一种航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空发动机轴类部件结构强度试验领域，特别是涉及一种航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器。
【背景技术】
[0002]发动机工作时主轴承受的载荷比较复杂，对主轴疲劳寿命影响较大，应该加以考虑的工作载荷有扭矩、轴向力、振动扭矩和弯矩。发动机风扇轴是主轴的组成部分，通过对风扇轴的边界约束条件和所受载荷情况的分析，四种载荷作用于风扇轮盘上，进而传递到风扇轴上。
[0003]其中，旋转弯矩的加载现主要有旋转偏心配重盘和旋转液压作动筒两种方式。第一种加载方式中，电机皮带轮的张紧力会对载荷施加造成偏心力影响，载荷及其频率大小受到限制(配重块离心力偶即载荷；载荷频率即电机转速)，在高达3000RPM(50Hz时)的转速下，不平衡的高速配重盘在加载精确性和安全性上不可保证。而第二加载方式中，需要设计专门的液压与电气接口旋转装置，后续维保成本高、工作量大，另外液压部件在高速旋转中的工作状态是否稳定尚需验证，附加在作动筒上的高速离心力也要进行相应计算和处理。二者均通过电机拖动进行弯矩载荷的旋转，强电磁辐射的环境对系统测量精度也会产生影响。另外，对试验对象施加弯矩载荷后，会引起试验件发生一定的变形，这对同样作用到试件上的扭矩和轴向力构成相互影响，也需要一套解耦装置。
[0004]振动扭矩的加载要么通过振动台(液压或电磁)，要么采用一对对称作动筒实现。振动台虽然能够提供频率不低于50Hz的振动载荷，但振动台一般不提供开放的控制开发接口，难于实现无缝集成及与其他载荷的时序同步；而振动扭矩与主扭矩采用不同的作动筒来实施，且共同作用于同一个扭矩力臂上，会引起与主扭矩的耦合，有必要设计对主扭矩的跟随装置用于解耦。
[0005]综上所述，现有试验器至少存在如下不足:
[0006]I)、针对扭矩、轴向力、振动扭矩和弯矩，需要采用不同的试验器进行加载，加载操作复杂，成本较高；2)、现有试验器或者由于所针对试验对象的差异，设备载荷类型、加载能力及加载执行机构(如作动筒两腔压力差模拟载荷)不完全适用于风扇轴试验；3)、由于设计缺陷，在旋转弯矩载荷加载中引入了额外的附加力(如偏心力、离心力)，主扭矩与振动扭矩间的耦合造成控制系统复杂，四种载荷间弯矩与扭矩(含轴向力)解耦不完全从而无法保证各个载荷的准确加载；4)、由于自动化程度较低，不同载荷之间无法按照严格的载荷谱时序逻辑进行复合，维护成本和校核时间开销巨大，设备运行效率低下。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供了一种航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器，以解决上述至少一个技术问题。
[0008]本发明的技术方案是:
[0009]—种航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器，包括:
[0010]支撑框架，具有水平的底座、顶梁以及用于支撑所述顶梁的竖直立柱；
[0011]风扇轴夹具，固定设置在所述支撑框架的立柱上，且发动机的风扇轴沿竖直方向转动设置在所述风扇轴夹具内部；
[0012]第一固定部，位于所述风扇轴夹具竖直上方，用于将所述风扇轴的顶端与所述支撑框架的顶梁固定连接；
[0013]第二固定部，位于所述风扇轴夹具竖直下方，顶部与所述风扇轴的底端固定连接；
[0014]弯矩盘，轴向顶部与所述第二固定部的底部固定连接；
[0015]多个弯矩加载油缸，每个所述弯矩加载油缸的轴线垂直于水平面，多个所述弯矩加载油缸的顶部端点位于同一水平面内，且多个所述弯矩加载油缸沿同一圆周方向均匀分布，另外，多个所述弯矩加载油缸的顶部分别铰接在所述弯矩盘的外环面上，底部分别与所述支撑框架的底座铰接，通过多个弯矩加载油缸实现弯矩加载；
[0016]第三固定部，位于所述弯矩盘竖直下方，顶部与所述弯矩盘的轴向底部固定连接；
[0017]扭矩盘，位于所述第三固定部竖直下方，轴向顶部与所述第三固定部的底部固定连接，所述扭矩盘的外环面上具有两个沿径向凸出且对称的支臂；
[0018]两个扭矩加载油缸，每个所述扭矩加载油缸的轴线均与水平面平行，其中一个所述扭矩加载油缸的一端与所述扭矩盘上一个支臂的端部固定连接，另一端与所述支撑框架的一根立柱铰接；另一个所述扭矩加载油缸的一端与所述扭矩盘上另一个支臂的端部固定连接，另一端与所述支撑框架的另一根立柱铰接；两个所述扭矩加载油缸以所述扭矩盘的中心点为原点对称分布，通过扭矩加载油缸实现主扭矩和/或振动扭矩的加载；
[0019]轴向力加载油缸，一端与所述扭矩盘的轴向底部铰接，另一端与所述支撑框架的底座铰接，通过轴向力加载油缸实现轴向力的加载；
[0020]力传感器，分别设置在每个所述弯矩加载油缸、所述扭矩加载油缸以及所述轴向力加载油缸上。
