强度试验工装的制作方法

1.本实用新型涉及一种强度试验工装。


背景技术：

2.航空发动机中央传动齿轮箱机匣简称为igb机匣，是一种结构复杂、宏观尺寸相对较小的发动机零部件。对igb机匣进行强度试验需要同时施加多个机械载荷，igb机匣通常包括球轴承安装面和棒轴承安装面，对于球轴承侧，机械载荷包括径向载荷和轴向载荷，对于棒轴承侧，机械载荷包括径向载荷。
3.因涉及径向载荷与轴向载荷同时施加，需要考虑加载过程中不同方向载荷的解耦问题，而igb机匣结构复杂且内部空间狭小，难以将多方向载荷同时直接施加在igb机匣上，特别是对于需要径向加载和轴向加载的球轴承侧。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种用于igb机匣的强度试验工装，可以解决球轴承侧的径向载荷与轴向载荷同时施加过程中的载荷解耦问题。
5.本实用新型提供一种用于igb机匣的强度试验工装，所述igb机匣具有轴向和径向，并且在轴向的前端具有球轴承安装面，所述强度试验工装包括第一加载筒和加载杆，所述第一加载筒的后筒段插入所述igb机匣内并且通过关节轴承安装于所述球轴承安装面，所述第一加载筒的前筒段用于接收第一径向载荷，所述第一加载筒的后筒段内设置有半球形内表面和穿透所述半球形内表面的穿孔，所述加载杆沿轴向具有球头端和受力端，所述球头端具有朝向所述受力端外凸的半球形外表面，所述加载杆穿过所述穿孔，使得所述受力端位于所述第一加载筒外而接收轴向载荷，借此，所述加载杆的所述球头端被朝向所述受力端拉动，并且所述半球形外表面与所述半球形内表面接触配合。
6.在一个实施方式中，所述igb机匣在轴向的后端还具有棒轴承安装面；所述强度试验工装还包括第二加载筒，所述第二加载筒的前筒段插入所述igb机匣内并且通过关节轴承安装于所述棒轴承安装面，所述第二加载筒的后筒段用于接收第二径向载荷，所述第二加载筒的筒孔允许所述加载杆穿过。
7.在一个实施方式中，所述第一加载筒的后筒段内设置有沿轴向分布且相背设置的两个所述半球形内表面，所述穿孔连通两个所述半球形内表面。
8.在一个实施方式中，所述强度试验工装还包括具有第一轴向通孔的第一支座；所述第一加载筒穿过所述第一支座的所述第一轴向通孔，并且所述第一加载筒的中间筒段通过关节轴承支撑于所述第一支座。
9.在一个实施方式中，所述第一加载筒的后筒段设置有沿轴向分布的两个轴肩，所述关节轴承适配在所述两个轴肩之间。
10.在一个实施方式中，所述强度试验工装还包括第一作动器转接段，所述第一作动器转接段连接所述第一加载筒的前筒段，所述第一作动器转接段具有各自连接一个线性作
动器的两个转接臂，所述两个转接臂的延伸方向均垂直于轴向且彼此不同。
11.在一个实施方式中，所述第一作动器转接段通过关节轴承外装于所述第一加载筒的前筒段。
12.在一个实施方式中，所述强度试验工装还包括具有第二轴向通孔的第二支座；所述第二加载筒穿过所述第二支座的所述第二轴向通孔，并且所述第二加载筒的中间筒段通过关节轴承支撑于所述第二支座。
13.在一个实施方式中，所述强度试验工装还包括第二作动器转接段，所述第二作动器转接段连接所述第二加载筒的后筒段，所述第二作动器转接段具有各自连接一个线性作动器的两个转接臂，所述两个转接臂的延伸方向均垂直于轴向且彼此不同。
14.在一个实施方式中，所述第二作动器转接段通过关节轴承外装于所述第二加载筒的后筒段。
15.上述强度试验工装中，径向加载筒配合关节轴承施加径向载荷，径向加载筒内套球头加载杆，施加轴向载荷，可以实现igb机匣的径向载荷与轴向载荷的解耦加载，实现多重载荷的协调加载。而且，轴向加载杆穿设于径向加载筒，充分利用空间，适用于igb机匣狭小的内部空间。
附图说明
16.本实用新型的上述及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
17.图1是强度试验工装的立体图。
18.图2是强度实验工装的截面图。
