本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)，具體涉及一種基于氣缸型接觸式位移傳感器組的航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤緊固力檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪是將低壓渦輪盤的動(dòng)力傳遞給風(fēng)扇的一種結(jié)構(gòu)，它的工作轉(zhuǎn)速高，傳遞扭矩值大。低壓渦輪軸盤的裝配工作主要由螺栓擰緊操作組成，擰緊力大小、擰緊順序、擰緊次數(shù)等緊固工藝參數(shù)會(huì)對(duì)螺栓的預(yù)緊力大小產(chǎn)生影響，繼而對(duì)于軸-盤連接界面接觸應(yīng)力、盤面變形及低壓渦輪軸同軸度、低壓渦輪軸盤動(dòng)剛度及動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性等產(chǎn)生顯著影響，不合理的緊固工藝將降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸運(yùn)行可靠性。

目前裝配現(xiàn)場(chǎng)是通過監(jiān)測(cè)擰緊螺栓時(shí)的扭矩值來控制螺栓的預(yù)緊力的大小，難以準(zhǔn)確保證各螺栓軸向力的一致性。螺栓預(yù)緊過程中，輸入能量只有大約10％轉(zhuǎn)化為螺栓的預(yù)緊力，其它約90％轉(zhuǎn)化為螺栓-被連接件接觸端面及螺紋牙面摩擦損耗，端面及牙面摩擦系數(shù)的微小波動(dòng)將導(dǎo)致螺栓軸向力的不一致性；預(yù)緊過程中施加扭矩常使螺栓達(dá)到彈性-塑性臨界狀態(tài)，扭矩與預(yù)緊力不再符合線性關(guān)系，更對(duì)預(yù)緊力精確控制提出了難題；即使采用扭矩-轉(zhuǎn)角符合控制策略，不同螺栓間端面摩擦系數(shù)、牙面摩擦系數(shù)的差異性也將導(dǎo)致螺栓軸向力出現(xiàn)隨機(jī)性；航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤連接螺栓數(shù)目達(dá)數(shù)十個(gè)，目前主要采用人工擰緊方式，某些螺栓也容易發(fā)生擰緊力不足的問題。

測(cè)試預(yù)緊過程中螺栓伸長(zhǎng)量是精確控制預(yù)緊力的方法之一，但航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤用螺栓屬于短螺栓，考慮到測(cè)試儀器的誤差，采用超聲測(cè)長(zhǎng)儀等設(shè)備也難以準(zhǔn)確測(cè)定該類螺栓預(yù)緊力。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤連接預(yù)緊力測(cè)試方法未見相關(guān)文獻(xiàn)?，F(xiàn)有螺栓預(yù)緊狀態(tài)測(cè)試技術(shù)有以下幾種方法：

1)CN 105241598公開了《一種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子預(yù)緊力測(cè)量方法及系統(tǒng)》，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的中心拉桿上選取與其它零件不會(huì)干涉的橫截面作為測(cè)量截面，在測(cè)量界面的圓周外沿上設(shè)置光纖光柵應(yīng)變傳感器，發(fā)射光信號(hào)給光纖光柵應(yīng)變傳感器并接收光纖光柵應(yīng)變傳感器反射的光束，根據(jù)接收的光纖光柵應(yīng)變傳感器反射的光束的中心波長(zhǎng)偏移得到光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變值，進(jìn)而得到中心拉桿的軸向預(yù)緊力。但該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)為中心拉桿，與低壓渦輪軸盤螺栓連接方式有所不同，針對(duì)低壓渦輪軸盤連接結(jié)構(gòu)數(shù)十個(gè)螺栓布置光纖光柵傳感器困難，且難以保證低壓渦輪軸各個(gè)螺栓與被連接件不發(fā)生干涉。

