一种压气机导叶调节机构测量装置的制作方法

1.本发明属于航空发动机装配技术领域，具体是一种压气机导叶调节机构测量装置。


背景技术：

2.在压气机设计中，可调导叶作为一种主动手段，可有效避免压气机在非设计工况下发生失速和喘振，通过导叶角度的合理调节可有效改善压气机的非设计工况性能，扩大压气机稳定工作范围，因此，调节过程中导叶实际角度在涡轴发动机工作中尤为重要，其主要影响因素有叶片本身加工精度和调节机构的调节精度。
3.现有技术的导叶调节机构主要由联动环、摇臂、操纵杆、连杆等组成，由作动筒通过连杆驱动操纵杆，操纵杆通过连杆与联动环、作动筒相连，将作动筒的直线运动转化为联动环的转动，从而控制导叶角度的变化。
4.导叶调节机构的测量主要包括导叶角度分散度检查和角度
‑
行程关系检查。目前，导叶角度分散度的检查方式主要是通过三坐标计量叶片特定高度的叶型，并与理论叶型对比，从而得出叶片角度分散度；但是，这种方式的工作量大，计算时间长，对检验人员的技术水平要求高。而角度
‑
行程关系检查是在发动机总装完毕安装在试验车台后，再以刻度盘或理论基准孔为参考，通过手动转动操纵杆记录作动筒对应行程；这种方式因为人工操作存在一定的误差，且无法在发动机总装前识别是否符合设计要求，出现问题，只能下台返厂检查，造成大量的二次工作。
5.因此，本发明提供了一种压气机导叶调节机构测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种压气机导叶调节机构测量装置，以解决如下技术问题：
7.1)三坐标计量的导叶角度分散度方法随着可调导叶级数和叶片数的增加会带来巨大的工作量，相应的计量时间也会大大延长，最终影响后续发动机的批量生产进度；且这种方法对检验人员配置有一定的要求，需专业技术人员进行比对工作，部分常规检验人员无法完成该项工作。
8.2)台上标定的角度
‑
行程关系检查方法由于作动筒在试验台上通电后无法进行主动行程推进，故只能通过人为转动操纵杆进行标定工作，从而导致标定时的传递路径是“操纵杆—连杆—作动筒连杆—作动筒”，与实际导叶机构的主动
‑
从动关系相反，造成台上标定存在一定误差，无法准确反映实际的导叶角度
‑
作动筒行程关系；且这种方法无法在发动机总装前识别出角度
‑
行程关系是否满足设计要求，一旦出现问题，只能下台返厂检查，造成大量的二次工作。
9.根据本发明的一个方面，提供一种压气机导叶调节机构测量装置，所述测量装置
与压气机机匣装配，包括装配在压气机机匣内部叶片角度分散度检查工装，用来检查压气机机匣内各个叶片的实际安装角；装配在压气机机匣外部的角度
‑
行程关系检查工装，所述角度
‑
行程关系检查工装通过模拟发动机作动筒的工作状态，在发动机总装前测量作动筒行程与导叶角度的关系。
10.根据本发明的一个实例性的实施例，所述叶片角度分散度检查工装包括第一法兰、径向高度板、支撑块、第一压板、第一插销以及刻度盘，所述第一法兰通过螺钉装配在压气机机匣上，所述径向高度板装配在第一法兰和压气机机匣之间并形成滑动连接，所述支撑块滑动连接在径向高度板的伸长段上，所述第一压板通过第一插销与支撑块形成转动连接。
11.根据本发明的另一个实例性的实施例，所述支撑块由顶部的装配部和底部的支撑部组成，装配部套在带有刻度标识的伸长段上并形成滑动连接，装配部开设有与伸长段适配的通孔，通孔顶部开设有刻度视口窗，通孔侧面开设有螺纹孔；支撑部呈杆状结构，其底部固定连接有第一插销，其顶部固定连接有刻度盘。
12.根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一压板与第一插销之间为间隙配合，所述第一压板的侧面按照理论叶型进行型面加工并与叶片抵接。
13.根据本发明的另一个实例性的实施例，所述叶片角度分散度检查工装的检查步骤如下：
14.s1：将叶片角度分散度检查工装安装在压气机机匣上；