19.图3是igb机匣内部的放大图。
20.图4是igb机匣的立体图。
21.图5是第一加载筒的后筒段的截面图。
22.图6是第一加载筒的立体图。
23.图7是加载杆的立体图。
24.图8是加载杆的球头端的截面图。
25.图9是第三作动器转接段的立体图。
26.图10是环板的立体图。
27.图11是第二加载筒的立体图。
28.图12是第一作动器转接段的立体图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。
30.例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一特征和第二特
征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。
31.图1和图2示出了用于igb机匣20的强度试验工装10的示例性总体构造，图3示出了igb机匣20附近的放大图。igb机匣20具有轴向x0和径向r0。igb机匣20在轴向x0的前端(图2中，左端)具有球轴承安装面201。igb机匣20在轴向x0的后端(图2中，右端)还具有棒轴承安装面202。图4示出了igb机匣20的示例性立体构造，其中，特别示出了igb机匣20的球轴承安装面201和棒轴承安装面202。在实际工况中，igb机匣20的球轴承安装面201和棒轴承安装面202可以用于安装球轴承和棒轴承。强度试验或刚度试验时，球轴承安装面201与棒轴承安装面202可以构成前后两个载荷加载面。
32.文中使用诸如“前”、“后”等等的空间关系词语来描述附图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系，可以理解，这些空间关系词仅是为了方便描述，并不意图限制实际的方位，而是可以包含使用中或操作中的元件或组件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。
33.结合图1至图3，强度试验工装10包括第一加载筒1和加载杆3。
34.第一加载筒1的后筒段13插入igb机匣20内并且通过关节轴承41安装于球轴承安装面201。第一加载筒1的前筒段11用于接收第一径向载荷fr1。第一加载筒1的后筒段13内设置有半球形内表面14和穿透半球形内表面14的穿孔15。可以理解，文中的“关节轴承”意指可传递轴向载荷也可传递径向载荷的轴承。
35.加载杆3沿轴向x0具有球头端31和受力端32。球头端31具有朝向受力端32外凸的半球形外表面311，加载杆3穿过穿孔15，使得受力端32位于第一加载筒1外而接收轴向载荷fx，借此，加载杆3的球头端31被朝向受力端32拉动，并且球头端31的半球形外表面311与第一加载筒1的后筒段13内的半球形内表面14接触配合。
36.径向加载的第一加载筒1内套轴向加载的加载杆3，通过半球形外表面311和半球形内表面14的球面配合以及关节轴承41，可以实现igb机匣20的球轴承侧的径向载荷与轴向载荷的解耦加载。而且，加载杆3穿入第一加载筒1内，结构紧凑，充分利用空间，特别适用于igb机匣20的内部空间狭小的情况。
37.图5和图6分别示出了第一加载筒1的后筒段13的示例内部构造和第一加载筒1的示例性立体构造。
38.图4的实施方式中，第一加载筒1的后筒段13内设置有沿轴向x0分布且相背设置的两个半球形内表面14(图4中，左侧半球形内表面141和右侧半球形内表面142)，穿孔15连通两个半球形内表面14。这样，加载杆3可以从第一加载筒1的前端或后端插入，球头端31的半球形外表面311可以与左侧半球形内表面141或右侧半球形内表面142接触，从而接收、施加方向相反的轴向载荷。
39.参见图2，第一加载筒1的后筒段13设置有沿轴向x0分布的两个轴肩131、132，关节轴承41适配在两个轴肩131、132之间。“轴肩”可以是直接设置在第一加载筒1的后筒段13上、向外凸出的凸部，诸如凸环的形式，与第一加载筒1的主体是一体的，例如轴肩131(可以参见图5)。“轴肩”也可以是通过第一加载筒1的后筒段13外接另一零件来形成，例如轴肩
