，要求在不低于1000rpm的转速下，将剩余不平衡量控制在特定范围以内，其中压气机一至三级转子为单面静平衡，离心叶轮、压气机四级转子为双面动平衡。采用本申请所提供的四套夹具，可分别对一级转子、二四级转子、三级转子和离心叶轮进行定位转接，然后将其用于卧式平衡机上进行平衡检测。

在具体检测时，包括以下步骤：

1、建立压气机转子单盘数字模型，分析平衡风险点；

2、根据压气机转子单盘平衡支撑方式、工装与转子连接方式、驱动方式、驱动位置、平衡摆架类型等，制定平衡装置具体参数；

3、对平衡装置进行模拟工作分析，保证不与打磨去除材料产生干涉，保证工作效率；

4、加热或冷却压气机转子，将其穿入对应夹具的芯棒，并与定位盘接触，芯棒与转子通过过盈配合实现定位安装；

5、对于一级转子和三级转子，安装好后需要拧紧对应的第一螺栓13和第三螺栓33来辅助固定转子；二四级转子，由于其特殊的轴向截面，需要设置过渡轴肩23来实现转子与芯棒的稳定接触；对于离心叶轮，在其一面与第四定位盘42接触稳固后，在第四芯棒41上穿入轴套43，利用第四螺栓45拉紧轴套43，使辅助定位盘44顶紧离心叶轮另一面；

6、将装有压气机转子的工装夹具放于卧式平衡机上进行平衡；

7、根据检测情况，使用气动打磨头进行原位打磨，去除规定区域材料调整不平衡量，直至平衡合格，最后取下转子。

上述工装夹具有以下优选方案：

对于芯棒，由于其要放入卧式平衡机上进行检测，因此在所述第一芯棒11、第二芯棒21、第三芯棒31和第四芯棒41的两端均设有带护锥的中心孔，方便定位安装。由于平衡检测的精度较高，而工装夹具自身的误差有可能影响转子的精度，因此，所述第一芯棒11、第二芯棒21、第三芯棒31和第四芯棒41的径向圆跳动公差应不大于0.02。为方便转子装配，各芯棒表面粗糙度应不大于0.4。

对于定位盘，为保证工装和转子在卧式平衡机上平稳转动，所述第一定位盘12、第二定位盘22、第三定位盘32和第四定位盘42的安装位置应保证一级转子、二四级转子、三级转子和离心叶轮的重心分别位于第一芯棒11、第二芯棒21、第三芯棒31和第四芯棒41的中心位置。同样，为了方便定位安装，保证工装精度，所述第一定位盘12、第三定位盘32和第四定位盘42上的定位端面一侧的圆周边上均设有台阶面，所述台阶面及定位端面的径向圆跳动公差均不大于0.02。

对于辅助定位结构，其主要作用是辅助限制作用，避免高速转动过程中出现意外松动的情况。具体的，所述第一定位盘12上设有至少四个饶第一芯棒轴线呈中心对称设置的第一螺栓13和第一螺母14；所述第三定位盘32上设有至少两个饶第三芯棒31轴线呈中心对称设置的第三螺栓33和第三螺母34；所述第四定位盘42和辅助定位盘44之间设有至少两个饶第四芯棒41轴线呈中心对称设置的第四螺栓45和第四螺母46。第一螺栓13、第三螺栓33和第四螺栓45的位置和数量主要是根据各转子的结构来设计，满足螺栓能穿过转子缝隙，同时尽量不影响材料打磨。

进一步的，为了方便检测后的转子拆卸，在所述第三定位盘32上还设有与其螺纹连接的第三顶出螺栓35，所述第三顶出螺栓35的尾部朝向第三定位盘32定位端面一侧；所述第四定位盘42和辅助定位盘44上均设有与其螺纹连接的第四顶出螺栓47，所述第四顶出螺栓47的尾部朝向各自所在定位盘的定位端面一侧。检测完后，可通过转动顶出螺栓，将转子从芯棒上顶出，实现转子的平稳拆卸。

本发明通过设置四套工装夹具解决了压气机转子单盘立式平衡转卧式平衡转接安装的问题，可在保证产品质量的前提下提升现场生产任务弹性。同时该工装结构不与转子打磨去除材料区域产生干涉，可直接原位调整不平衡量，不需反复分装，提升了生产效率。