螺母安放装置及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种螺母安放装置及系统，涉及航空发动机的装配制造领域，用以便捷地实现航空发动机，尤其是大型航空发动机中高压组合转子高压压气机转子与高压涡轮转子之间待安放螺母的安放操作。该螺母安放装置包括相互连接的固定部件和夹持部件；固定部件用于固定在操作者的手指头上，夹持部件远离固定部件的一端设置有夹头，夹头具有用于夹持待安放螺母的夹持面。上述技术方案提供的螺母安放装置，延长了操作者操作臂的长度，使得操作者能够直接借用螺母安放装置实现待安放螺母的安放操作。
【专利说明】螺母安放装置及系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及航空发动机的装配制造领域，具体涉及一种螺母安放装置及系统。
【背景技术】
[0002]涡轮风扇航空发动机具有高压压气机部件、燃烧室部件和高压涡轮部件。其中，高压压气机转子(High Pressure Compressor Rotor,以下简称HPCR)和高压润轮转子(HighPressure Turbine Rotor,以下简称HPTR)组成高压组合转子,两者之间为螺栓连接。根据常规的航空发动机装配工艺方法，HPCR和HPTR之间采用下述方法实现装配:首先使用专用吊具和吊车将HPTR吊装至已经垂直固定的HPCR上方，完成垂直对接。然后在高压组合转子的垂直状态下，手臂伸入HPTR的后轴颈，人工安放连接螺母。接下来再使用专用工具由HPTR后轴颈伸入，按照一定顺序对所有的连接螺母进行拧紧和限力，使其达到力矩要求，最终完成高压组合转子的装配。由于高压组合转子在航空发动机中的核心功能作用，HPCR和HPTR之间的装配质量不仅决定了高压组合转子本身的形位公差和动平衡状态，更直接关系到航空发动机的总体性能指标和整机振动水平。所以，上述装配工作被列入航空发动机总体装配的关键工序。
[0003]现有技术中HPCR和HPTR之间的固定操作分为两步:连接螺母的安放、连接螺母的拧紧和限力。此处，连接螺母的安放是指将连接螺母与连接螺栓的轴心线对齐，然后将连接螺母相对于连接螺栓旋入几圈，以使得连接螺母不从连接螺栓上脱落。连接螺母的拧紧和限力是指将连接螺母与连接螺栓拧紧，以使得HPCR和HPTR之间以设定的预紧力固定。
[0004]由于高压组合转子的连接螺母位于HPTR的前安装边，手臂伸入距离要略大于HPTR长度才可实现该连接螺母的安装，因此，安装操作的可达性非常重要。在连接螺母安装完成后，使用伸入距离略大于HPTR长度的“U”形专用扳手，完成连接螺母的拧紧和限力。“U”形专用扳手的结构形式、操纵方法目前的技术已经比较成熟，设计重点是保证具有足够的总体刚度。
[0005]目前大型的航空发动机，一般都为两级高压涡轮，HPTR尺寸相对较大。高压组合转子连接螺母的拧紧和限力可以继续使用“U”形专用扳手，但该连接螺母的手工安放变得非常困难。因为大型航空发动机的HPTR长度达到650mm以上，而传统中小型航空发动机的HPTR长度小于500mm。成年人手臂总长(腋下至手指尖最大距离)一般在650mm左右,有效操作距离是550mm左右。因而，对于大型航空发动机中高压组合转子连接螺母的安装操作，直接采用手工方式安放连接螺母，其可达性不能满足实际安装需求。
[0006]目前，具有两级高压涡轮的大尺寸GE90系列发动机，采用了复杂的专用工具系统，以此实现了连接螺母的安放、拧紧和限力三项功能。该工具系统主要包括HPTR外部的前端操纵机构，HPTR内部的多连杆传动机构，以及HPTR内部的可折叠的终端执行器。终端执行器实现连接螺母的夹持和旋转；前端操纵机构主要包括操纵手柄、旋钮等装置，提供人工操纵和力矩扳手的硬件接口 ；通过多连杆传动机构完成工具系统内的全部几何调节结构控制，如终端执行器的打开、轴向和周向定位。
[0007]发明人发现，上述的工具系统至少存在下述不足:该工具系统机构非常复杂，含有相当多的数量的齿轮和连杆，所以结构尺寸较大，总体刚性较低，悬臂式整体构型产生的杠杆放大作用使得终端执行器的定位精度差。另外，由于前端操纵机构与终端执行器之间存在多级的传动机构，工具系统无法实现有效地实现多维度力传感和力反馈，对轻微的磕碰、卡滞不敏感，连接螺母安装时会造成歪斜、锁死或松脱。因而，使用上述的工具系统进行连接螺母安装的工作效率比较低下。另外，工具系统成本高，稳定性差。进一步地，考虑到高性能航空发动机的高转速工作趋势，高压组合转子的内径需要逐步降低，当前航空发动机HPTR的内径一般在150-200mm之间，未来航空发动机会减低至130mm以下。因此，上述结构复杂的工具系统有可能因为自身体积大，而无法伸入到HPTR内部。
