叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具及其检测方法与流程

本发明涉及航空发动机，具体为叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具及其检测方法。

背景技术：

1、航空发动机低压涡轮转子叶片在工作过程中叶片与叶片之间在叶冠的工作面上存在相互挤压、错位、磨损等情况，耐磨合金块除受挤压应力外，还要承受较大的剪切应力。若耐磨合金块与叶冠的抗剪切能力弱，叶片在使用过程中存在耐磨合金块掉落的风险。

2、一般的剪切试验有相应的试验标准，也有相应的测量方法，常用到的有单剪试验、双剪试验、冲孔式剪切试验、开缝式剪切试验等，但是这些测量方法仅仅是针对试片级的剪切试验，与涡轮转子叶片耐磨合金块的实际工况存在较大差异，目前结构件级涡轮转子叶片耐磨合金块与叶冠的抗剪切强度测量在国内属空白，无法准确测试出涡轮转子叶片耐磨合金块与叶冠断裂的最大外力。

3、因此提供了叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具及其检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决的技术问题提供叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具，目的在于测试出涡轮转子叶片耐磨合金块与叶冠断裂的最大外力。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具，包括榫齿轮夹具和凸台组件，所述榫齿轮夹具包括支撑柱、两个夹板和紧固螺栓，其中一个所述夹板与所述支撑柱固定连接，另一个所述夹板与所述支撑柱滑动连接，所述紧固螺栓的中部与其中一个所述夹板螺纹传动连接，所述紧固螺栓的端部与另一个所述夹板转动配合，两个所述夹板相向的一侧具有夹持面；

3、所述凸台组件包括凸台、固定柱和螺纹柱，所述螺纹柱具有用于与拉伸试验机上端固定连接的螺纹段，所述螺纹柱底部通过所述固定柱与所述凸台固定连接，所述凸台顶面具有用于与叶片耐磨合金块贴合的施力面。

4、有益效果是：支撑柱对两个夹板进行支撑。两个夹板通过紧固螺栓将叶片榫齿与两个夹板的夹持面配合并夹紧。使得榫齿轮夹具更贴近叶片的实际工况。

5、凸台通过固定柱与螺纹柱固定连接，螺纹柱与拉伸试验机上端连接。通过拉伸试验机以一定的速率上升，对与凸台顶面贴合的叶片耐磨合金块施以剪切力。可模拟叶片耐磨合金块在实际工况中的受力情况。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

7、进一步，所述榫齿轮夹具还包括底板，所述底板的顶部与所述支撑柱的底部固定连接。

8、采用上述进一步方案的有益效果是：增加支撑柱的稳定性。

9、进一步，所述夹板夹持面具有榫齿槽。

10、采用上述进一步方案的有益效果是：夹持面中具有与叶片榫齿相匹配的榫齿槽，可将叶片榫齿端夹紧固定，避免在实验中叶片榫齿端发生晃动，影响实验效果。

11、进一步，所述凸台的厚度大于叶片耐磨合金块的厚度。

12、采用上述进一步方案的有益效果是：避免在实验中，凸台的厚度过薄会导致凸台的损坏。

13、本发明还提供叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的检测方法，包括以下步骤：

14、步骤一：将螺纹柱与拉伸试验机上端的拉伸头固定连接，将支撑柱与所述拉伸试验机下端固定连接；

15、步骤二：将叶片榫头夹在两个夹板之间，控制所述拉伸头上升，直至所述施力面与叶片耐磨合金块底面贴合；

16、步骤三：启动所述拉伸试验机，控制所述拉伸头以不大于mm/min的试验速率上升，所述施力面对所述叶片耐磨合金块平稳施加剪切力，直至所述叶片耐磨合金块断裂为止，获取所述拉伸头受到的最大力值fm。

17、有益效果是：通过螺纹柱将凸台与拉伸实验机固定连接，通过支撑柱将榫齿轮夹具与拉伸实验机固定连接，尽量减少实验中因工装的发生位移导致实验数据不准确。

18、进一步，还包括步骤四：计算所述叶片耐磨合金块断裂后截面的受剪切面积s0。

19、采用上述进一步方案的有益效果是：可根据叶片耐磨合金块断裂后截面的受剪切面积得到叶片耐磨合金块抗剪切强度t。

20、进一步，计算所述叶片耐磨合金块断裂后截面的受剪切面积的公式为：

21、

22、其中，s0表示剪切面积，d表示所述叶片耐磨合金块的厚度，l1表示所述叶片耐磨合金块在叶冠内流道面断裂长度，l2表示所述叶片耐磨合金块在叶冠外流道面断裂长度。