2)CN 102519652 B公開了《一種測(cè)試螺栓預(yù)緊力的裝置及其控制方法》，通過在螺栓上安裝測(cè)量輔助裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力間接測(cè)量；CN 103439035 B公開了《一種螺紋緊固件預(yù)緊力測(cè)量方法及其測(cè)量裝置》，通過在緊固件和被緊固物體之間安裝一個(gè)螺紋緊固件預(yù)緊力測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)測(cè)量；CN 103616118 B公開了《螺栓及其預(yù)緊力的檢測(cè)系統(tǒng)、控制方法》，通過在螺栓光桿段的外表面上貼附應(yīng)變片，在螺栓頭上開設(shè)第一通孔，導(dǎo)線通過第一通孔，將應(yīng)變片和測(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力測(cè)量；CN 103884463公開了《復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)預(yù)緊力在線監(jiān)測(cè)方法》，將應(yīng)變傳感器埋入到金屬螺栓中，應(yīng)變傳感器與應(yīng)變儀的測(cè)量通道相連，測(cè)試螺栓承受的預(yù)緊力；CN204493395U公開了《一種智能螺栓》，包括內(nèi)部開設(shè)有通孔的螺栓本體，光纖光柵傳感器本體通過固定螺塞固定設(shè)置在螺栓本體的通孔內(nèi)。但是，航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤裝配過程中，不允許在緊固件和被連接件之間安裝壓力傳感器，因?yàn)榘惭b壓力傳感器一方面將影響連接件、被連接件剛度比，同時(shí)也影響結(jié)合面壓力分布及使用過程的可靠性；低壓渦輪軸盤連接用螺栓也不允許在螺栓頭等部位制孔，及在螺栓中置入傳感器，以避免影響螺栓使用可靠性；低壓渦輪軸盤連接結(jié)構(gòu)中螺栓的密集排布也決定難以連接附加裝置測(cè)試螺栓軸向力。

3)CN 104791351公開了《緊固件預(yù)緊力的光學(xué)測(cè)量》，該緊固件包括頭部、桿，以及具有外表面和在所述外表面中軸向延伸的通道，光學(xué)透射的應(yīng)變敏感材料填充所述通道，通過將光發(fā)送到被填充的通道入口同時(shí)對(duì)所述緊固件施加扭矩，測(cè)量被填充通道的出口處的光電頻率，根據(jù)測(cè)得頻率確定所述緊固件上的預(yù)緊力；US 6,829,944 B1公開了一種緊固件拉力測(cè)量系統(tǒng)，其通過測(cè)量緊固件頭部變形，根據(jù)該變形量與緊固力的函數(shù)關(guān)系測(cè)定緊固力，緊固件頭部變形測(cè)量可采用光學(xué)測(cè)量、電容式傳感器、光學(xué)圖像、氣動(dòng)測(cè)量及壓縮電阻式測(cè)量方式；Sayed A.Nassar,Aidong Meng等提出了應(yīng)用散斑干涉技術(shù)，通過監(jiān)測(cè)被連接件位移監(jiān)測(cè)螺栓緊固力的方法。但是，航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤連接用螺栓不允許在其表面制作軸向延伸通道；另一方面，航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸盤連接結(jié)構(gòu)中，法蘭結(jié)構(gòu)中密集排布數(shù)十個(gè)螺栓，螺栓間距僅為數(shù)毫米，被連接件受力、變形狀態(tài)體現(xiàn)為多螺栓與被連接件的綜合作用，不同螺栓之間互為約束，被連接件變形機(jī)理、變形分布形態(tài)等與Sayed A.Nassar,Aidong Meng等研究的單螺栓結(jié)構(gòu)有所不同。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤連接結(jié)構(gòu)厚度為數(shù)毫米，裝配過程中，預(yù)緊力作用下航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤盤面將發(fā)生微小變形，但低壓渦輪軸盤連接結(jié)構(gòu)為多螺栓連接結(jié)構(gòu)，多螺栓之間相互影響，且相鄰螺栓間距僅為數(shù)毫米，盤面變形綜合體現(xiàn)為載荷作用下變形量的傳遞與約束作用。另一方面，航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤連接結(jié)構(gòu)為外圓直徑為數(shù)百毫米的法蘭面，使用數(shù)十顆螺栓進(jìn)行連接，針對(duì)整個(gè)盤面進(jìn)行位移量測(cè)試效率低下，如何快速、準(zhǔn)確判定各螺栓預(yù)緊狀態(tài)也是實(shí)際應(yīng)用中需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤連接螺栓預(yù)緊力測(cè)試方面的缺點(diǎn)和不足，結(jié)合多螺栓密集作用下薄壁件變形規(guī)律，發(fā)明一種快速、準(zhǔn)確檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤連接螺栓預(yù)緊力的方法及裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種基于氣缸型接觸式位移傳感器組的航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤緊固力檢測(cè)方法，其特征在于，所述氣缸型接觸式位移傳感器組包括沿直線等間距排列的第一傳感器對(duì)、第二傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)，所述間距等于位于低壓渦輪軸盤表面上的螺栓部分的外沿所在圓的直徑與位于低壓渦輪軸盤表面上的相鄰兩個(gè)螺栓部分的間距之和，第一傳感器對(duì)、第二傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)均包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的、檢測(cè)低壓渦輪軸盤的相對(duì)位移值的氣缸型接觸式位移傳感器，六個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器的軸線位于同一平面內(nèi)，

