一种螺栓预定位装置的制作方法

本申请属于航空发动机装配技术领域，特别涉及一种螺栓预定位装置。

背景技术：

如图1所示，现代航空发动机的旋转部件，大量采用转轴1与轴套2配合的结构形式。通常，为保证高速转动状态下转子的稳定性，转轴1与轴套2之间采用精密过盈配合的形式实现径向定位。而轴套的轴向固定方式较多，法兰边固定是其中较常见的一种。在这种结构中，为避免法兰边上设置的螺栓孔位置度影响转轴1与轴套2过盈配合的顺利安装，需要在螺栓孔与螺栓之间预留较大的间隙。

受结构空间等因素限制，轴套2安装完成后，连接螺栓3已无法安装，因此需要将连接螺栓3和轴套2同时安装到转轴1上。受多方面因素制约，转轴1上的法兰边螺栓孔直径不宜过大(即在转轴1上设置小间隙配合孔13)，为避免法兰边螺栓孔位置度影响过盈配合的轴套2安装，只能选择将轴套法兰边21的螺栓孔与连接螺栓3之间预留大间隙配合(即在轴套2上设置大间隙配合孔22)。

上述结构在装配时，将连接螺栓3预先安装到大间隙配合孔22内，再将连接螺栓3随轴套2一起安装到转轴1上。由于预装的轴套法兰边21上的配合孔配合间隙大，而转轴1的法兰边上的配合孔配合间隙小，这就容易造成预先安装的连接螺栓3很难顺利插入到转轴1上的小间隙配合孔13内。

如图2所示，在现有的方案中，首先将轴套2加热使其膨胀，膨胀后轴套2与转轴1的配合暂时变为间隙。将转轴1固定成与水平面垂直，同时将连接螺栓3预先放置到已完成加热的轴套内，并用夹具压紧螺栓。将轴套和螺栓向下安装到轴上。安装时，若发现螺栓无法对正，则松开螺栓的压紧装置，通过手动调整螺栓在大间隙孔内的位置，直至螺栓能够顺利的插入轴上的螺栓孔内。

由于轴套2被加热，调整连接螺栓3时，操作者有被烫伤的风险，并且由于连接螺栓3调整时没有参考，调整难度大、时间长，经常出现装配未完成，轴套2的温度已经下降，需要重新加热的情况。

因此，原有技术效率低，并且有安全风险，亟需开发新的技术，提高效率，保障安全。

技术实现要素：

本申请的目的是提供了一种螺栓预定位装置，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种螺栓预定位装置，用于实现具有法兰结构的转轴与轴套连接的螺栓定位，所述螺栓预定位装置包括取样装置、模拟装置、夹持装置，其中，取样装置用于实现对转轴法兰边上小间隙螺栓孔的位置进行取样；模拟装置根据取样结果，模拟出小间隙螺栓孔的位置，并通过模拟后的位置，对轴套上的大间隙螺栓孔进行定位；螺栓定位后，通过夹持装置对螺栓进行规定，并在夹持状态下，对轴套进行加热，之后将轴套安装到轴上。

在本申请一优选实施方式中，所述取样装置包括模拟轴套、浮动销及浮动销螺母；

模拟轴套具有下法兰边和上法兰边，下法兰边上设置的安装孔位置模拟真实轴套的轴套法兰边，上法兰边具有豁口，豁口与下法兰边的安装孔对正；

浮动销的数量与轴套上的螺栓孔数量相同，浮动销具有下端为带尖端的长销结构，长销结构的直径模拟真实轴套固定螺栓的直径，浮动销的上端为螺纹结构，用于操作过程中对浮动销的固定，浮动销的中部为短圆柱的防转部，用于实现浮动销的轴向定位；

浮动销螺母一端为用于与浮动销配合的螺纹孔，另一端开一字槽。

进一步的，所述防转部通过在短圆柱面去除一部分去除材料形成与轴线平行的第一防转边。

在本申请一优选实施方式中，所述模拟装置包括模拟轴、浮动套、浮动套螺母，其中：

模拟轴的外廓尺寸模拟真实的转轴，其一端具有模拟法兰边，模拟法兰边的安装孔位置与真实转轴上的螺栓孔位置相同；

浮动套的数量与轴套上的螺栓孔数量相同，浮动套为带中心孔的螺栓结构，主体为螺纹轴，螺纹轴的直径模拟转轴的下法兰边安装孔的直径，螺纹轴尾部为直径大于螺纹轴的圆柱，浮动套的中心孔直径配合于取样装置中的浮动销；