[0008]综上，发明人发现，现有技术中至少存在下述问题:
[0009]首先，对于采用手工方式进行连接螺母的安放:在正常情况下，手工完成连接螺母的安装是非常容易的。而对于大型航空发动机中高压组合转子连接螺母的安装操作，使用手工方式的操作可行性比较低，操作人员的手臂长度和粗度都难以满足安装空间的要求，这影响了手工方式的正常进行。
[0010]其次，对于采用上述的工具系统进行连接螺母的安放:使用结构复杂的专用工具则使得生产成本过高且操作复杂；且与手工操作相比，在操作精度、稳定性和效率方面还有较大差距。另外，发动机高压涡轮转子HPTR内径进一步减少时，该工具系统不一定能够适用。
[0011]可以看出，对于操作可达性差的区域的连接螺母的安放，目前还没有一种便捷省力的工具。
实用新型内容
[0012]本实用新型的其中一个目的是提出一种螺母安放装置及系统，用以便捷地实现航空发动机，尤其是大型航空发动机中高压组合转子高压压气机转子与高压涡轮转子之间待安放螺母的安放操作。
[0013]为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案:
[0014]本实用新型提供了一种螺母安放装置，包括相互连接的固定部件和夹持部件；
[0015]所述固定部件用于固定在操作者的手指头上，所述夹持部件远离所述固定部件的一端设置有夹头，所述夹头具有用于夹持待安放螺母的夹持面。
[0016]如上所述的螺母安放装置，优选的是，所述固定部件包括套筒和长杆；
[0017]当所述固定部件处于固定在操作者的手指头上的状态，所述套筒与所述长杆固定连接；所述套筒采用弹性材质，且所述套筒远离所述夹持部件的一端为开口端；
[0018]所述夹持部件远离所述夹头的一端与所述长杆固定连接。
[0019]如上所述的螺母安放装置，优选的是，所述长杆上开设有滑槽，所述滑槽上开设有螺纹孔，所述夹持部件远离所述夹头的一端开设有长圆孔，螺钉穿过所述长圆孔和所述螺纹孔将所述夹持部件与所述长杆固定。
[0020]如上所述的螺母安放装置，优选的是，所述套筒远离所述长杆的一端开设有弹性槽，所述弹性槽的长度方向与所述套筒的长度方向一致。
[0021]如上所述的螺母安放装置，优选的是，所述套筒远离所述长杆的端部开设有卡槽，所述卡槽中设置有橡胶圈。
[0022]如上所述的螺母安放装置，优选的是，所述套筒远离所述长杆的一端还开设有通孔，所述通孔中穿设有连接线，所述连接线用于缠绕在操作者手腕上。
[0023]如上所述的螺母安放装置，优选的是，所述夹持面为平面或内凹弧面。
[0024]本实用新型还提供一种螺母安放系统，包括堵盖装置和本实用新型任一技术方案所提供的螺母安放装置；
[0025]所述堵盖装置包括堵盖，所述堵盖用于封堵在高压压气机转子内部通风管的上端。
[0026]如上所述的螺母安放系统，优选的是，所述堵盖远离所述高压压气机转子内部通风管的一端设置有待安放螺母安装立柱和/或手柄。
[0027]如上所述的螺母安放系统，优选的是，螺母安放系统还包括工业内窥镜。
[0028]如上所述的螺母安放系统，优选的是，所述螺母安放装置的长度为150mm-200mm。
[0029]基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果:
[0030]上述技术方案提供的螺母安放装置，可以套设在操作者的手指头上，延长了操作者操作臂的操作距离，也充分发挥了手指和手臂的运动灵活性、力感知和纠错能力，使得操作者能够直接借用螺母安放装置实现待安放螺母的安放操作。并且，螺母安放装置的结构非常紧凑，在安放待安放螺母的过程中，操作者每个手指头都可以套设一个螺母安放装置，多个手指头上的螺母安放装置相互配合，能够便捷地实现待安放螺母的安放操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0032]图1为本实用新型一实施例提供的螺母安放装置结构示意图一；