[0021]优选的，所述风扇轴夹具内部由上至下同轴设置有两个轴承座，所述风扇轴通过两个轴承转动设置在两个所述轴承座上，以模拟所述风扇轴真实安装时候的边界约束。
[0022]优选的，所述第一固定部为套齿法兰，所述套齿法兰顶部与所述支撑框架的顶梁通过螺栓固定连接，底部与所述风扇轴顶端固定连接。
[0023]优选的，所述第二固定部为双向法兰转接盘，顶部与所述风扇轴的底端通过螺栓固定连接，底部与所述弯矩盘的轴向顶部通过螺栓固定连接。
[0024]优选的，所述弯矩盘的外圆周上均匀设置有八个双耳，每个双耳与一个所述弯矩加载油缸的顶部铰接。
[0025]优选的，所述弯矩加载油缸的活塞杆一端与所述力传感器一端通过法兰连接，所述力传感器的另一端球型铰接到所述弯矩盘的双耳上。
[0026]优选的，所述第三固定部为十字万向节。
[0027]优选的，所述扭矩加载油缸的活塞杆一端与所述力传感器一端球型铰接，所述力传感器另一端与所述扭矩盘的支臂通过法兰连接。
[0028]优选的，所述轴向力加载油缸上的所述力传感器设置在所述轴向力加载油缸的活塞杆上。
[0029]优选的，所述的航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器还包括:
[0030]液压伺服协调加载控制器，用于对所述弯矩加载油缸、所述扭矩加载油缸以及所述轴向力加载油缸进行控制。
[0031]本发明的优点在于:
[0032]本发明的航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器，针对风扇轴四种载荷输入特点，采用立式层叠结构，能够通过弯矩加载油缸实现旋转弯矩的加载，通过扭矩加载油缸实现主扭矩和/或振动扭矩的加载，还能再通过轴向力加载油缸实现轴向力的加载，使得试验器集成度高，适应性更强。
【附图说明】
[0033]图1是本发明航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器的结构示意图；
[0034]图2是本发明航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器中风扇轴夹具部分的结构示意图；
[0035]图3是本发明航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器中着重突出弯矩加载油缸部分的结构示意图；
[0036]图4是本发明航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器中着重突出扭矩加载油缸部分的结构示意图；
[0037]图5是本发明航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器中着重突出轴向力加载油缸部分的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0040]下面结合附图1至图5对本发明航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器做进一步详细说明。
[0041]本发明提供了一种航空发动机风扇轴的复合静力和疲劳试验器，包括支撑框架1以及设置在支撑框架1上的风扇轴夹具2、弯矩盘4、扭矩盘5、油缸、力传感器等部件，用于对发动机的风扇轴3进行旋转弯矩、主扭矩、振动扭矩以及轴向力载荷加载。
[0042]支撑框架1可以采用多种适合的形状结构，具有水平的底座11、顶梁12以及用于支撑顶梁12的竖直立柱13。本实施例中，优选支撑框架1包括一个水平底座11和一个由多根顶梁12构成的水平顶盖，水平顶盖通过至少四根立柱13水平固定设置在水平底座11顶部，水平顶盖与水平底座11之间形成一个开放的容纳空间，以便后续各部件进行安装；立柱13的长度可以根据不同长度风扇轴3试验需要进行选择，并且，顶盖与立柱13之间通过螺栓连接，也可以在二者之间通过增减钢垫来改变顶盖高度；进一步，为了加强支撑框架1的结构强度和稳定性，还可以在立柱13与底座11之间架设斜的支持梁。
[0043]风扇轴夹具2位于上述支撑框架1构成的容纳空间中，固定设置在支撑框架1的立柱13上，且发动机的风扇轴3沿竖直方向转动设置在风扇轴夹具2内部。风扇轴夹具2可以为多种适合的形状，本实施例中，优选风扇轴夹具2内部由上至下同轴设置有两个轴承座23，由上至下分别是第一轴承座和第二轴承座，风扇轴3通过两个轴承24转动设置在两个轴承座23上，以模拟风扇轴3真实安装时候的边界约束，也即是风扇轴夹具2与风扇轴3的安装结构完全模仿真实风扇轴3安装时的结构(包括所选用的结构件装配、强度以及刚度)制成而成，可以使得后续载荷加载试验的结构更准确。进一步，风扇轴夹具2的外部通过螺栓与四根立柱13固定连接。
[0044]进一步，设置在风扇轴夹具2内部的风扇轴3顶端(伸出风扇轴夹具2第