浮动套螺母与浮动套上螺纹部位的螺纹配合，实现浮动套的固定。

进一步的，所述浮动套上设置有防转平面，防转平面的侧边设有第二防转边。

进一步的，所述第二防转边通过在防转平面的边缘去除一部分去除材料形成。

在本申请一优选实施方式中，所述夹持装置包括夹持环、拉紧组件、压紧组件，其中：

夹持环为两侧均有翻边的圆环结构，翻边上安装拉紧组件及压紧组件，通过拉紧组件的运动以加紧轴套，通过压紧组件的运动压住连接螺栓。

在本申请一优选实施方式中，所述拉紧组件包括螺柱、螺柱螺母、拉紧弹簧及旋转钩，其中：

旋转钩主体为一端带盲孔的圆柱，圆柱的另一端为带薄钩边；

螺柱一端通过旋转钩的盲孔，并固定在盲孔的底端；

在盲孔和螺柱之间布置拉紧弹簧；

旋转钩、螺柱及拉紧弹簧从夹持环的下侧翻边上的通孔内穿过，仅薄钩边留在下侧翻边之外不能通过，螺柱继续穿过夹持环71的上翻边，并在夹持环上方用螺柱螺母固定，拧转螺柱螺母，缩短螺柱在上翻边以下的长度，使拉紧弹簧压缩产生预紧力，同时旋转钩上端面与上翻边保持预定距离，旋转钩能够在夹持环安装孔内旋转。

在本申请一优选实施方式中，所述压紧组件包括顶丝、挡块、压紧弹簧及压杆，其中：

压杆的主体为长圆杆结构，下端带压紧钩，压杆通过夹持环下翻边上的通孔，在两个翻边之间，将压紧弹簧、挡块依次串装到压杆上，并将挡块固定在压杆上，同时使压杆顶端插入夹持环上侧的压杆孔内预定长度；压杆孔上段为一段螺纹，将带螺纹的顶丝拧入该螺纹，直至顶丝压紧压杆，继续拧紧顶丝，使压杆上的挡块离开上翻边端面预定距离。

在本申请一优选实施方式中，所述挡块的侧边具有两个与压杆轴线平行的阻挡平面，并且两个阻挡平面互相垂直，其中，当旋转压杆，使挡块上的一个阻挡平面与夹持环贴合，以使压杆上的压紧钩指向中心方向，处于压紧状态，此时继续拧顶丝，受挡块的阻挡平面阻挡，压杆不能继续旋转；当松开顶丝时，反向旋转压杆，使压紧钩与直径方向垂直，挡块的另一个阻挡平面与夹持环贴紧，无法继续向该方向旋转。

本申请的螺栓预定位装置能够解决在加热后边安装边进行螺栓位置的调整，经常造成因调整时间过长，失去加热效果而需要重新加热装配的情况，且本申请的装置调整准确度高，可以保证一次性装配成功。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为现有技术的转轴与轴套位置关系示意图。

图2为现有技术的轴套安装至转轴上的过程示意图。

图3为本申请的取样装置示意图。

图4为本申请的模拟装置示意图。

图5为本申请的夹持装置示意图。

图6为本申请的取样装置组成结构示意图。

图7为本申请的取样装置使用过程示意图。

图8为本申请的模拟装置组成结构示意图。

图9为本申请的模拟装置使用过程示意图。

图10为本申请的夹持装置组成结构示意图。

图11为本申请的夹持装置使用过程示意图。

图12为本申请的压杆截面示意图。

图13为本申请的旋转钩结构示意图。

图14为本申请的转轴与轴套安装到位状态示意图。

附图标记：

1-转轴，11-第一过盈配合区域，12-第二过盈配合区域，13-小间隙配合孔，14-转轴轴线；

2-轴套，21-轴套法兰边，22-大间隙配合孔；

3-连接螺栓；

4-螺栓压装装置；

5-取样装置，51-模拟轴套，511-上法兰边，512-下法兰边，513-豁口，514-圆柱凸出边，52-浮动销，521-防转部，522-第一防转边，53-浮动销螺母；

6-模拟装置，61-模拟轴，611-模拟轴第一过盈配合区域，612-模拟轴第二过盈配合区域，613-模拟法兰，62-浮动套，621-防转平面，622-第二防转边，63-浮动套螺母，64-支腿，65-模拟装置把手；