[0033]图2为本实用新型一实施例提供的螺母安放装置结构示意图二 ；
[0034]图3为本实用新型另一实施例提供的螺母安放系统的堵盖装置的结构示意图；
[0035]图4为图3中堵盖装置的使用状态示意图。
[0036]附图标记:
[0037]1、固定部件；2、夹持部件；3、堵盖装置；
[0038]4、通风管；5、闻压压气机转子；6、闻压润轮转子；
[0039]7、待安放螺母； 8、螺母安放装置； 9、螺钉；
[0040]11、套筒；12、长杆；13、滑槽；
[0041]14、螺纹孔；15、长圆孔；16、弹性槽；
[0042]17、卡槽；18、橡胶圈；19、通孔；
[0043]21、夹头；22、夹持面；31、堵盖；
[0044]32、待安放螺母安装立柱；33、手柄。
【具体实施方式】
[0045]下面结合图1?图4对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的技术方案均应该在本实用新型的保护范围之内。
[0046]本实施例中需要用到的技术术语或名词解释。
[0047]高压压气机转子(HighPressure Compressor Rotor,以下简称 HPCR)；
[0048]高压润轮转子(HighPressure Turbine Rotor,以下简称 HPTR)。
[0049]本实用新型一实施例提供一种螺母安放装置8，用于实现航空发动机，尤其是大型航空发动机中高压组合转子高压压气机转子5与高压涡轮转子6之间待安放螺母7的安放操作。安放操作是指将待安放螺母7与连接螺栓的轴心线对齐，然后将待安放螺母7与相对于连接螺栓旋入几圈，以防止待安放螺母7从连接螺栓上掉下来。
[0050]螺母安放装置8包括相互连接的固定部件I和夹持部件2。固定部件I用于固定在操作者的手指头上，夹持部件2远离固定部件I的一端设置有夹头21，夹头21具有用于夹持待安放螺母7的夹持面22。
[0051]在使用时，一个手指头上固定一个螺母安放装置8的固定部件1，多个螺母安放装置8的夹持部件2上夹头21的夹持面22共同配合，以夹持住待安放螺母7。
[0052]固定部件I可以套设固定在操作者手指头上，缠绕固定在操作者手指头上或是粘贴固定在操作者手指头上。夹持部件2的作用是实现对待安放螺母7的夹持，故夹持部件2可以采用较硬且轻便的材料，比如硬塑料等。采用硬塑料，操作者的力度感应好，便于操作待安放螺母7。
[0053]固定部件I和夹持部件2之间的连接方式有多种，比如焊接固定、可拆卸式固定、绑定、卡合固定等。
[0054]上述技术方案提供的螺母安放装置8，延长了操作者操作臂的操作距离，使得操作者能够直接借用螺母安放装置8实现待安放螺母7的安放操作。螺母安放装置8的结构非常紧凑，在安放待安放螺母7的过程中，操作者每个手指头都可以套设一个螺母安放装置8，也不会影响待安放螺母7的安放操作。
[0055]参见图1或图2，固定部件I具体包括套筒11和长杆12。当固定部件I处于固定在操作者的手指头上的状态，套筒11与长杆12固定连接；套筒11采用弹性材质，且套筒11远离夹持部件2的一端为开口端。夹持部件2远离夹头21的一端与长杆12固定连接。
[0056]当固定部件I处于固定在操作者的手指头上的状态，套筒11与长杆12固定连接。此状态下，套筒11与长杆12之间的固定方式有多种，比如长杆12被操作者的手指头压紧在套筒11内壁上，以实现两者之间的固定。或者，长杆12与套筒11内壁之间直接采用粘合等固定方式。
[0057]套筒11采用弹性材质，且套筒11远离夹持部件2的一端为开口端，以使得操作者的手指头能够从套筒11的开口端套入。
[0058]上述实现方式的固定部件1，结构紧凑，操作便捷，能够很方便地实现与操作者手指头之间的固定，以降低螺母安放装置8使用的复杂性，提高待安放螺母7的安放效率。
[0059]各位操作者的手臂长度不一，但对于同一型号的航空发动机而言，待安放螺母7需要安放的位置是确定的，为便于调节螺母安放装置8的长度，以使得各个手臂长度的操作者均能进行待安放螺母7的安放操作，长杆12与夹持部件2之间优选以连接位置可调节的方式实现固定。具体而言，参见图1或图2:长杆12上开设有滑槽13，滑槽13上开设有螺纹孔14，夹持部件2远离夹头21的一端开设有长圆孔15，螺钉9穿过长圆孔15和螺纹孔14将夹持部件2与长杆12固定。