所述檢測(cè)方法具有如下步驟：

S1、獲取低壓渦輪螺栓預(yù)緊力與上下盤面相對(duì)位移大小、分布的關(guān)系：

S11、對(duì)低壓渦輪軸盤上的各螺栓進(jìn)行擰緊，選擇端面摩擦系數(shù)、牙面摩擦系數(shù)及軸向力一致的螺栓，并記錄其在低壓渦輪軸盤上的位置；

S12、制作與所述低壓渦輪軸盤相同的低壓渦輪軸盤試件，按十字交叉法對(duì)試件上的螺栓進(jìn)行擰緊，并對(duì)與步驟S11所述位置相對(duì)應(yīng)的螺栓進(jìn)行編號(hào)，記為1、2……n_max-1、n_max；

S13、在編號(hào)3～n_max-2的范圍內(nèi)依次選取四顆螺栓，按順時(shí)針方向分別標(biāo)識(shí)為n₁、n₂、n₃、n₄，按逆時(shí)針方向臨近n₁的第一顆螺栓標(biāo)識(shí)為n₀，按順時(shí)針方向臨近n₄的第一顆螺栓標(biāo)識(shí)為n₅；

S14、對(duì)選取的四顆螺栓按以下四種工況施加預(yù)緊力：

a)四顆螺栓預(yù)緊力均為預(yù)期值；

b)一顆螺栓預(yù)緊力不足或偏大、其它螺栓預(yù)緊力為預(yù)期值；

c)相鄰兩顆螺栓預(yù)緊力不足或偏大、其它螺栓預(yù)緊力為預(yù)期值；

d)間隔一顆螺栓的兩顆螺栓預(yù)緊力不足或偏大、其它螺栓預(yù)緊力為預(yù)期值；

S15、第一傳感器對(duì)、第二傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)同時(shí)與低壓渦輪軸盤接觸，同時(shí)保證六個(gè)傳感器軸線在同一個(gè)平面內(nèi)，通過所述第二傳感器對(duì)獲取不同工況下n₀-n₁、n₁-n₂、n₂-n₃、n₃-n₄、n₄-n₅中間區(qū)域低壓渦輪軸盤上下盤面位置(x₂,y₂)的相對(duì)位移值u(x₂,y₂)＝u_a(x₂,y₂)-u_l(x₂,y₂)，其中，u_a(x₂,y₂)、u_l(x₂,y₂)分別為(x₂,y₂)位置上、下盤面位移值，同時(shí)，第一傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)分別獲取對(duì)應(yīng)低壓渦輪軸盤上下盤面位置(x₁,y₁)和(x₃,y₃)的相對(duì)位移值u(x₁,y₁)＝u_a(x₁,y₁)-u_l(x₁,y₁)和u(x₃,y₃)＝u_a(x₃,y₃)-u_l(x₃,y₃)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果建立盤面相對(duì)位移差與預(yù)緊力大小之間的關(guān)系：(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，其中，Δu₁₂＝u(x₁,y₁)-u(x₂,y₂)，Δu₁₃＝u(x₁,y₁)-u(x₃,y₃)，F(xiàn)_n1為施加到n₁上的預(yù)緊力，F(xiàn)_n2為施加到n₂上的預(yù)緊力，F(xiàn)_n3為施加到n₃上的預(yù)緊力，F(xiàn)_n4為施加到n₄上的預(yù)緊力；

S16、針對(duì)不同工況條件、不同預(yù)緊力作用下的n₀-n₁、n₁-n₂、n₂-n₃、n₃-n₄、n₄-n₅中間區(qū)域各個(gè)位置(Δu₁₂,Δu₁₃)進(jìn)行測(cè)試、分析，結(jié)合牙面摩擦系數(shù)、端面摩擦系數(shù)偏差引起的螺栓軸向力偏差及低壓渦輪軸盤緊固性能要求，確定判定螺栓預(yù)緊力不足或偏大的閾值：