15.s2：在使用前，对叶片角度分散度检查工装进行工装初始位置检查与标定；
16.s3：观察径向高度板的刻度，推动支撑块至所需测量的叶片径向高度位置，拧紧螺钉固定支撑块；
17.s4：调整叶片测量角度，沿第一法兰周向滑动支撑块并旋转第一压板，使第一压板右侧叶型面紧贴第一个测量叶片，拧紧螺钉固定支撑块位置；
18.s5：读出并记录径向高度板和刻度盘对应的角度值；
19.s6：依次滑动径向高度板至其余叶片处，重复步骤s2
‑
s5，得到各叶片的角度分散度。
20.根据本发明的另一个实例性的实施例，所述角度
‑
行程关系检查工装包括第二法兰、支撑座、第二压板、作动筒、关节轴承以及第二插销，所述第二法兰通过螺钉固定在压气机机匣上，所述第二法兰靠近压气机机匣的一侧呈圆弧段，所述第二法兰远离圆弧段的两个角中的一个向内部开设有直角缺角，直角缺角相垂直的两个面分别为a基准面和b基准面。
21.根据本发明的另一个实例性的实施例，所述支撑座固定连接在第二法兰上，支撑座与第二法兰的相对位置与a基准面以及b基准面相适配，所述支撑座远离第二法兰的一侧开设有定位槽，定位槽底部开设有对称设置的销孔。
22.根据本发明的另一个实例性的实施例，所述支撑座开设有定位槽的一侧固定连接有第二压板，所述第二压板上开设有与定位槽销孔适配的腰型槽，所述第二压板沿腰型槽设有初始位置为零的刻度标识；定位槽内贯穿有作动筒，所述作动筒上开设有与腰型槽适配的销孔，所述定位槽、作动筒以及腰型槽同时被第二插销贯穿，所述作动筒的一端装配有关节轴承，关节轴承与发动机导叶调节机构连接。
23.根据本发明的另一个实例性的实施例，所述角度
‑
行程关系检查工装的检查步骤如下：
24.s1：将角度
‑
行程关系检查工装安装在压气机机匣上；
25.s2：在使用前对角度
‑
行程关系检查工装需进行工装初始位置检查与标定；
26.s3：作动筒上的关节轴承与作动筒连杆螺栓连接；
27.s4：将第二插销拔出支撑座销孔，推动作动筒在支撑座定位槽内直线运动，带动操纵杆转动，第二插销随作动筒一起运动，记录第二压板的行程以及对应的导叶刻度盘读数。
28.根据本发明的另一个实例性的实施例，所述压气机导叶调节机构测量装置的测量步骤如下：
29.s1：在使用前，分别对角度
‑
行程关系检查工装和叶片角度分散度检查工装需进行工装初始位置检查与标定；
30.s2：将角度
‑
行程关系检查工装和叶片角度分散度检查工装均装配在压气机机匣上；
31.s3：先将角度
‑
行程关系检查工装的第二插销拔出支撑座销孔，推动作动筒，作动筒在支撑座定位槽内直线运动，带动操纵杆转动，第二插销随作动筒一起运动，记录第二插销对应的第二压板的行程刻度；
32.s4：通过叶片角度分散度检查工装测量此时作动筒行程对应的叶片角度；
33.s5：再次推动作动筒至其余所需测量的作动筒行程，重复步骤s2和s3，得到其余作动筒行程对应的各个叶片安装角。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
35.1、本发明通过设置叶片角度分散度检查工装和角度
‑
行程关系检查工装，可以实现在发动机总装前即可通过两个工装对导叶角度分散度和角度
‑
行程关系进行检查，检测导叶加工、安装是否满足设计要求，确保压气机气动性能与一致性。
36.2、本发明设置的叶片角度分散度检查工装，其径向高度板可以在第一法兰和压气机机匣之间滑动，可以针对多个导叶快速换位，整体所需的测量时间短，有效提高后续发动机的批量生产效率；且叶片角度分散度检查工装原理简单易理解，对操作人员的专业度要求低，常规检验人员即可借助叶片角度分散度检查工装完成导叶的角度分散度测量。
37.3、本发明设置的角度
‑
行程关系检查工装可以在发动机总装前识别出导叶调节是否满足设计要求，防止返厂反复，避免大量的二次工作，节约时间成本。
附图说明
38.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