7-夹持装置，71-夹持环，72-压紧组件，721-顶丝，722-挡块，7221-第一阻挡平面，7222-第二阻挡平面，723-压紧弹簧，724-压杆，73-拉紧组件，731-螺柱，732-螺柱螺母，733-拉紧弹簧，734-旋转钩，735-防转销，74-夹持装置把手。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了解决现有技术中，转轴1与轴套2通过连接螺栓3进行固定的过程中，连接螺栓3预装进大间隙配合孔22后，需要准确、高效地确定其位置，以保证安装轴套2时，连接螺栓3能够顺利的插入转轴1上的小间隙配合孔13中，同时避免在高温加热后，再对连接螺栓3进行位置调整，以降低操作者被烫伤的风险。

为此，本申请提供了一种螺栓预定位装置，大致过程上，首先对转轴1上的法兰安装边进行取样，模拟出转轴1上的小间隙配合孔13的位置，再根据模拟后的位置对轴套2上的大间隙配合孔22内的连接螺栓进行定位。位置确定后，使用弹性结构压紧连接螺栓，使之不再发生移动，并将压紧机构和轴套、螺栓等同时加热至规定温度，再完成轴套和连接螺栓的安装。

如图3至图5所示，本申请的螺栓预定位装置主要包括取样装置5、模拟装置6和夹持装置7。其中，取样装置5用于实现对转轴法兰边上小间隙螺栓孔的位置进行取样；模拟装置6根据取样结果，模拟出小间隙螺栓孔的位置，并通过模拟后的位置，对轴套上的大间隙螺栓孔进行定位；螺栓定位后，通过夹持装置7对螺栓进行规定，并在夹持状态下，对轴套进行加热，之后将轴套安装到轴上。

如图6和图7所示，取样装置5主要由模拟轴套51、浮动销52及浮动销螺母53构成。

模拟轴套51用于模拟真实的轴套2，但与转轴1的配合尺寸略大于真实的轴套2，确保模拟轴套51与转轴1之间为小间隙配合，安装模拟轴套51时不必加热，同时又不影响定位的精确度。

模拟轴套51的下端具有下法兰边512，下法兰边512的安装孔位置模拟真实轴套2的轴套法兰边21，同时直径等于或大于真实轴套2的螺栓孔尺寸，从而保证螺栓孔为大间隙配合。模拟轴套51的上端为上法兰边511，上法兰边511上具有豁口513，方便浮动销52的拿取，同时上法兰边511上的豁口513与下法兰边512的安装孔对正，保证一字螺丝刀可以顺利到达安装孔位置。

浮动销52的数量与轴套2上的螺栓孔(即大间隙配合孔22)数量一致。其中，浮动销52为三段圆柱结构，即两端细、中间粗，其下端为带尖端的长销结构，其直径模拟真实轴套固定螺栓的直径，上端为螺纹结构，用于操作过程中对浮动销52的固定，中部为直径较大的短圆柱，短圆柱结构形成防转部521以实现浮动销52的轴向定位，防转部521的短圆柱面去除一部分去除材料形成第一防转边522。

浮动销螺母53的外扩为正六边形柱面，一端为螺纹孔，另一端开一字槽。

使用时，先将浮动销52和浮动销螺母53依次安装到模拟轴套51的下法兰边512的安装孔上，浮动销52中部的第一防转边522朝向模拟轴套51的中心，第一防转边522受模拟轴套51下端的圆柱凸出边514阻挡，不能转动。浮动销52的螺纹段与浮动销螺母53的螺纹孔配合，由于浮动销52已不能转动，拧转浮动销螺母53，即可实现二者的螺纹连接。浮动销52与安装孔完全模拟真实的轴套2和连接螺栓3的尺寸，二者的配合为大间隙配合，在浮动销螺母53完全拧紧前，浮动销52可以在安装孔内平移。为保证浮动销52可以活动，浮动销52与浮动销螺母53连接后不完全拧紧。

将组装后的模拟轴套51安装到转轴1上，使浮动销52与转轴法兰边的螺栓孔基本对正，浮动销52的尖端远小于螺栓孔直径，在销孔中心与螺栓孔中心有偏差时仍然可以保证尖端插入转轴1上的螺栓孔内，继续向下安装模拟轴套51，已进入螺栓孔的尖端圆锥面可以起到引导作用，引导未完全固定的浮动销52找正并顺利插入螺栓孔(若因偏离太多，尖端无法完成引导，也可以由操作者拨动浮动销52完成找正。模拟轴套51为小间隙配合，不必加热，操作者不存在烫伤风险，不必戴厚重的隔手套，操作更方便灵活)。模拟轴套51安装到位后，浮动销52均已顺利插入转轴上的螺栓孔，此时浮动销52的位置分布与转轴1上的螺栓孔完全一致，并且受第一防转边522作用，浮动销52不能转动，用螺丝刀通过模拟轴套51上的豁口，将浮动销螺母53彻底拧紧，浮动销52完全固定不再移动。