C(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)；

S2、測(cè)試裝配過程中或裝配后的低壓渦輪軸盤結(jié)構(gòu)上下盤面相對(duì)位移：

S21、做待測(cè)螺栓與相鄰螺栓連線的垂直中心線ab，其中，a、b兩點(diǎn)分別為測(cè)試裝配過程中或裝配后的低壓渦輪軸盤結(jié)構(gòu)的法蘭結(jié)構(gòu)邊緣，設(shè)c為ab中點(diǎn)，d、e、f、g為ab上的參考點(diǎn)，記待測(cè)螺栓編號(hào)為n_c；

S22、保證ab垂直于六個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器的軸線所在的平面，沿ab移動(dòng)所述第二傳感器對(duì)，分別于a-d、f-g、e-b范圍內(nèi)均勻采集3～5個(gè)位置點(diǎn)的盤面相對(duì)位移值u(x₂,y₂)＝u_a(x₂,y₂)-u_l(x₂,y₂)，同時(shí)，第一傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)分別獲取對(duì)應(yīng)低壓渦輪軸盤上下盤面位置(x₁,y₁)和(x₃,y₃)的相對(duì)位移值u(x₁,y₁)＝u_a(x₁,y₁)-u_l(x₁,y₁)和u(x₃,y₃)＝u_a(x₃,y₃)-u_l(x₃,y₃)，計(jì)算獲得各采集位置點(diǎn)的盤面相對(duì)位移差(Δu₁₂,Δu₁₃)，各采集位置點(diǎn)的相對(duì)位移差的集合ΔU構(gòu)成描述待測(cè)螺栓預(yù)緊力的特征量，ΔU＝{Δu_{12_1},Δu_{12_2},...,Δu_{12_n},Δu_{13_1},Δu_{13_2},...,Δu_{13_n}}，其中Δu_{12_i}為第一傳感器對(duì)與第二傳感器對(duì)在位置點(diǎn)i處，測(cè)量的位移的差值，Δu_{13_i}為第一傳感器對(duì)與第二傳感器對(duì)在位置點(diǎn)i處，測(cè)量的位移的差值，i為1-n中任一整數(shù)。

S23、為判斷低壓渦輪軸盤結(jié)構(gòu)中所有螺栓預(yù)緊狀態(tài)，依次獲取編號(hào)為1、3、5……n_max-1，或2、4、6…..n_max的螺栓的各采集位置點(diǎn)相對(duì)位移差的集合；

S3、判斷各待測(cè)螺栓或相鄰螺栓是否存在預(yù)緊力不足或偏大現(xiàn)象：

根據(jù)獲取的編號(hào)為1、3、5……n_max-1，或2、4、6…..n_max的螺栓的各采集位置點(diǎn)相對(duì)位移差的集合，對(duì)于待測(cè)螺栓，ΔU中若50％以上位置點(diǎn)的盤面相對(duì)位移差(Δu₁₂,Δu₁₃)達(dá)到或超過C(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，則可判定待測(cè)螺栓或相鄰螺栓存在預(yù)緊力不足或預(yù)緊力過大現(xiàn)象；

S4、確定預(yù)緊力不合理螺栓，及預(yù)緊力偏差值：

保持ab垂直于六個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器的軸線所在的平面，設(shè)pq為ab垂直中心線，o點(diǎn)為pq與ab的交點(diǎn)，w、v點(diǎn)分別為po、oq中點(diǎn)，沿pq移動(dòng)所述第二傳感器對(duì)，依次測(cè)量p、w、o、v、q各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的盤面相對(duì)位移值，同時(shí)，第一傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)分別獲取對(duì)應(yīng)低壓渦輪軸盤上下盤面位置的相對(duì)位移值，從而得到預(yù)緊力偏差對(duì)應(yīng)的盤面相對(duì)位移差特征集ΔU_d＝{(Δu_{12_p},Δu_{13_p}),(Δu_{12_w},Δu_{13_w}),(Δu_{12_o},Δu_{13_o}),(Δu_{12_v},Δu_{13_v}),(Δu_{12_q},Δu_{13_q})}，根據(jù)盤面相對(duì)位移差與預(yù)緊力大小之間的關(guān)系：(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，則可判定存在預(yù)緊力偏差的螺栓及預(yù)緊力偏差值。

所述步驟S11中所述擰緊指的是應(yīng)用螺栓軸向力測(cè)試系統(tǒng)對(duì)各螺栓進(jìn)行3次以上擰緊。

所述步驟S12中制作與所述低壓渦輪軸盤相同的低壓渦輪軸盤試件指的是制作與所述低壓渦輪軸盤同樣材料、同樣法蘭內(nèi)外徑、同樣法蘭厚度、同樣螺栓間距、結(jié)合面精度的1/4的低壓渦輪軸盤試件。

