一种大尺寸分体式复合材料螺旋桨组装工装及组装方法与流程

1.本发明属于复合材料螺旋桨技术领域，具体涉及一种大尺寸分体式复合材料螺旋桨桨叶、桨毂组装工装和具体组装方法。


背景技术：

2.目前，市场上常规金属螺旋桨都采用整体成型制造，以保证整体的质量和性能。而对于大尺寸螺旋来说，整体式制造难度非常大。因金属桨叶质量很重，其转动质量惯性很大，若采用金属桨毂和金属桨叶分体式制造后组装的方式，则其组装后的连接可靠性存在较大的技术风险。
3.伴随着螺旋桨行业的快速发展，金属螺旋桨难以满足更高的减重、推进效率和减振降噪要求。复合材料螺旋桨因其减重显著、推进效率高和减振降噪明显等优异性能，将成为未来螺旋桨行业发展的必然趋势。对于大尺寸复合材料螺旋桨而言，同样受制于大尺寸复杂结构复合材料制造技术的先进性和成熟度限制，其分体式制造然后组装的方式将成为主流设计思路。
4.通常，大尺寸分体式复合材料螺旋桨因桨毂和桨叶的连接形式不同，其组装方式也不同，因其结构尺寸和重量都较大，故需要进行与组装方式相匹配的专用工装设计，在保证整个组装过程顺利完成的同时，进一步充分保证整体组装的精度。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于针对桨毂与桨叶叶根采用燕尾榫卯装配连接形式的大尺寸分体式复合材料螺旋桨，提供一种大尺寸分体式复合材料螺旋桨的组装工装及组装方法，解决该结构形式复合材料螺旋桨桨毂和桨叶的组装问题和组装工装问题，在保证组装过程顺利高效完成的同时，也能保证组装后复合材料螺旋桨整体的精度，以及组装后整体强度及其它性能的可靠性。
6.本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
7.一种大尺寸分体式复合材料螺旋桨组装工装，包括主体平台、底部支撑圆盘、桨叶定位调节环、叶片支撑调节活块与叶根支撑调节活块；
8.所述主体平台中部设置孔径不小于桨毂外径的操作预留圆孔；
9.所述底部支撑圆盘的直径不小于操作预留圆孔的孔径，底部支撑圆盘布置于操作预留圆孔下方并通过可拆卸的方式固定安装于主体平台的下表面；
10.所述桨叶定位调节环的外环直径与桨毂外直径一致，位于所述操作预留圆孔内并置于所述底部支撑圆盘上；
11.所述叶片支撑调节活块与叶根支撑调节活块的数量均与分体式复合材料螺旋桨的桨叶数量一致，设为n，n个叶根支撑调节活块沿所述操作预留圆孔外圈呈周向分布，并安装于主体平台的上表面，n个叶片支撑调节活块沿所述叶根支撑调节活块外圈呈周向分布，并安装于主体平台的上表面，叶片支撑调节活块与叶根支撑调节活块一一对应，分别用于
支撑同一桨叶的叶片与叶根；
12.所述叶片支撑调节活块的上表面为第一叶片接触面，与桨叶的叶片随形；叶片支撑调节活块上设有高度调节装置，用于调节叶片支撑调节活块的高度，保证对桨叶的支撑；
13.所述叶根支撑调节活块的上表面为第二叶片接触面，与桨叶的叶片随形；叶根支撑调节活块的侧面设置可沿径向移动的顶撑装置，顶撑装置内侧面与桨叶的叶根随形，用于向叶根外环面施加径向力以对桨叶位置进行微调，并对桨叶进行支撑。
14.上述方案中，所述高度调节装置为安装于所述叶片支撑调节活块上并沿竖直方向布置的高度调节螺栓。
15.上述方案中，所述顶撑装置包括同轴设置并相连的环向调节顶块和环向调节螺栓，所述环向调节顶块位于所述叶根支撑调节活块的内侧，所述环向调节螺栓位于所述叶根支撑调节活块的外侧。
16.上述方案中，所述叶根支撑调节活块的内环面与桨叶的叶根外环面随形，且二者之间预留0-40mm环向间隙。
17.上述方案中，所述叶片支撑调节活块在主体平台上的安装位置在桨叶0.3r至0.8r之间。
18.上述方案中，所述叶片支撑调节活块的叶片接触面底部设有第一限位卡槽，所述叶根支撑调节活块的叶片接触面底部设有第二限位卡槽。
19.上述方案中，所述桨叶定位调节环内部安装可拆卸的吊装吊环。