如图8和图9所示，模拟装置6主要由模拟轴61、浮动套62、浮动套螺母63、支腿64及模拟装置把手65构成。

模拟轴61的外廓尺寸模拟真实的转轴1，一端为模拟法兰边613，模拟法兰边613的安装孔位置模拟真实转轴1上的螺栓孔位置，模拟轴61的中部和上部具有模拟轴第一过盈配合区域611和模拟轴第二过盈配合区域612。

浮动套62的数量与轴套2上的螺栓孔数量一致。浮动套62为带中心孔的螺栓结构，主体为螺纹轴，螺纹轴的直径依据模拟轴61的下法兰边安装孔的直径设计，二者为大间隙配合。螺纹轴尾部为直径大于螺纹轴的圆柱，起到轴向定位作用，并设置有防转平面621，防转平面621的侧边为第二防转边622，防转方式与浮动销52相同。浮动套62的中心孔直径依据取样装置5中的浮动销52进行设计，二者为高精密度的间隙配合。

浮动套螺母63为普通的六角形螺母，与浮动套62上螺纹部位的螺纹配合，实现浮动套62的固定。

支腿64起到辅助支撑的作用，保证模拟装置6可以平放在操作平台上。

模拟装置把手65的作用为方便拿取模拟装置6。

使用时，首先将模拟装置6平放在操作平台上，将浮动套62的固定螺母松开至浮动套62可以在安装孔中自由平移的程度，不必将浮动套螺母63完全拆卸。

上述操作完成后，从真实转轴1上取下取样装置5，由于模拟轴61尺寸与真实转轴1相同，其与取样装置1的模拟轴套51为小间隙配合。将取样装置1的浮动销52与浮动套62基本对正，浮动销52的尖端远小于浮动套62的中心孔直径，在浮动套62中心与浮动销52中心有偏差时仍然可以保证尖端插入浮动套62孔内。此时浮动销52完全固定不能平移，但浮动套62与安装孔为大间隙配合，并且未完全固定，可以在安装孔内自由平移，继续向下安装模拟轴套51，已进入浮动套62孔内的浮动销52尖端圆锥面可以起到引导作用，引导未完全固定的浮动套62找正并顺利完成安装(若因偏离太多，尖端无法完成引导，也可以由操作者拨动浮动套62完成找正)。模拟轴套51安装到位后，浮动套62位置均已顺利调整为与浮动销52位置完全一致。在取样过程中，浮动销52的位置已经调整为与真实转轴1的螺栓孔一致并且完全固定，浮动套62与浮动销52之间配合为精密间隙配合，此时浮动套62的位置分布与真实转轴1上的螺栓孔也一致。受防转平面621的作用，浮动套62不能转动，用扳手将浮动套62的固定螺母完全拧紧，并将取样装置5从模拟轴61上移除，完成浮动套62的中心孔对真实转轴1上螺栓孔位置的模拟。

如图10所示，夹持装置7主要由夹持环71、拉紧组件73、压紧组件72、夹持装置把手74等构成。

夹持环71为两侧均有翻边的圆环，翻边上安装拉紧组件73、压紧组件72的需要布置相应的通孔及螺纹等机构。

拉紧组件73按需沿圆周均布若干个，压紧组件72按需预定位的螺栓的理论位置进行分布。

拉紧组件73包括螺柱731、螺柱螺母732、拉紧弹簧733及旋转钩734。旋转钩734主体为一端带盲孔的圆柱，圆柱的另一端为带薄钩边。螺柱731一端通过旋转钩734的盲孔，并固定在盲孔的底端。在盲孔和螺柱731之间布置拉紧弹簧733。旋转钩734、螺柱731及拉紧弹簧733整体从夹持环71的下侧翻边上的通孔内穿过，仅薄钩边留在下侧翻边之外不能通过，螺柱731继续穿过夹持环71的上翻边，并在夹持环71上方用螺柱螺母732固定，拧转螺柱螺母732，缩短螺柱731在上翻边以下的长度，使拉紧弹簧733压缩产生预紧力，同时旋转钩734上端面与上翻边保持一定距离，组装完成后，旋转钩734可以在夹持环71安装孔内旋转。