所述預(yù)期值為擰緊螺栓所需扭矩值。

所述S21中d距a點(diǎn)5mm，e距b點(diǎn)5mm，f位于ac連線上、距c點(diǎn)3mm，g位于bc連線上、距c點(diǎn)3mm。

所述步驟S4中p、q點(diǎn)分別距o點(diǎn)2mm。

位于同一傳感器對(duì)中的兩個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器同軸。

本發(fā)明還公開了一種基于氣缸型接觸式位移傳感器組的航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤緊固力檢測(cè)裝置，其特征在于：安裝平臺(tái)、主軸箱和氣缸型接觸式位移傳感器組，

所述主軸箱通過基座與所述安裝平臺(tái)連接，所述主軸箱的后端設(shè)有電機(jī)，所述電機(jī)的輸出端通過所述主軸箱與位于所述主軸箱的前端的轉(zhuǎn)臺(tái)連接，所述轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有用于連接低壓渦輪盤的三個(gè)卡爪，所述三個(gè)卡爪以所述轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線為軸均勻分布，所述安裝平臺(tái)上還設(shè)有用于支撐所述低壓渦輪盤的輔助支撐架，

所述氣缸型接觸式位移傳感器組包括呈2×3矩陣排列的六個(gè)氣缸型接觸式位移傳感器，所述六個(gè)氣缸型接觸式位移傳感器的軸線位于同一平面內(nèi)，位于同一排的兩個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器相對(duì)設(shè)置，位于同一列的三個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器依次通過L型支撐板、傳感器支撐架、微動(dòng)進(jìn)給平臺(tái)、升降臺(tái)和水平進(jìn)給平臺(tái)與所述安裝平臺(tái)連接，

所述輔助支撐架包括下端與所述安裝平臺(tái)連接的液壓缸體，所述液壓缸體的上端設(shè)有上筒套，所述上筒套的上端具有孔，

所述液壓缸體內(nèi)設(shè)有下端具有活塞的滑柱，所述滑柱的上端穿過所述液壓缸體、并通過連接套與位于所述上筒套內(nèi)的滑桿連接，所述滑桿的另一端穿過所述孔與V型支架連接，

所述滑桿的外壁設(shè)有多個(gè)豎直設(shè)置的導(dǎo)向花鍵，所述孔內(nèi)設(shè)有與所述導(dǎo)向花鍵相匹配的滑槽，

所述V型支架的支桿上設(shè)有滾柱，所述滾柱用于支撐所述低壓渦輪盤，并且所述低壓渦輪盤可通過所述滾柱相對(duì)所述V型支架旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過測(cè)量航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪上下盤面相對(duì)位移，快速、準(zhǔn)確判斷螺栓預(yù)緊狀態(tài)，測(cè)量過程中不需要破壞螺栓結(jié)構(gòu)，精度高于當(dāng)前直接測(cè)量短螺栓長(zhǎng)度的方式；

(2)測(cè)量上下盤面相對(duì)位移，消除了傳感器進(jìn)給誤差導(dǎo)致的盤面軸向位移偏差，也減少了緊固過程中盤面坐標(biāo)基準(zhǔn)偏移的影響；根據(jù)一次測(cè)量中的上下盤面相對(duì)位移差數(shù)據(jù)判斷緊固力狀態(tài)，消除了多次測(cè)量的重復(fù)定位偏差；

(3)基于氣缸型接觸式位移傳感器，減少了Z方向的微小進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步提高了接觸式位移測(cè)量精度；

(4)基于氣缸型接觸式傳感器組的測(cè)量裝置提高了檢測(cè)效率和檢測(cè)精度，有利于裝配自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。

基于上述理由本發(fā)明可在航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)等領(lǐng)域廣泛推廣。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式中在待測(cè)螺栓與相鄰螺栓連線上做垂直中心線ab的示意圖。

圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式中沿ab由a至b的上下盤面相對(duì)位移偏差趨勢(shì)曲線圖。

圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施方式中在待測(cè)螺栓與相鄰螺栓之間做ab的垂直中心線pq的示意圖。

圖4是本發(fā)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式中沿pq由p至q的上下盤面相對(duì)位移偏差趨勢(shì)曲線圖。