23、采用上述进一步方案的有益效果是：当叶片耐磨合金块断裂后截面为平行四边形时，通过公式s0，可精确计算出截面的面积。

24、进一步，还包括步骤五：计算所述叶片耐磨合金块抗剪切强度t。

25、采用上述进一步方案的有益效果是：可通过叶片耐磨合金块抗剪切强度t评估叶片在使用过程中叶片耐磨合金块掉块的风险。

26、进一步，计算所述叶片耐磨合金块抗剪切强度t的公式为：

27、

28、其中，q表示剪切力，fm表示拉伸头受到的最大力值，s0表示剪切面积。

29、采用上述进一步方案的有益效果是：在得到拉伸头受到的最大力值fm后，根据力的平衡关系可知道f-q＝0，则q＝f，进而得到叶片耐磨合金块的剪切力。

30、进一步，所述叶片耐磨合金块的一端和叶片主体的夹角呈锐角，所述施力面与所述叶片耐磨合金块的一端底面贴合。

31、采用上述进一步方案的有益效果是：将叶片耐磨合金块的一端和叶片主体的夹角呈锐角的一侧与施力面贴合在一起，避免实验过程中，叶片耐磨合金块与凸台相分离。

技术特征：

1.叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具，其特征在于，包括榫齿轮夹具(1)和凸台组件(2)，所述榫齿轮夹具(1)包括支撑柱(102)、两个夹板(103)和紧固螺栓，其中一个所述夹板(103)与所述支撑柱(102)固定连接，另一个所述夹板(103)与所述支撑柱(102)滑动连接，所述紧固螺栓的中部与其中一个所述夹板(103)螺纹传动连接，所述紧固螺栓的端部与另一个所述夹板(103)转动配合，两个所述夹板(103)相向的一侧具有夹持面；

2.根据权利要求1所述叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具，其特征在于，所述榫齿轮夹具(1)还包括底板(101)，所述底板(101)的顶部与所述支撑柱(102)的底部固定连接。

3.根据权利要求1所述叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具，其特征在于，所述夹板(103)夹持面具有榫齿槽。

4.根据权利要求1-3任一项所述叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具，其特征在于，所述凸台(201)的厚度大于叶片耐磨合金块(4)的厚度。

5.叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具实现，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的检测方法，其特征在于，还包括步骤四：计算所述叶片耐磨合金块(4)断裂后截面的受剪切面积s0。

7.根据权利要求6所述叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的检测方法，其特征在于，计算所述叶片耐磨合金块(4)断裂后截面的受剪切面积的公式为：

8.根据权利要求6所述叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的检测方法，其特征在于，还包括步骤五：计算所述叶片耐磨合金块(4)抗剪切强度t。

9.根据权利要求8所述叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的检测方法，其特征在于，计算所述叶片耐磨合金块(4)抗剪切强度t的公式为：

10.根据权利要求5所述叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的检测方法，

技术总结
本发明涉及叶片耐磨合金块与叶冠剪切强度的夹具及其检测方法,属于航空发动机技术领域，包括榫齿轮夹具和凸台组件，榫齿轮夹具包括支撑柱、两个夹板和紧固螺栓，其中一个夹板与支撑柱固定连接，另一个夹板与支撑柱滑动连接，紧固螺栓的中部与其中一个夹板螺纹传动连接，紧固螺栓的端部与另一个夹板转动配合，两个夹板相向的一侧具有夹持面；凸台组件包括凸台、固定柱和螺纹柱，螺纹柱具有用于与拉伸试验机上端固定连接的螺纹段，螺纹柱底部通过固定柱与凸台固定连接，凸台顶面具有用于与叶片耐磨合金块贴合的施力面，目的是测试出涡轮转子叶片耐磨合金块与叶冠断裂的最大外力。

技术研发人员：付计飞,刘静波,韩丹,龚天玉,杨瑞宁
受保护的技术使用者：贵阳航发精密铸造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27