[0060]螺纹孔14沿着滑槽13的长度方向可以设置两个、三个甚至更多个，螺钉9将长圆孔15与不同的螺纹孔14固定就能够使得螺母安放装置8的总长度发生变化。本实施例中，螺母安放装置8的总长度优选为150mm-200mm，操作者手臂的长度约为550mm，采用上述长度的螺母安放装置8，能够使得操作者能够达到的操作长度为700_-750_，该长度足以满足HPCR和HPTR之间待安放螺母7的安放操作。
[0061]参见图2，进一步地，套筒11远离长杆12的一端开设有弹性槽16，弹性槽16的长度方向与套筒11的长度方向一致。
[0062]在套筒11上开设弹性槽16，可以使得套筒11轻易被撑大，以方便操作者将套筒11套在手指头上。
[0063]参见图1或图2，套筒11远离长杆12的端部开设有卡槽17，卡槽17中设置有橡胶圈18。由于套筒11上设置有弹性槽16，卡槽17在与弹性槽16结合的地方具有开口，所以不是整圈的，但橡胶圈18是环形的。橡胶圈18具有弹性，一方面可以不影响操作者将套筒11套在手指头上，另一方面可以使得套筒11比较牢固地套设在手指头上。
[0064]参见图1，为进一步防止螺母安放装置8从操作者手上脱落，套筒11远离长杆12的一端还开设有通孔19，通孔19中穿设有连接线，连接线用于缠绕在操作者手腕上。
[0065]连接线在通孔19中的设置方式有多种，比如连接线穿过通孔19后两端打结，使用时直接一圈圈缠绕在操作者手腕上；或者将连接线的一端穿过通孔19后绑紧，连接线的另一端作为自由端，使用时一圈圈缠绕在操作者手腕上；或者先将连接线的两端对齐，然后将连接线的两端从连接线中部与通孔19侧壁之间的缝隙中穿过，以使得连接线与套筒11连接，使用时，将连接线的两端一圈圈缠绕在操作者手腕上；或者直接将连接线穿过通孔19，连接线的两端作为自由端，不打结，使用时直接将连接线的两端都一圈圈缠绕在操作者手腕上。
[0066]本实施例中，夹持面22采用仿形设计，参照操作者手指在夹持螺母时的形状，具体可以为平面或内凹弧面。
[0067]上述技术方案提供的螺母安放装置8，尺寸小、重量轻，与手指紧密结合后，螺母的定位和旋转操作非常轻松、方便；并且，上述螺母安放装置8不仅有效地延长了操作距离，也充分发挥了手指和手臂的运动灵活性、力感知和纠错能力。另外，上述工具的制造和维护成本低，且同样适用于除了大型航空发动机以外的其它的可达性差、需要小力幅精确操作的场合。
[0068]参见图3和图4，本实用新型另一实施例还提供一种螺母安放系统，包括堵盖装置3和本实用新型任一技术方案所提供的螺母安放装置8。堵盖装置3包括堵盖31，堵盖31用于封堵在高压压气机转子5内部通风管4的上端。
[0069]设置堵盖装置3可以防止待安放螺母7掉到高压压气机转子5内部通风管4中，避免航空发动机的组装操作得拆开重装。
[0070]参见图3，堵盖31远离高压压气机转子5内部通风管4的一端设置有待安放螺母安装立柱32和/或手柄33，本实施例中以同时设置两者为例。
[0071]设置待安放螺母安装立柱32后，在安放待安装螺母之前，可以将待安放螺母7全都先套设在待安放螺母安装立柱32上，以防止待安装螺母到处散落或无处放置。
[0072]设置手柄33使得堵盖31便于封堵在高压压气机转子5内部通风管4的上端，或是从高压压气机转子5内部通风管4上取下。
[0073]此处，螺母安放系统还包括工业内窥镜。航空发动机上HPTR和HPCR的连接处所在的位置比较深，借助工业内窥镜能够方便窥探，以实现待安放螺母7的准确安放。
[0074]承上述，螺母安放装置8的长度为150mm-200mm。采用上述长度的螺母安放装置8，能够使得操作者能够达到的操作长度为700mm-750mm，该长度足以满足HPCR和HPTR之间待安放螺母7的安放操作。
[0075]下面介绍如何使用上述螺母安放系统进行连接螺母的安放操作。
[0076]1、待安放螺母7安放前的准备工作:使用吊车和吊具将HPTR垂直安放于HPCR上方，完成HPTR的径向固定并止转，防止HPTR倾倒和转动。
[0077]2、手持堵盖装置3的手柄33，将其安放于HPCR内部通风管4的盘心孔上，使HPCR内部通风管4位于堵盖31下方。然后手工将待安装的多个待安放螺母7安放于橡胶堵盖31上部的待安放螺母安装立柱32上。