20.上述方案中，还包括主体支架，所述主体平台固定安装于主体支架的上端；主体支架和主体平台的承载能力满足组装要求，承载重量至少为1.5倍螺旋桨质量及以上。
21.上述方案中，所述桨叶定位调节环的轴向长度小于桨叶叶根的轴向长度。
22.相应的，本发明还提出一种大尺寸分体式复合材料螺旋桨组装方法，所述大尺寸分体式复合材料螺旋桨的桨叶包括叶片和叶根，叶根内环面与桨毂外环面装配连接，该组装方法采用上述大尺寸分体式复合材料螺旋桨组装工装进行，包括以下步骤：
23.s1、组装工装的安装准备：包括主体平台的调平处理，底部支撑圆盘、叶片定位调节活块、叶根支撑调节活块的安装；
24.s2、桨叶的逐一安装与初步定位：
25.s2.1、将第一个桨叶缓慢吊装至主体平台，并置于其中一组叶根支撑调节活块与叶片定位调节活块上，使叶根与叶根支撑调节活块内侧接触，然后调节叶片定位调节活块的高度进行支撑；
26.s2.2、依次完成所有桨叶的初步组装；
27.s3、所有桨叶精准定位：
28.s3.1、将桨叶定位调节环缓慢吊装至操作预留圆孔内，直至底部支撑圆盘上；
29.s3.2、调节叶根定位活块的顶撑装置，使顶撑装置内侧面顶住对应的叶根，且叶根内侧面顶住桨叶定位调节环；同时联动调节调节叶片支撑调节活块的高度调节装置，保证桨叶的水平度和相对位置的准确性；
30.s4、组装桨毂：将桨毂吊装至桨叶上方，沿着桨叶叶根内侧的燕尾导轨缓慢向下移动，直至与桨叶定位调节环的上端接触；
31.s5、先吊住桨叶定位调节环，然后从主体支架下方拆除底部支撑圆环；
32.s6、缓慢下放桨叶定位调节环，并轻轻敲打桨毂上端，逐步将桨毂组装至上端与叶根上端距离为0至50mm的间隙；
33.s7、拆除桨叶定位调节环；
34.s8、完成桨毂和桨叶连接螺栓的固定，即组装到位。
35.本发明的有益效果在于：
36.1、本发明针对特定结构形式(桨毂与桨叶叶根采用燕尾榫卯装配连接)的大尺寸分体式复合材料螺旋桨所设计的组装工装及相应的组装方法，通过叶片支撑调节活块、叶根支撑调节活块、桨叶定位调节环的联动调节，保证组装的精准度。其中，叶根支撑调节活块的作用在于：初步支撑并固定桨叶；并通过其上设置的顶撑装置对桨叶位置进行微调，并进行支撑。叶片支撑调节活块的作用在于：进一步支撑桨叶，保持平衡；并通过其上设置的高度调节装置调节活块高度，保证对桨叶的支撑。桨叶定位调节环的作用在于：精准定位各桨叶之间的相对位置；与叶根支撑调节活块共同完成所有桨叶的最终固定。
37.2、本发明组装工装的结构形式简单、材料容易获得，使得工装的制作成本低、组装操作难度小。
38.3、本发明解决了大型分体式螺旋桨的实际组装操作难题，完成组装的螺旋桨性能能够满足使用要求。
39.4、本发明特别适用于多桨叶(≥5片)的大型分体式螺旋桨的组装。
附图说明
40.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
41.图1是本发明大尺寸分体式复合材料螺旋桨组装工装的整体结构图；
42.图2是图1所示组装工装的主体平台与主体支架的结构图；
43.图3是图1所示组装工装的底部支撑圆盘的结构图；
44.图4是图3所示底部支撑圆盘的安装示意图；
45.图5是图1所示组装工装的桨叶定位调节环的结构图；
46.图6是图1所示组装工装的叶片支撑调节活块的结构图；
47.图7是图1所示组装工装的叶根支撑调节活块的结构图；
48.图8是图7所示叶根支撑调节活块的另一角度的结构图；
49.图9是本发明组装方法中步骤s2的示意图；
50.图10是本发明组装方法中步骤s3的示意图；
51.图11是本发明组装方法中步骤s4的示意图。
52.图中：10、主体平台；11、叶片活块安装孔；12、叶根活块安装孔；13、操作预留圆孔；14、连接固定螺孔；
53.20、底部支撑圆盘；21、与主体平台连接孔；22、镂空处理孔；