39.图1为一种压气机导叶调节机构测量装置的整体结构示意图；
40.图2为叶片安装角示意图；
41.图3为叶片角度分散度检查工装的整体结构示意图；
42.图4为叶片角度分散度检查工装爆炸图；
43.图5为叶片角度分散度检查工装的装配示意图；
44.图6为角度
‑
行程关系检查工装的整体结构示意图；
45.图7为图6的a向视图；
46.图8为角度
‑
行程关系检查工装爆炸图；
47.图9为角度
‑
行程关系检查工装的装配示意图；
48.图10为角度
‑
行程关系检查工装初始位置标定示意图。
49.图中：1、叶片角度分散度检查工装；2、角度
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行程关系检查工装；3、压气机机匣；
50.101、第一法兰；102、径向高度板；103、支撑块；104、第一压板；105、第一插销；106、刻度盘；
51.201、第二法兰；202、支撑座；203、第二压板；204、作动筒；205、关节轴承；206、第二插销。
具体实施方式
52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种压气机导叶调节机构测量装置限制。
53.另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
54.根据本发明的一个总体技术构思，如图1
‑
10所示，提供一种压气机导叶调节机构测量装置，包括装配在压气机机匣3内部的叶片角度分散度检查工装1，如图2所示，叶片角度分散度检查工装1用来检查各个叶片实际安装角，即叶片工艺弦长与发动机轴线的夹角。
55.叶片角度分散度检查工装1由第一法兰101、径向高度板102、支撑块103、第一压板104、第一插销105以及刻度盘106组装而成，压气机机匣3上设有均布的螺纹孔，第一法兰101盘上与压气机机匣3上的螺纹孔相对应，均匀开设有螺纹孔，安装时将第一法兰101盘盖在压气机机匣3上，螺纹孔内安装螺钉，螺钉可以同时连接压气机机匣3和第一法兰101盘上的螺纹孔，将第一法兰101盘固定在压气机机匣3上；第一法兰101盘与压气机机匣3贴合的一面上开设有一个环形凹槽来卡接径向高度板102，而在与压气机机匣3装配用螺纹孔的内圈，还开设有一圈均布的螺纹孔用来固定径向高度板102；第一法兰101内圆面的底部设有刻度标识，用来测量径向高度板102的角向位置，继而得到各个叶片的周向均布情况。
56.径向高度板102由一段弧形板机加工而成，其上下两面相互远离的两端分别开设有两段环形台阶，环形台阶的一个装配在第一法兰101盘的环形凹槽内使得径向高度板102可以沿周向滑动，环形台阶的另一个抵接在压气机机匣3上，使得径向高度板102的内圆面与第一法兰101内圆面重合，同时径向高度板102内圆面的顶部，以中心轴线为起点向一侧延伸有刻度标识；在中心轴线上还设有指向圆心的伸长段，伸长段为带有刻度的正多边形杆。
57.伸长段上安装有支撑块103，支撑块103由顶部的装配部和底部的支撑部组成，装配部整体呈一个正方体，开设有与伸长段适配的多边形通孔，支撑部在垂直于支撑部的一侧上开设有与多边形通孔相连通的螺纹孔；在安装时，将支撑块103套在伸长段上，二者之间为间隙配合以便于支撑块103可以在伸长段上顺畅滑动；装配部的底部开设有刻度视口窗；在使用时，支撑块103到达标定位置后，在侧面的螺纹孔拧入螺钉，使得螺钉抵接在伸长
段上，限制支撑块103在伸长段上的轴向移动，来将支撑块103固定在所需测量的叶片径向高度位置处；支撑部为杆状结构，支撑部尾部开设有与伸长段方向一致的销孔；支撑块103在支撑杆的顶部焊接有刻度盘106，来与第一压板104配合使用以便于测量叶片安装角。
