一种转子叶片榫头强度试验装置及其方法与流程

1.本技术属于航空发动机转子叶片榫头强度试验设计技术领域，具体涉及一种转子叶片榫头强度试验装置及其方法。


背景技术：

2.航空发动机中转子叶片试验件通过榫头连接在转子轮盘上，工作时，榫头承受由离心力作用产生的拉伸载荷，以及承受由气流作用产生的弯矩，是易发生破坏的危险部位，对转子叶片试验件榫头进行强度试验，考核转子叶片试验件榫头的强度，获取相关的试验数据，对于转子叶片试验件榫头的设计、改进具有重要意义。
3.当前，对转子叶片试验件榫头进行强度试验，仅能够对转子叶片试验件榫头单独施加拉伸载荷或弯矩，不能够实现对转子叶片试验件榫头拉伸载荷、弯矩的同时施加，不能够真实还原转子叶片试验件榫头工作时的受力状态，难以保证试验试验结果的可靠性。
4.鉴于上述技术缺陷的存在提出本技术。
5.需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本技术的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供一种转子叶片榫头强度试验装置及其方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
7.本技术的技术方案是：
8.一方面提供一种转子叶片榫头强度试验装置，包括：
9.叶片试验件榫头夹具，具有榫头卡槽；
10.外u型加载框；
11.内u型加载框，在外u型加载内设置，其每个侧壁对应铰接在外u型加载框的一个侧壁上，能够相对于外u型加载框摆动；
12.叶片试验件尖部连接轴，一端铰接在内u型加载框顶部，另一端指向榫头夹具，能够相对与内u型加载框转动；
13.拉伸载荷加载作动筒，连接在外u型加载框顶部；
14.弯矩加载作动筒，连接在内u型加载框的顶部。
15.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，外u型加载框的两个侧壁上具有支撑孔；
16.转子叶片榫头强度试验装置还包括：
17.两个支撑轴，每个支撑轴的一端对应穿过一个支撑孔，连接至内u型加载框对应的侧壁上。
18.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
19.两个支撑轴承，每个支撑轴承对应套接在一个支撑轴上，安装在对应的支撑孔中。
20.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，两个支撑轴承为滚棒轴承。
21.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
22.两个限位片，具有条形限位孔；
23.每个支撑轴背向内u型加载框对应侧壁的一端对应伸入到一个条形限位孔中。
24.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
25.承载架，与叶片试验件榫头夹具、拉伸载荷加载作动筒、弯矩加载作动筒、两个限位片连接。
26.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
27.承载梁，连接在承载架上，与弯矩加载作动筒连接，能够相对于承载架滑动。
28.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，外u型加载框的顶部与两个侧壁间，以可拆卸方式连接；或者，
29.内u型加载框的顶部与两个侧壁间，以可拆卸方式连接。
30.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，内u型加载框的顶部具有轴承安装孔；
31.转子叶片榫头强度试验装置还包括：
32.连接轴承，套接在叶片试验件尖部连接轴背向榫头夹具的一端，安装在轴承安装孔中。
33.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，连接轴承为圆锥滚子轴承。
34.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，叶片试验件尖部连接轴背向榫头夹具的一端，自内u型加载框的顶部凸出；
35.转子叶片榫头强度试验装置还包括：
36.可调螺栓，螺接在叶片试验件尖部连接轴凸出内u型加载框顶部的部位，抵靠在连接轴承的内圈上。
37.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，叶片试验件尖部连接轴指向榫头夹具一端的端面上具有尖部夹槽。
38.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
39.两个加强片，贴靠在尖部夹槽两个相对的侧壁上，能够紧贴在叶片试验件尖部的两侧。
40.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
41.两个滑块，卡在榫头卡槽中，能够沿榫头卡槽滑动。
42.根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
43.两个顶紧螺栓，螺接在叶片试验件榫头夹具上，每个顶紧螺栓能够对应顶紧到一个滑块上，对应的滑块被顶紧时，相对于叶片试验件榫头夹具固定。
44.另一方面提供一种转子叶片榫头强度试验方法，包括：
45.将叶片试验件的榫头卡入到榫头卡槽中，以两个顶紧螺栓顶紧对应的滑块，夹紧榫头；
46.以两个加强片紧贴在叶片试验件尖部的两侧，伸入到尖部夹槽中，以螺栓连接；
47.紧固可调螺栓，拉紧叶片试验件；
48.以拉伸载荷加载作动筒循环施加拉紧力，使榫头紧贴在榫头卡槽中；
49.以拉伸载荷加载作动筒对叶片试验件施加拉伸载荷至预定值；
50.以弯矩加载作动筒对叶片试验件施加弯矩，逐级加大，直至叶片试验件损坏；
51.以下式计算叶片试验件承受的有效弯矩：
52.m
′
＝fr
′
；
53.r
′
＝rcos(α β)；
[0054][0055][0056]
其中，
[0057]m′
为叶片试验件承受的有效弯矩；
[0058]
f为弯矩加载作动筒施加的载荷；
[0059]r′
为叶片试验件的有效力臂；
[0060]
r为叶片试验件的初始力臂；
[0061]