54.30、桨叶定位调节环；31、吊环；
55.40、叶片支撑调节活块；41、第一叶片接触面；42、高度调节螺栓；43、固定螺孔；44、固定螺栓；45、第一限位卡槽；
56.50、叶根支撑调节活块；51、第二叶片接触面；52、叶根接触面；53、环向调节顶块；54、环向调节螺栓；55、活块固定螺孔；56、第二限位卡槽；
57.60、主体支架；
58.210、桨叶；211、叶片；212、叶根；2121、燕尾凸台；220、桨毂；221、燕尾槽。
具体实施方式
59.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
60.如图1所示，为本发明实施例提供的一种大尺寸分体式复合材料螺旋桨组装工装，包括主体平台10、主体支架60、底部支撑圆盘20、桨叶定位调节环30、叶片支撑调节活块40与叶根支撑调节活块50，主体平台10为螺旋桨的安装平台，主体平台10安装于主体支架60上，底部支撑圆盘20、桨叶定位调节环30、叶片支撑调节活块40与叶根支撑调节活块50均安装于主体平台10上。
61.如图2所示，主体平台10中部设置孔径略大于桨毂外径的操作预留圆孔13；操作预留圆孔13外圈沿周向均匀设置叶根活块安装孔12，叶根活块安装孔12外圈沿周向均匀设置叶片活块安装孔11。主体平台10上表面和下表面的平整度在2mm范围以内。主体支架60四周进行格栅化处理，且在四侧各预留一个方便进出操作的人孔。主体支架60和主体平台10的承载能力满足组装要求，承载重量至少为1.5倍螺旋桨质量及以上。主体平台10和主体支架60通过连接固定螺孔14和对应螺栓完成连接，主体支架60和主体平台10固定后的水平度为5mm以内。
62.如图3-4所示，底部支撑圆盘20的直径略大于操作预留圆孔13的孔径，底部支撑圆盘20布置于操作预留圆孔13下方并通过与主体平台连接孔21与对应螺栓连接的方式固定安装于主体平台10的下表面。底部支撑圆盘20上还设有镂空处理孔22，用于减轻装置质量。
63.如图5所示，桨叶定位调节环30的外环直径与桨毂外直径一致，桨叶定位调节环30的轴向长度小于桨叶叶根的轴向长度。组装过程中，桨叶定位调节环30位于操作预留圆孔13内并置于底部支撑圆盘20上。桨叶定位调节环30的内环内侧安装可拆卸的吊装吊环31，吊环数量2至4个。
64.叶片支撑调节活块40与叶根支撑调节活块50的数量均与分体式复合材料螺旋桨的桨叶数量一致，设为n(本实施例中n＝7)，n个叶根支撑调节活块50通过叶根活块安装孔12及对应螺栓安装于主体平台10的上表面，n个叶片支撑调节活块40通过叶片活块安装孔11及对应螺栓安装于主体平台10的上表面，叶片支撑调节活块40与叶根支撑调节活块50一一对应，分别用于支撑同一桨叶的叶片与叶根。
65.如图6所示，叶片支撑调节活块40的上表面为第一叶片接触面41，与桨叶的叶片随形；第一叶片接触面41底部设有第一限位卡槽45。叶片支撑调节活块40在主体平台10上的安装位置在桨叶0.3r至0.8r之间，r是指螺旋桨的半径。叶片支撑调节活块40上设有高度调节装置，用于调节叶片支撑调节活块40的高度，保证对桨叶的支撑，具体的，高度调节装置为安装于叶片支撑调节活块40上并沿竖直方向布置的高度调节螺栓，叶片支撑调节活块40上设置对应的螺栓顶孔。叶片支撑调节活块40上设置与叶片活块安装孔11对应的固定螺孔43，通过固定螺栓44与主体平台10实现连接。
66.如图7-8所示，叶根支撑调节活块50的上表面为第二叶片接触面51，与桨叶的叶片随形；叶根支撑调节活块50的第二叶片接触面51底部设有第二限位卡槽56。叶根支撑调节
