一种叶片加载装置、槽间垫片加载装置与减振试验器的制作方法

本发明涉及一种加载装置和试验器，特别涉及一种叶片加载装置、槽间垫片加载装置与减振试验器，属于航空航天技术领域。

背景技术：

在航空发动机中，通过在风扇叶片的榫头与轮盘的榫槽之间的间隙插入一个槽间垫片，可以吸收冲击载荷的部分能量，有一定的减振作用，在先进高涵道比涡扇发动机如CFM56-7、GE90中均有应用。

然而国内外鲜有公开文献涉及槽间垫片减振效果的试验研究，因此目前对槽间垫片的减振效果影响规律尚不明确，这为槽间垫片在航空发动机中的应用带来了很大障碍。槽间垫片属于新型结构，需要设计一种风扇叶片槽间垫片加载装置与减振试验器。

另一方面，发动机工作时，风扇叶片与槽间垫片均按照工作转速绕轴转动，均会受到离心力作用，但由于风扇叶片与槽间垫片质量相差较大，因此它们受到的离心力也相差较大，但风扇叶片受到的离心力与槽间垫片的离心力均由转速唯一确定，具有一一对应的关系。为了准确模拟发动机真实的工作状态，并且可以研究不同工作转速情况下槽间垫片的减振效果，因此必须要对叶片和槽间垫片分别施加大小可调、数值可预测的载荷。这为风扇叶片槽间垫片减振试验器的设计提出了巨大挑战。

现有的用于叶片的减振试验装置，只能对叶片施加载荷模拟离心力的作用，不具有对叶片和槽间垫片分别施加大小可调、数值可预测的载荷的能力。本发明的目的是设计一种能够同时准确对叶片和槽间垫片施加大小不同的载荷的加载装置以及叶片的减振特性试验器。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种叶片加载装置、槽间垫片加载装置与减振试验器，解决背景技术中提出的技术问题，可以模拟风扇叶片和槽间垫片的真实受力状态，用于研究槽间垫片对叶片在外界激励作用下的振动响应的影响规律。

本发明采用的技术方案是：

一种叶片加载装置，包括叶片、支架、横梁、滑道板、加载梁、螺钉定位块、安装块、拉力传感器、#1号顶紧螺钉、定位衬套和可拆卸式连接；

所述叶片的叶根部位在两侧各有一个伸出端，所述定位衬套有四个，可以在穿在叶片的伸出端上且自如移动；

所述支架可以被#2号安装螺钉固定到实验台上；所述横梁有两个，沿着长度方向开有槽，可被螺钉定位块固定到支架上，所述滑道板有四个，可以在横梁上移动，也可被#3号安装螺钉固定在横梁的槽任意位置，所述加载梁有两个，所述滑道板中间有孔可供所述加载梁从中穿过，且所述加载梁可在所述滑道板的孔中上下移动，所述#1号顶紧螺钉有四个，可以穿过所述横梁的槽和滑道板底部中间的螺纹孔，顶在所述加载梁上；

所述螺钉定位块和安装块中间有孔，可以穿在加载梁上并自由地移动，所述安装块可以与所述拉力传感器连接，所述拉力传感器通过可拆卸式连接到所述叶片的伸出端。

一种槽间垫片加载装置，包括基座、底座、垫块、#2号顶紧螺钉、钢板；

所述基座中间开有槽，槽的上半部分与真实轮盘的榫槽形状一致，下半部分留有足够的空间便于对槽间垫片施加载荷；

所述底座和垫块可以被螺栓一起固定在实验台上，所述基座可以被螺钉固定到底座上，所述传力机构安装在所述基座的槽的下半部分且可在槽的下半部分上下移动，所述底座中间开有孔可供所述#2号顶紧螺钉穿过，所述基座底部开有螺纹孔可供所述#2号顶紧螺钉穿过顶在所述钢板上，所述钢板可以把#2号顶紧螺钉的顶紧力传递给槽间垫片。

一种减振试验器，包括上述叶片加载装置和上述槽间垫片加载装置，

所述叶片可装入所述基座中，与所述基座的槽的上半部分构成间隙配合；

所述叶片受到的拉力可以通过拧所述#1号顶紧螺钉调节，拉力大小可以由所述拉力传感器读取；

槽间垫片受到的顶紧力可以通过改变所述#2号顶紧螺钉的拧紧力矩调节，顶紧力大小可以由拧紧力矩换算得到。

本发明的有益效果在于：

本发明的风扇叶片槽间垫片减振试验器，结构简单，安装和拆卸方便，通过叶片加载装置和槽间垫片加载装置分别准确模拟风扇叶片和槽间垫片受到的离心载荷，可以用于测试在各种不同转速下，槽间垫片对叶片的减振效果。