圖5是本發(fā)明的具體實(shí)施方式中一種基于氣缸型接觸式位移傳感器組的航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤緊固力檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的具體實(shí)施方式中輔助支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明的具體實(shí)施方式中六個(gè)氣缸型接觸式位移傳感器與低壓渦輪軸盤位置關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種基于氣缸型接觸式位移傳感器組的航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤緊固力檢測(cè)方法，所述氣缸型接觸式位移傳感器組包括沿直線等間距排列的第一傳感器對(duì)、第二傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)，所述間距等于位于低壓渦輪軸盤表面上的螺栓部分的外沿所在圓的直徑與位于低壓渦輪軸盤表面上的相鄰兩個(gè)螺栓部分的間距之和，第一傳感器對(duì)、第二傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)均包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的、檢測(cè)低壓渦輪軸盤的相對(duì)位移值的氣缸型接觸式位移傳感器，六個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器的軸線位于同一平面內(nèi)，

所述檢測(cè)方法具有如下步驟：

S1、獲取低壓渦輪螺栓預(yù)緊力與上下盤面相對(duì)位移大小、分布的關(guān)系：

S11、對(duì)低壓渦輪軸盤上的各螺栓進(jìn)行擰緊，選擇端面摩擦系數(shù)、牙面摩擦系數(shù)及軸向力一致的螺栓，并記錄其在低壓渦輪軸盤上的位置；

S12、制作與所述低壓渦輪軸盤相同的低壓渦輪軸盤試件，按十字交叉法對(duì)試件上的螺栓進(jìn)行擰緊，并對(duì)與步驟S11所述位置相對(duì)應(yīng)的螺栓進(jìn)行編號(hào)，記為1、2……n_max-1、n_max；

S13、在編號(hào)3～n_max-2的范圍內(nèi)依次選取四顆螺栓，按順時(shí)針方向分別標(biāo)識(shí)為n₁、n₂、n₃、n₄，按逆時(shí)針方向臨近n₁的第一顆螺栓標(biāo)識(shí)為n₀，按順時(shí)針方向臨近n₄的第一顆螺栓標(biāo)識(shí)為n₅；

S14、對(duì)選取的四顆螺栓按以下四種工況施加預(yù)緊力：

a)四顆螺栓預(yù)緊力均為預(yù)期值；

b)一顆螺栓預(yù)緊力不足或偏大、其它螺栓預(yù)緊力為預(yù)期值；

c)相鄰兩顆螺栓預(yù)緊力不足或偏大、其它螺栓預(yù)緊力為預(yù)期值；

d)間隔一顆螺栓的兩顆螺栓預(yù)緊力不足或偏大、其它螺栓預(yù)緊力為預(yù)期值；

S15、第一傳感器對(duì)、第二傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)同時(shí)與低壓渦輪軸盤接觸，同時(shí)保證六個(gè)傳感器軸線在同一個(gè)平面內(nèi)，通過所述第二傳感器對(duì)獲取不同工況下n₀-n₁、n₁-n₂、n₂-n₃、n₃-n₄、n₄-n₅中間區(qū)域低壓渦輪軸盤上下盤面位置(x₂,y₂)的相對(duì)位移值u(x₂,y₂)＝u_a(x₂,y₂)-u_l(x₂,y₂)，其中，u_a(x₂,y₂)、u_l(x₂,y₂)分別為(x₂,y₂)位置上、下盤面位移值，同時(shí)，第一傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)分別獲取對(duì)應(yīng)低壓渦輪軸盤上下盤面位置(x₁,y₁)和(x₃,y₃)的相對(duì)位移值u(x₁,y₁)＝u_a(x₁,y₁)-u_l(x₁,y₁)和u(x₃,y₃)＝u_a(x₃,y₃)-u_l(x₃,y₃)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果建立盤面相對(duì)位移差與預(yù)緊力大小之間的關(guān)系：(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，其中，Δu₁₂＝u(x₁,y₁)-u(x₂,y₂)，Δu₁₃＝u(x₁,y₁)-u(x₃,y₃)，F(xiàn)_n1為施加到n₁上的預(yù)緊力，F(xiàn)_n2為施加到n₂上的預(yù)緊力，F(xiàn)_n3為施加到n₃上的預(yù)緊力，F(xiàn)_n4為施加到n₄上的預(yù)緊力；

S16、針對(duì)不同工況條件、不同預(yù)緊力作用下的n₀-n₁、n₁-n₂、n₂-n₃、n₃-n₄、n₄-n₅中間區(qū)域各個(gè)位置(Δu₁₂,Δu₁₃)進(jìn)行測(cè)試、分析，結(jié)合牙面摩擦系數(shù)、端面摩擦系數(shù)偏差引起的螺栓軸向力偏差及低壓渦輪軸盤緊固性能要求，確定判定螺栓預(yù)緊力不足或偏大的閾值：