活块50的内环面为叶根接触面52，与桨叶的叶根外环面随形。叶根支撑调节活块50的内环面与桨叶叶根之间预留0-40mm环向间隙。叶根支撑调节活块50的侧面设置可沿径向移动的顶撑装置，顶撑装置内侧面与桨叶的叶根随形，用于向叶根外环面施加径向力以对桨叶位置进行微调，并对桨叶进行支撑。具体的，顶撑装置包括同轴设置并相连的环向调节顶块53和环向调节螺栓54，环向调节顶块53位于叶根支撑调节活块50的内侧，环向调节螺栓54位于叶根支撑调节活块50的外侧。每个叶根支撑调节活块50上的环向调节顶块53可分块设计或者整体设计，本实施例中，环向调节顶块53分三块设计，每个分块的叶根接触面分别与叶根随形。叶根支撑调节活块50的底面设置与叶根活块安装孔12对应的活块固定螺孔55，通过螺栓完成与主体平台10的固定连接。
67.进一步优化，主体支架60、主体平台10、叶片支撑调节活块40、叶根支撑调节活块50和桨叶定位调节环30材质为常规金属钢材、铝合金和铁中的一种或者多种；底部支撑圆盘20为常规钢材、铝合金、铁或者增强pp板、增强pe板等塑料板中的一种。
68.本发明组装工装中，叶根支撑调节活块50的作用在于：初步支撑并固定桨叶；并通过其上设置的顶撑装置对桨叶位置进行微调，并进行支撑。叶片支撑调节活块40的作用在于：进一步支撑桨叶，保持平衡；并通过其上设置的高度调节装置调节活块高度，保证对桨叶的支撑。桨叶定位调节环30的作用在于：精准定位各桨叶之间的相对位置；与叶根支撑调节活块50共同完成所有桨叶的最终固定。
69.相应的，本发明还提出一种大尺寸分体式复合材料螺旋桨组装方法，该方法的组装对象为大尺寸分体式复合材料螺旋桨，其桨叶210包括叶片211和叶根212，叶根212的内环面设有燕尾凸台2121，桨毂220外环面设有燕尾槽221，叶根212与桨毂220通过燕尾凸台2121与燕尾槽221实现装配连接，该组装方法采用上述大尺寸分体式复合材料螺旋桨组装工装进行，包括以下步骤：
70.s1、组装工装的安装准备：
71.s1.1、完成主体支架60和主体平台10的安装，并完成整个平台的水平调平处理；
72.s1.2、完成底部支撑圆盘20的安装；
73.s1.3、完成叶片支撑调节活块40的安装；
74.s1.4、完成叶根支撑调节活块50的安装。
75.s2、桨叶的逐一安装与初步定位：
76.s2.1、将第一个桨叶缓慢吊装至主体平台10，并置于其中一组叶根支撑调节活块50与叶片定位调节活块上，使叶根与叶根支撑调节活块50内侧接触，然后调节叶片定位调节活块的高度进行支撑；
77.s2.2、依次完成所有桨叶的初步组装；组装过程参见图9。
78.s3、所有桨叶精准定位：
79.s3.1、将桨叶定位调节环30缓慢吊装至操作预留圆孔13内，直至底部支撑圆盘20上；若未到达底部支撑圆盘20位置，则通过调节所有叶根支撑调节活块50上的环向调节螺栓54，然后用木锤轻轻敲打，促使桨叶定位调节环30与底部支撑圆盘20接触；
80.s3.2、调节叶根定位活块的环向调节螺栓54，使环向调节顶块53顶住对应的叶根，且叶根内侧面顶住桨叶定位调节环30；同时联动调节调节叶片支撑调节活块40的高度调节装置，保证桨叶的水平度和相对位置的准确性；确保环向调节顶块53与叶根外侧紧密接触，
叶根内侧与桨叶定位调节环30紧密接触后，即完成所有桨叶的精准定位；组装过程参见图10。
81.s4、组装桨毂：将桨毂吊装至桨叶上方，沿着桨叶叶根内侧的燕尾导轨缓慢向下移动，直至与桨叶定位调节环30的上端接触，组装过程参见图11。
82.s5、先通过吊绳吊住桨叶定位调节环30，然后从主体支架60下方拆除底部支撑圆环。
83.s6、缓慢下放吊绳，并用木锤轻轻敲打桨毂上端，逐步将桨毂组装至上端与叶根上端距离为0至50mm的间隙；
84.s7、拆除桨叶定位调节环30；
85.s8、完成桨毂和桨叶连接螺栓的固定，即组装到位；
86.s9、桨叶与桨叶之间微小缝隙，通过填缝处理，即完成所有的组装。
87.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。