132，轴肩132即是通过在第一加载筒1的后筒段13的轴端固定直径较大的环板6(参见图10)来形成。结合图2、图6和图10，第一加载筒1的后筒段13的轴端135可以周向均布有多个螺孔136，而环板6对应地周向均布有多个通孔61，通过紧固件穿过通孔61而与螺孔136螺纹接合，即可将环板6固定到第一加载筒1的后筒段13，环板6的外围部分即可构成轴肩132。环板6还具有中心孔62，供加载杆3穿过。第一加载筒1的后筒段13的两个轴肩131、132(也即图中的轴肩131和环板6)与关节轴承41接触，可以分别作为关节轴承41两侧的轴向传力结构，传递轴向力并定位。
40.图示实施方式中，强度试验工装10还可以包括第二加载筒2。第二加载筒2的前筒段21可以插入igb机匣20内并且通过关节轴承42安装于棒轴承安装面202，第二加载筒2的后筒段23用于接收第二径向载荷fr2。第二加载筒2的筒孔可以允许加载杆3穿过。这样，加载杆3可以从第一加载筒1穿过以后又穿过第二加载筒2，而使得球头端31留置在第一加载筒1内，而受力端32穿出第二加载筒2的后筒段23，从而接收轴向载荷fx。
41.图示实施方式中，强度试验工装10还可以包括具有第一轴向通孔511的第一支座51。第一加载筒1可以穿过第一支座51的第一轴向通孔511，并且第一加载筒1的中间筒段12可以通过关节轴承43支撑于第一支座51。类似地，图示实施方式中，强度试验工装10还可以包括具有第二轴向通孔521的第二支座52。第二加载筒2可以穿过第二支座52的第二轴向通孔521，并且第二加载筒2的中间筒段22可以通过关节轴承44支撑于第二支座52。第一支座51、第二支座52可以分别提供第一径向载荷fr1、第二径向载荷fr2的加载支点，从而可以采用杠杆加载的方式施加径向载荷。关节轴承43嵌入第一支座51内，关节轴承44嵌入第二支座52内，有助于消除径向加载过程中其他方向附加载荷的影响。
42.图示实施方式中，强度试验工装10还可以包括第一作动器转接段71。第一作动器转接段71可以连接第一加载筒1的前筒段11。第一作动器转接段71可以具有各自连接一个线性作动器的两个转接臂711、712。线性作动器例如是液压作动器或者直线电机。两个转接臂711、712的延伸方向均垂直于轴向x0且彼此不同，例如图12中，两个转接臂711、712的延伸方向彼此垂直，也即，两个转接臂711、712分别沿着彼此垂直的径向延伸。这样，线性作动器对转接臂711施加的线性载荷以及另一线性作动器对转接臂712施加的线性载荷可以合成沿任一径向的第一径向载荷fr1。类似地，图示实施方式中，强度试验工装10还可以包括第二作动器转接段72。第二作动器转接段72可以连接第二加载筒2的后筒段23。第二作动器转接段72可以具有各自连接一个线性作动器的两个转接臂721、722。两个转接臂721、722的延伸方向均垂直于轴向x0且彼此不同，例如图1中，两个转接臂721、722的延伸方向彼此垂直，也即，两个转接臂721、722分别沿着彼此垂直的径向延伸。这样，线性作动器对转接臂721施加的线性载荷以及另一线性作动器对转接臂722施加的线性载荷可以合成沿任一径向的第二径向载荷fr2。
43.图2示出的实施方式中，第一作动器转接段71通过关节轴承45外装于第一加载筒1的前筒段11。类似地，第二作动器转接段72通过关节轴承46外装于第二加载筒2的后筒段23。关节轴承45嵌入第一作动器转接段71内，关节轴承46嵌入第二作动器转接段72内，有助于消除径向加载过程中其他方向附加载荷的影响。
44.整体上，在球轴承安装面201、棒轴承安装面202内安装关节轴承41、42，在两侧杠杆支点处设置关节轴承43、44，在两侧作动器连接处均设置关节轴承45、46，可以实现径向
载荷的协调加载。