如图13所示，在薄钩边两侧的夹持环翻边上设置两个防转销735，保证旋转钩734只能在90°范围内旋转，将薄钩边旋转至指向中心的位置，拧紧螺柱螺母732，使拉紧弹簧733拉紧，这时受阻挡销作用，旋转钩边不随螺柱螺母转动，从而避免拧转螺柱螺母造成钩边位置变化，将钩边反向旋转90°，使钩边与直径方向垂直状态时，钩边受另一个阻挡销作用，不能继续旋转，此时继续松开螺柱螺母732，松开拉紧弹簧733，钩边不会随螺母旋转。

压紧组件72包括顶丝721、挡块722、压紧弹簧723及压杆724。压杆724的主体为长圆杆结构，下端带压紧钩。压杆724通过夹持环71下翻边上的通孔，在两个翻边之间，将压紧弹簧723、挡块722依次串装到压杆724上，并将挡块722固定在压杆724上，同时使压杆724顶端插入夹持环71上侧的压杆孔内一段长度。压杆孔上段为一段螺纹，将带螺纹的顶丝721拧入该螺纹，直至顶丝压紧压杆724，继续拧紧顶丝721，使压杆724上的挡块722离开上翻边端面一定距离。

如图12，挡块722的侧边具有两个与压杆轴线平行的阻挡平面7221、7222，并且两个阻挡平面互相垂直，当旋转压杆724，使挡块722上的一个阻挡平面7222与夹持环71贴合，此时压杆724上的压紧钩指向中心方向，处于压紧状态，此时继续拧顶丝721，受挡块的阻挡平面阻挡，压杆724不能继续旋转，从而保证压杆始终压紧螺栓。当松开顶丝时，反向旋转压杆，使压紧钩与直径方向垂直，此时挡块的另一个阻挡平面7221与夹持环71贴紧，无法继续向该方向旋转。

夹持装置把手74设置在夹持环71上，其作用为方便夹持装置7的的拿取。

如图14，使用夹持装置7前，首先将轴套2安装到模拟装置6的模拟轴61上，使轴套2上的螺栓孔与浮动套62的中心孔对正，再将需要安装的螺栓穿过模拟轴螺栓孔插入浮动套62的中心孔。由于浮动套62的位置已调整至与转轴1的螺栓孔位置一致，则此时螺栓的位置均为正确位置。将夹持装置7的压杆压紧钩、拉紧组件的旋转钩均旋转至与直径垂直的方向，将夹持装置7安装到轴套2上。旋转拉紧组件73的旋转钩734，使其指向中心，则其钩边卡入轴套2的槽内，拧转拉紧组件73的螺母，使拉紧弹簧733压缩，夹紧轴套；旋转压紧组件72的压杆724，使压紧钩指向中心，拧转顶丝，压缩弹簧，使压杆压住螺栓头部。

将固定后的夹持装置和轴套同时放入加温设备中加热，加温过程中，各零件均由于热胀冷缩而发生尺寸变化，如图9中的b尺寸。由于拧紧后，两个弹簧都被压缩，有足够的弹性预紧力，并且拉紧弹簧的预紧力是使压杆向下，即b相对增大的方向，而拉紧弹簧的预紧力是旋转钩向下，即b相对减小的方向，因此无法夹持装置的b尺寸和轴套的b尺寸如何变化，均能保证螺栓在弹簧的预紧力下保持压紧。

加热完成后，将轴套和夹持装置从加温设备中取出，直接将轴套安装到转轴上即可。在螺栓的螺纹上安装螺母固定。轴套冷却后，松开拉紧组件的螺母，将旋转钩从轴套的环槽内转出，同时松开压紧组件72的顶丝，向上提起夹持装置一定距离后，旋转压杆至与直径垂直，取出夹持装置，完成轴套与螺栓的安装。

本申请的螺栓预定位装置具有如下优点：

1)提升效率，原方案中在加热后边安装边进行螺栓位置的调整，经常造成因调整时间过长，失去加热效果而需要重新加热装配的情况。本方案位置调整准确度高，可以保证一次性装配成功。

2)在加热前即完成位置调整，大大降低了操作者被烫伤的风险。

3)降低了对轴的状态需求，原方案中轴必需在垂直向上的状态方可装配，本方案中，轴可以与水平面成任何角度。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。