C(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)；

S2、測(cè)試裝配過程中或裝配后的低壓渦輪軸盤結(jié)構(gòu)上下盤面相對(duì)位移：

S21、如圖1和圖2所示，做待測(cè)螺栓與相鄰螺栓連線的垂直中心線ab，其中，a、b兩點(diǎn)分別為測(cè)試裝配過程中或裝配后的低壓渦輪軸盤結(jié)構(gòu)的法蘭結(jié)構(gòu)邊緣，設(shè)c為ab中點(diǎn)，d、e、f、g為ab上的參考點(diǎn)，記待測(cè)螺栓編號(hào)為n_c；

S22、保證ab垂直于六個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器的軸線所在的平面，沿ab移動(dòng)所述第二傳感器對(duì)，分別于a-d、f-g、e-b范圍內(nèi)均勻采集3～5個(gè)位置點(diǎn)的盤面相對(duì)位移值u(x₂,y₂)＝u_a(x₂,y₂)-u_l(x₂,y₂)，同時(shí)，第一傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)分別獲取對(duì)應(yīng)低壓渦輪軸盤上下盤面位置(x₁,y₁)和(x₃,y₃)的相對(duì)位移值u(x₁,y₁)＝u_a(x₁,y₁)-u_l(x₁,y₁)和u(x₃,y₃)＝u_a(x₃,y₃)-u_l(x₃,y₃)，計(jì)算獲得各采集位置點(diǎn)的盤面相對(duì)位移差(Δu₁₂,Δu₁₃)，各采集位置點(diǎn)的相對(duì)位移差的集合ΔU構(gòu)成描述待測(cè)螺栓預(yù)緊力的特征量，ΔU＝{Δu_{12_1},Δu_{12_2},...,Δu_{12_n},Δu_{13_1},Δu_{13_2},...,Δu_{13_n}}；

S23、為判斷低壓渦輪軸盤結(jié)構(gòu)中所有螺栓預(yù)緊狀態(tài)，依次獲取編號(hào)為1、3、5……n_max-1，或2、4、6.....n_max的螺栓的各采集位置點(diǎn)相對(duì)位移差的集合；

S3、判斷各待測(cè)螺栓或相鄰螺栓是否存在預(yù)緊力不足或偏大現(xiàn)象：

根據(jù)獲取的編號(hào)為1、3、5……n_max-1，或2、4、6…..n_max的螺栓的各采集位置點(diǎn)相對(duì)位移差的集合，對(duì)于待測(cè)螺栓，ΔU中若50％以上位置點(diǎn)的盤面相對(duì)位移差(Δu₁₂,Δu₁₃)達(dá)到或超過C(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，則可判定待測(cè)螺栓或相鄰螺栓存在預(yù)緊力不足或預(yù)緊力過大現(xiàn)象；

S4、確定預(yù)緊力不合理螺栓，及預(yù)緊力偏差值：

保持ab垂直于六個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器的軸線所在的平面，如圖3和圖4所示，設(shè)pq為ab垂直中心線，o點(diǎn)為pq與ab的交點(diǎn)，w、v點(diǎn)分別為po、oq中點(diǎn)，沿pq移動(dòng)所述第二傳感器對(duì)，依次測(cè)量p、w、o、v、q各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的盤面相對(duì)位移值，同時(shí)，第一傳感器對(duì)和第三傳感器對(duì)分別獲取對(duì)應(yīng)低壓渦輪軸盤上下盤面位置的相對(duì)位移值，從而得到預(yù)緊力偏差對(duì)應(yīng)的盤面相對(duì)位移差特征集ΔU_d＝{(Δu_{12_p},Δu_{13_p}),(Δu_{12_w},Δu_{13_w}),(Δu_{12_o},Δu_{13_o}),(Δu_{12_v},Δu_{13_v}),(Δu_{12_q},Δu_{13_q})}，根據(jù)盤面相對(duì)位移差與預(yù)緊力大小之間的關(guān)系：(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，則可判定存在預(yù)緊力偏差的螺栓及預(yù)緊力偏差值。