45.图示实施方式中，加载杆3的受力端32可以是具有外螺纹的螺杆段321(参见图7)，因而可以螺纹连接第三作动器转接段73，从而可以方便被线性作动器驱动。图示实施方式中，作动器转接段71、72、73连接线性作动器的部分均可以设置为安装板形式，该安装板上设置有多个连接孔以便连接线性作动器。以第三作动器转接段73为例，如图9所示，第三作动器转接段73可以一端具有螺孔731，与加载杆3的螺杆段321螺纹配合，另一端具有安装板732，安装板732上设置有多个连接孔733，以与线性作动器适配连接，接收并施加轴向载荷。
46.图1和图2所示的实施方式中，强度试验工装10可以包括安装底座8，igb机匣20可以通过紧固件例如螺栓安装在安装底座8上。通过专用的安装底座8可以实现igb机匣20的稳固固定。
47.图6中，第一加载筒1的前筒段11可以设置有定位挡圈槽911，以便确定第一作动器转接段71的位置。第一加载筒1的中间筒段12可以设置有激光定位标记912，以便确定第一支座51的位置。类似地，图11中，第二加载筒2的后筒段23可以设置有定位挡圈槽921，以便确定第二作动器转接段72的位置。第二加载筒2的中间筒段22可以设置有激光定位标记922，以便确定第二支座52的位置。第二加载筒2的前筒段22还可以设置定位凸环923，与关节轴承42接触，起定位作用。在加载筒1、2的支点位置进行激光标记，在作动器转接段71、72对应定位挡圈槽911、921的位置设置挡圈分别配合定位挡圈槽911、921，确定作动器加载点位置，可以保证杠杆加载过程中力臂长度保持一致，保证试验条件的可重复性，提高试验结果的准确度和可靠性。
48.下面将结合图1至图12描述根据本实用新型的强度试验工装10的示例组装操作。
49.将igb机匣20通过螺栓安装在安装底座2上，然后使用力矩扳手对螺栓进行拧紧和限力。
50.将配套的关节轴承41、关节轴承42安装入igb机匣20，将关节轴承43安装入第一支座51，将关节轴承44安装入第二支座52，将关节轴承45安装入第一作动器转接段71，将关节轴承46安装入第二作动器转接段72。
51.将第一加载筒1分别穿入球轴承安装面201一侧的三个关节轴承45、43、41中。根据第一加载筒1上的激光定位标记912，确定第一支座51的位置。根据第一加载筒1的定位挡圈槽911，确定第一作动器转接段71的位置。
52.通过螺栓将环板6固定于第一加载筒1位于igb机匣20内部的轴端。
53.将第二加载筒2分别穿入棒轴承安装面202一侧的三个关节轴承46、44、42中。根据第二加载筒2上的激光定位标记922，确定第二支座52的位置。根据第二加载筒2的定位挡圈槽921，确定第二作动器转接段72的位置。
54.将加载杆3穿入第一加载筒1和第二加载筒2内，加载杆3的受力端32从另一头穿出。
55.将第三作动器转接段73安装于加载杆3。
56.将液压作动器与第一作动器转接段71和第二作动器转接段72、第三作动器转接段73相连接，施加所需的载荷，进行igb机匣20的强度试验。
57.上述强度试验工装中，采用中空的圆柱筒状结构也即第一加载筒来实现球轴承侧的径向加载，并且第一加载筒内套加载杆来实现球轴承侧的轴向加载，而且，在对应球轴承
位置的圆柱筒状结构内部设置球面结构，与轴向加载杆的球头端的球面结构配合，实现轴向力的加载，这可以实现球轴承侧的径向载荷和轴向载荷的解耦加载。在棒轴承安装面内嵌入关节轴承，也具有将棒轴承侧加载的径向力与轴向力解耦的作用。
58.上述强度试验工装还通过杠杆结构施加径向载荷，最大限度地利用igb机匣内部空间，实现igb机匣狭小空间内两轴承安装面径向同时加载。上述强度试验工装结构简单且有效。
59.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。例如，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。