附图说明

图1是航空发动机风扇叶片与槽间垫片装配示意图。

图2是本发明实施例的结构图。

图3是图2中叶盘连接结构示意图。

图4是图2中叶片加载装置的结构示意图。

图5是图2中槽间垫片加载装置的结构示意图。

图6是图2中槽间垫片加载装置的结构示意图(从底部观看)。

图中a.航空发动机的风扇叶片b.槽间垫片c.轮盘；

1.叶片，2.基座，3.槽间垫片(试验件)，4.钢板，5.底座，6.垫块，7.#2号顶紧螺钉，8.#1号安装螺钉，9.螺栓，10.螺母，11.支架，12.横梁，13.滑道板，14.加载梁，15.螺钉定位块，16.#2号安装螺钉，17.安装块，18.拉力传感器，19.吊钩，20.钢丝绳，21.#1号顶紧螺钉，22.#3号安装螺钉，23.定位衬套，24.#4号安装螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

结合图2～6说明本实施例。本发明提供一种叶片槽间垫片减振试验器，包括带有伸出端的叶片1、模拟真实轮盘的榫槽的基座2、钢板4、槽间垫片3、支架11、横梁12、滑道板13、加载梁14、螺钉定位块15、安装块17、拉力传感器18、可拆卸连接、定位衬套23、底座5、垫块6、#1号顶紧螺钉21、#2号顶紧螺钉7和必要的螺纹连接(#1号安装螺钉8、螺栓9、螺钉定位块15、#2号安装螺钉16、#3号安装螺钉22和#4号安装螺钉24)。

其中，叶片1、支架11、横梁12、滑道板13、加载梁14、螺钉定位块15、安装块17、拉力传感器18、#1号顶紧螺钉21和可拆卸式连接组成了叶片加载装置。

叶片根部的榫头段向两端伸出一定的长度，方便施加拉力。横梁12上与滑道板13相适应的位置开有槽，滑道板13可以在横梁12上侧向移动，#3号安装螺钉22可以固定滑道板13的位置。定位块15、安装块17均可在加载梁14上移动，拧紧螺钉定位块15上的#2号安装螺钉16可以固定定位块15的位置。本实例中螺钉定位块15与拉力传感器18通过螺纹连接，可选地，螺钉定位块15下方可以设计成与拉力传感器18相适应的连接部件。采用可拆卸式连接将拉力传感器18和叶片1的伸出端连接起来，定位衬套23可以在叶片1伸出端移动，通过#4号安装螺钉24可以限定可拆卸式连接的位置。

需要说明的是，可拆卸式连接可以为多种，本实施例中优先采用通过吊钩19和钢丝绳20连接。吊钩和钢丝绳均为标准件，成本低廉，易于获取。可选地，用弹簧代替钢丝绳20，降低连接的刚性，更易连续调节叶片1所受的拉力。

基座2中间开有槽，槽的上半部分与真实轮盘的榫槽形状一致，下半部分留有足够的空间便于对槽间垫片3施加载荷。#2号顶紧螺钉7被拧紧时的顶紧力可以模拟槽间垫片3所受的离心力，钢板4将#2号顶紧螺钉7的顶紧力传递给槽间垫片3。通过改变#2号顶紧螺钉7的拧紧力矩可以改变槽间垫片3所受顶紧力大小。螺钉的拧紧力矩与顶紧力间存在换算关系：

T＝K·P₀·d·10^-3 (1)

式中，T为拧紧力矩，K为拧紧力系数(与材料的表面状态及硬度有关)，P₀为螺钉作用在槽间垫片上的顶紧力，d为螺钉公称直径。

本实施例的具体工作过程如下：

将基座2通过#1号安装螺钉8固定到底座上，而底座通过螺栓9和螺母10被固定到实验台上，底座与试验台之间有垫块6，通过调整垫块6的厚度以提供足够的空间调节螺钉7的拧紧力矩。

将钢板4、槽间垫片3和叶片1依次装入基座2的槽中。根据给定的工作转速求出槽间垫片3受到的离心力大小，将槽间垫片3的离心力换算为#2号顶紧螺钉7的拧紧力矩，然后通过力矩扳手将#2号顶紧螺钉7的拧紧力矩调至指定值。

支架11被四个#2号安装螺钉16固定在实验台上，横梁12被四个螺钉定位块15固定在支架上，按照图4所示安装滑道板13、加载梁14、螺钉定位块15、安装块17和拉力传感器18，通过可拆卸式连接将安装在加载梁上的拉力传感器18与叶片1的伸出端连接起来，调整滑道板13与螺钉定位块15的位置保证钢丝绳20处于竖直状态，然后拧紧#2号安装螺钉16、#3号安装螺钉22和#4号安装螺钉24。根据给定的工作转速求出叶片1受到的离心力大小，然后根据拉力传感器的示数调节#1号顶紧螺钉21直至叶片1受到的拉力等于离心力大小。

此时槽间垫片与叶片受到的力与在实际工作状态下受到的离心力相当，试验器设置完成，即可应用于研究槽间垫片对叶片在外界激励作用下的振动响应的影响规律。当研究的转速变化时，重复以上过程重新设置试验器再进行试验。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。