58.支撑块103上装配有第一压板104，第一压板104上也开设有销孔，支撑块103和第一压板104的销孔同时被第一插销105贯穿，第一插销105可以与支撑块103固定连接，也可以与支撑块103过盈配合来防止第一插销105与支撑块103的相对转动；同时，第一压板104与第一插销105之间为间隙配合，保证第一压板104可以绕第一插销105旋转；第一压板104顶部设有指针，同时，第一压板104的一侧面按照理论叶型进行型面加工，使得第一压板104可以与测量叶片贴合，在贴合稳定后，可以直接独处第一压板104旋转角度，也即叶片安装角。
59.下面，对叶片角度分散度检查工装1的检查步骤进行详细说明，包括以下步骤：
60.s1：将叶片角度分散度检查工装1安装在压气机机匣3上；
61.s2：在使用前，对叶片角度分散度检查工装1进行工装初始位置检查与标定，当第一压板104与发动机轴线平行时，检查此时专用工装刻度盘106是否对零；
62.s3：通过观察径向高度板102的刻度，推动支撑块103至所需测量的叶片径向高度位置，拧紧螺钉固定支撑块103；
63.s4：转动操纵杆至所有叶片旋转所需测量的角度，沿第一法兰101周向滑动支撑块103并旋转第一压板104，使第一压板104右侧叶型型面紧贴第一个测量叶片，拧紧螺钉固定支撑块103位置；
64.s5：读出并记录径向高度板102和刻度盘106对应的角度值；
65.s6：松开螺钉，将支撑块103往外推动至与叶片不干涉，滑动径向高度板102至第二个叶片处，如此反复步骤s2
‑
s5，可得到每个叶片对应的支撑块103和刻度盘106的角度值，即得到叶片周向位置均布情况和各个叶片的角度分散度。
66.本发明还包括装配在压气机机匣3外部的角度
‑
行程关系检查工装2，如图6
‑
10所示，通过设计专用的作动筒204工装，来模拟发动机作动筒204的工作状态，以便于在发动机总装前，了解作动筒204行程与导叶角度的关系。
67.角度
‑
行程关系检查工装2由第二法兰201、支撑座202、第二压板203、作动筒204、关节轴承205和第二插销206组装而成，第二法兰201的一侧为圆弧段，圆弧段尺寸与压气机机匣3适配，在圆弧段上沿周向均匀开设有四个螺纹孔，使得第二法兰201通过螺钉固定在压气机机匣3上；第二法兰201远离圆弧段的两个角中的一个向第二法兰201内部开设有直角缺角，直角缺角相垂直的两个边作为两个基准面，两个基准面与圆弧段邻面相交的一个面为b基准面，两个基准面的另一面为a基准面。
68.将支撑座202焊接在第二法兰201上，焊接时，使圆弧段处于底部，使直角缺角处于右上角，通过a基准面和b基准面计算支撑座202的安装位置，将支撑座202放于标定位置处并焊接在一起；支撑座202远离焊接面的一面上在其中心位置处开设有定位槽，定位槽的槽底上开设有对称设置的定位孔；支撑座202在开设有定位槽的面上覆盖有适配的第二压板203，第二压板203与支撑座202通过螺钉固定在一起，第二压板203上还开设有与定位槽上定位孔相适配的腰型槽，第二压板203在腰型槽边缘上还设有刻度标识，刻度标识初始位置为零；定位槽中装配有作动筒204，作动筒204与定位槽为过渡配合或间隙配合，使得作动筒
204可以在定位槽中作直线运动，作动筒204在与腰型槽相适配的位置上开设有销孔，用来装配第二插销206；同时，第二插销206还与第二压板203上的刻度标识配合使用，可以通过第二插销206直接在刻度标识上读出作动筒204相应行程；作动筒204的一端还安装有关节轴承205，关节轴承205与发动机导叶调节机构相连。
69.进一步地，如图10所示，a基准面与关节轴承205以及压气机机匣3相关部件具有安装位置尺寸l1和l3，b基准面与关节轴承205以及压气机机匣3相关部件具有安装位置尺寸l2和l4，作动筒204中心轴线与压气机机匣3相关部件具有安装位置角度θ。
70.下面，对角度
‑
行程关系检查工装2的检查步骤进行详细说明，包括以下步骤：
71.s1：将角度
‑