所述步驟S11中所述擰緊指的是應(yīng)用螺栓軸向力測(cè)試系統(tǒng)對(duì)各螺栓進(jìn)行3次以上擰緊。

所述步驟S12中制作與所述低壓渦輪軸盤相同的低壓渦輪軸盤試件指的是制作與所述低壓渦輪軸盤同樣材料、同樣法蘭內(nèi)外徑、同樣法蘭厚度、同樣螺栓間距、結(jié)合面精度的1/4的低壓渦輪軸盤試件。

所述預(yù)期值為擰緊螺栓所需扭矩值。

所述S21中d距a點(diǎn)5mm，e距b點(diǎn)5mm，f位于ac連線上、距c點(diǎn)3mm，g位于bc連線上、距c點(diǎn)3mm。

所述步驟S4中p、q點(diǎn)分別距o點(diǎn)2mm。

位于同一傳感器對(duì)中的兩個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器同軸。

實(shí)施例2

如圖5-圖7所示，一種基于氣缸型接觸式位移傳感器組的航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸盤緊固力檢測(cè)裝置，其特征在于：安裝平臺(tái)1、主軸箱2和氣缸型接觸式位移傳感器組，

所述主軸箱2通過基座3與所述安裝平臺(tái)1連接，所述主軸箱2的后端設(shè)有電機(jī)4，所述電機(jī)4的輸出端通過所述主軸箱2與位于所述主軸箱2的前端的轉(zhuǎn)臺(tái)5連接，所述轉(zhuǎn)臺(tái)5上設(shè)有用于連接低壓渦輪盤6的三個(gè)卡爪7，所述三個(gè)卡爪7以所述轉(zhuǎn)臺(tái)5的軸線為軸均勻分布，所述安裝平臺(tái)1上還設(shè)有用于支撐所述低壓渦輪盤6的輔助支撐架8，

所述氣缸型接觸式位移傳感器組包括呈2×3矩陣排列的六個(gè)氣缸型接觸式位移傳感器9，所述六個(gè)氣缸型接觸式位移傳感器9的軸線位于同一平面內(nèi)，位于同一排的兩個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器9相對(duì)設(shè)置，位于同一列的三個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器9依次通過L型支撐板10、傳感器支撐架11、微動(dòng)進(jìn)給平臺(tái)12、升降臺(tái)13和水平進(jìn)給平臺(tái)14與所述安裝平臺(tái)1連接，

所述輔助支撐架8包括下端與所述安裝平臺(tái)1連接的液壓缸體15，所述液壓缸體15的上端設(shè)有上筒套16，所述上筒套16的上端具有孔，

所述液壓缸體15內(nèi)設(shè)有下端具有活塞17的滑柱18，所述滑柱18的上端穿過所述液壓缸體15、并通過連接套19與位于所述上筒套16內(nèi)的滑桿20連接，所述滑桿20的另一端穿過所述孔與V型支架21連接，

所述滑桿20的外壁設(shè)有多個(gè)豎直設(shè)置的導(dǎo)向花鍵22，所述孔內(nèi)設(shè)有與所述導(dǎo)向花鍵22相匹配的滑槽，

所述V型支架21的支桿上設(shè)有滾柱23。

位于同一排的兩個(gè)所述氣缸型接觸式位移傳感器9為一個(gè)傳感器對(duì)，相鄰傳感器對(duì)等間距排列，所述間距等于位于低壓渦輪軸盤表面上的螺栓24部分的外沿所在圓的直徑與位于低壓渦輪軸盤表面上的相鄰兩個(gè)螺栓24部分的間距之和，

所述氣缸型接觸式位移傳感器9的位置調(diào)整完成后，微動(dòng)進(jìn)給平臺(tái)12帶動(dòng)所述氣缸型接觸式位移傳感器組沿低壓渦輪軸盤的徑向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)預(yù)定位置后，所述氣缸型接觸式位移傳感器9運(yùn)動(dòng)至低壓渦輪軸盤，微動(dòng)進(jìn)給平臺(tái)12按照原路徑返回，一個(gè)測(cè)量行程完成；一個(gè)測(cè)量行程完成后，所述轉(zhuǎn)臺(tái)5帶動(dòng)低壓渦輪軸盤轉(zhuǎn)過(360/n)度，其中n為螺栓24的個(gè)數(shù)。

同樣，所述水平進(jìn)給平臺(tái)14可以快速、大行程的調(diào)整所述氣缸型接觸式位移傳感器組沿低壓渦輪軸盤的徑向位置，以防止在擰緊螺栓24時(shí)，扳手與所述氣缸型接觸式位移傳感器組發(fā)生干涉。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。