[0078]3、将工业内窥镜的探头及线缆通过金属套管放入转子内腔，金属套管一部分依然在转子外部裸露。手工调节转子外部的金属套管，可以实现探头的定位和操纵，最后将工业内窥镜的探头放在合适的位置，以便于探测待安放螺母7的安放位置。
[0079]4、戴好五只手指的螺母安放装置8，手臂深入转子内腔，通过内窥镜显示屏观察，首先抓取待安放螺母安装立柱32上的待安放螺母7，然后进行待安放螺母7的对正、旋转操作。使待安放螺母7旋入连接螺栓若干螺纹后，通过触碰确认安装稳固后，再进行其它待安放螺母7的抓取和安装。
[0080]5、全部的待安放螺母7安装完成后，通过工业内窥镜全面检查转子腔体，确保没有多余物残留后，取出堵盖装置3的堵盖31。
[0081]6、再次使用工业内窥镜全面检查转子腔体，再次确认没有多余物和其它异常情况后，取出工业内窥镜，完成全部待安放螺母7的安放操作。
[0082]上述技术方案提供的螺母安放系统，使用手指套管形式的专用工具(即螺母安放装置8)，且包括堵盖31、工业内窥镜等装置。首先，满足了操作可达性，使有效操作距离延长150-200mm ;也提高了大型航空发动机中高压组合转子连接螺母的安放效率和精度，充分利用手指和手臂的运动灵活性、力感知和纠错能力。
[0083]在本实用新型的描述中，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，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。
[0084]如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓:“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别，如没有另行声明夕卜，上述词语并没有特殊的含义。
[0085]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种螺母安放装置，其特征在于，包括相互连接的固定部件和夹持部件； 所述固定部件用于固定在操作者的手指头上，所述夹持部件远离所述固定部件的一端设置有夹头，所述夹头具有用于夹持待安放螺母的夹持面。
2.根据权利要求1所述的螺母安放装置，其特征在于，所述固定部件包括套筒和长杆； 当所述固定部件处于固定在操作者的手指头上的状态，所述套筒与所述长杆固定连接；所述套筒采用弹性材质，且所述套筒远离所述夹持部件的一端为开口端； 所述夹持部件远离所述夹头的一端与所述长杆固定连接。
3.根据权利要求2所述的螺母安放装置，其特征在于，所述长杆上开设有滑槽，所述滑槽上开设有螺纹孔，所述夹持部件远离所述夹头的一端开设有长圆孔，螺钉穿过所述长圆孔和所述螺纹孔将所述夹持部件与所述长杆固定。
4.根据权利要求2所述的螺母安放装置，其特征在于，所述套筒远离所述长杆的一端开设有弹性槽，所述弹性槽的长度方向与所述套筒的长度方向一致。
5.根据权利要求2-4任一所述的螺母安放装置，其特征在于，所述套筒远离所述长杆的端部开设有卡槽，所述卡槽中设置有橡胶圈。
6.根据权利要求2-4任一所述的螺母安放装置，其特征在于，所述套筒远离所述长杆的一端还开设有通孔，所述通孔中穿设有连接线，所述连接线用于缠绕在操作者手腕上。
7.根据权利要求1-4任一所述的螺母安放装置，其特征在于，所述夹持面为平面或内凹弧面。
8.一种螺母安放系统，其特征在于，包括堵盖装置和权利要求1-7任一所述的螺母安放装置； 所述堵盖装置包括堵盖，所述堵盖用于封堵在高压压气机转子内部通风管的上端。
9.根据权利要求8所述的螺母安放系统，其特征在于，所述堵盖远离所述高压压气机转子内部通风管的一端设置有待安放螺母安装立柱和/或手柄。
10.根据权利要求8所述的螺母安放系统，其特征在于，还包括工业内窥镜。
11.根据权利要求8所述的螺母安放系统，其特征在于，所述螺母安放装置的长度为150臟—200臟。
【文档编号】B25B27/14GK204108954SQ201420546454
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】周烁, 刘兴星, 李琳, 汪俊熙, 项宏伟 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司