行程关系检查工装2安装在压气机机匣3上，第二法兰201与压气机机匣3螺栓连接，装配示意见图9；
72.s2：在使用前对角度
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行程关系检查工装2需进行工装初始位置检查与标定，第二插销206依次穿入第二压板203的腰型槽、作动筒204的销孔和支撑座202的右侧销孔，检查此时图10所示的安装位置尺寸(l1
‑
l4、θ)，确保与发动机保持一致；
73.s3：作动筒204上的关节轴承205与作动筒204连杆螺栓连接；
74.s4：将第二插销206拔出支撑座202销孔(此时第二插销206仍在作动筒204销孔内)，推动作动筒204在支撑座202定位槽内直线运动，从而带动操纵杆转动，第二插销206随作动筒204一起运动，记录第二压板203的行程以及对应的导叶刻度盘106读数。
75.下面，如图1所示，对叶片角度分散度检查工装1和角度
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行程关系检查工装2进行组合检查的步骤进行详细说明，组合检查时将两套检查工装均装配在压气机机匣3上，通过推动角度
‑
行程关系检查工装2的作动筒204旋转叶片，然后用叶片角度分散度检查工装1测量此时叶片的安装角，测量步骤如下：
76.s1：在使用前，分别对角度
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行程关系检查工装2和叶片角度分散度检查工装1需进行工装初始位置检查与标定：
77.角度
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行程关系检查工装2：第二插销206依次穿入第二压板203的腰型槽、作动筒204的销孔和支撑板的右侧销孔，检查此时图10所示的安装位置尺寸(l1
‑
l4、θ)，确保与发动机保持一致；
78.叶片角度分散度的专用工装：当第一压板104与发动机轴线平行时，检查此时专用工装刻度盘106是否对零；
79.s2：将角度
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行程关系检查工装2和叶片角度分散度检查工装1均装配在压气机机匣3上，角度
‑
行程关系检查工装2的作动筒204上的关节轴承205与作动筒204连杆螺栓连接见图9；
80.s3：先将角度
‑
行程关系检查工装2的第二插销206拔出支撑座202销孔(此时第二插销206仍在作动筒204销孔内)，沿图1箭头方向推动作动筒204，作动筒204在支撑座202定位槽内直线运动，从而带动操纵杆转动，第二插销206随作动筒204一起运动，记录第二插销206对应的第二压板203的行程刻度(即作动筒204行程)；
81.s4：通过叶片角度分散度检查工装1测量此时作动筒204行程对应的叶片角度，具体操作如下：
82.a)滑动支撑块103至所需测量的叶片径向高度位置(观察径向高度板102刻度)，拧紧螺钉固定支撑块103；
83.b)沿第一法兰101周向滑动支撑块103并旋转第一压板104，使第一压板104右侧的叶型型面紧贴第一个测量叶片，拧紧第一法兰101上的螺钉固定支撑块103位置，读出刻度盘106对应的角度值(即第一个叶片的安装角)；
84.c)松开螺钉，将支撑块103往压气机机匣3中心推动至与叶片不干涉，再沿第一法兰101周向滑动径向高度板102至第二个叶片处，重复上述步骤，可得到每个叶片安装角；
85.s5：再次沿图1箭头方向推动作动筒204，至第二个所需测量的作动筒204行程，重复步骤s2和s3，即可得到第二个作动筒204行程对应的各个叶片安装角，如此反复可得到多个作动筒204行程对应的叶片安装角。
86.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。