α为弯矩加载作动筒的偏转角度；
[0062]
β为叶片试验件的偏转角度；
[0063]
l0为弯矩加载作动筒的初始长度；
[0064]
δl为弯矩加载作动筒的收缩量。
[0065]
根据本技术的至少一个实施例，上述的转子叶片榫头强度试验方法中，叶片试验件为转子叶片的部分结构，该部分结构包括榫头。
附图说明
[0066]
图1是本技术实施例提供的转子叶片榫头强度试验装置的示意图；
[0067]
图2是本技术实施例提供的转子叶片榫头强度试验装置的局部示意图；
[0068]
图3是本技术实施例提供的计算叶片试验件承受的有效弯矩示意图；
[0069]
图4是本技术实施例提供的直接计算叶片试验件承受的弯矩误差随叶片试验件变形量增加的趋势图；
[0070]
其中：
[0071]
1-叶片试验件榫头夹具；2-外u型加载框；3-内u型加载框；4-叶片试验件尖部连接轴；5-拉伸载荷加载作动筒；6-弯矩加载作动筒；7-支撑轴；8-支撑轴承；9-限位片；10-承载架；11-承载梁；12-连接轴承；13-可调螺栓；14-叶片试验件；15-滑块；
[0072]m′
为叶片试验件承受的有效弯矩；
[0073]
f为弯矩加载作动筒施加的载荷；
[0074]r′
为叶片试验件的有效力臂；
[0075]
r为叶片试验件的初始力臂；
[0076]
α为弯矩加载作动筒的偏转角度；
[0077]
β为叶片试验件的偏转角度；
[0078]
l0为弯矩加载作动筒的初始长度；
[0079]
δl为弯矩加载作动筒的收缩量。
[0080]
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其中描述位置关系的用语仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
[0081]
为使本技术的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本技术的部分实施例，其仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
[0082]
此外，除非另有定义，本技术描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本技术描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本技术的限制。本技术描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本技术描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本技术描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0083]
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本技术的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本技术中的具体含义。
[0084]
下面结合附图1至图4对本技术做进一步详细说明。
[0085]
一方面提供一种转子叶片榫头强度试验装置，包括：
[0086]
叶片试验件榫头夹具1，具有榫头卡槽；
[0087]
外u型加载框2；
[0088]
内u型加载框3，在外u型加载2内设置，其每个侧壁对应铰接在外u型加载框2的一个侧壁上，能够相对于外u型加载框2摆动；
[0089]
叶片试验件尖部连接轴4，一端铰接在内u型加载框3顶部，另一端指向榫头夹具1，能够相对与内u型加载框3转动；
[0090]
拉伸载荷加载作动筒5，连接在外u型加载框2顶部；
[0091]
弯矩加载作动筒6，连接在内u型加载框3的顶部。
[0092]
对于上述实施例公开的转子叶片榫头强度试验装置，领域内技术人员可以理解的是，以其对航空发动机转子叶片榫头进行强度试验，可将叶片试验件14的榫头卡到榫头卡槽中，将叶片试验件14的尖部与叶片试验件尖部连接轴4指向叶片试验件榫头夹具1的一端连接，通过拉伸载荷加载作动筒5对叶片试验件14施加拉伸载荷，以及通过弯矩加载作动筒6对叶片试验件14施加弯矩，使叶片试验件14的榫头能够同时承受拉伸载荷以及弯矩，从而能够真实的还原转子叶片榫头工作时的受力状态，以此保证试验结果的可靠性。
[0093]
对于上述实施例公开的转子叶片榫头强度试验装置，领域内技术人员还可以理解的是，通过拉伸载荷加载作动筒5对叶片试验件14施加拉伸载荷，其传力路径为外u型加载框2-内u型加载框3-叶片试验件尖部连接轴4-叶片试验件14，通过弯矩加载作动筒6对叶片试验件14施加弯矩，其传力路径为-内u型加载框3-叶片试验件尖部连接轴4-叶片试验件14，设计内u型加载框3的每个侧壁对应铰接在外u型加载框2的一个侧壁上，能够相对于外u型加载框2摆动，可避免对叶片试验件14施加拉伸载荷、弯矩发生干涉，且可使拉伸载荷始终保持竖直向上。
[0094]
对于上述实施例公开的转子叶片榫头强度试验装置，领域内技术人员还可以理解的是，转子叶片具有扭转角，通过拉伸载荷加载作动筒5对叶片试验件14施加拉伸载荷，通过弯矩加载作动筒6对叶片试验件14施加弯矩时，转子叶片拉伸载荷加载作动筒5施加的拉伸载荷，弯矩加载作动筒6施加的弯矩时，会发生变形，致使其扭转角会发生变化，设计叶片试验件尖部连接轴4一端铰接在内u型加载框3的顶部，能够相对与内u型加载框3转动，可释放叶片试验件14的扭转自由度，使叶片试验件14可自由扭转，以符合转子叶片工作时受力的真实情形，保证试验结果的准确性。
[0095]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，外u型加载框2的两个侧壁上具有支撑孔；
[0096]
转子叶片榫头强度试验装置还包括：
[0097]
两个支撑轴7，每个支撑轴7的一端对应穿过一个支撑孔，连接至内u型加载框3对应的侧壁上，以此实现外u型加载框2、内u型加载框3侧壁间的铰接。
[0098]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
[0099]
两个支撑轴承8，每个支撑轴承8对应套接在一个支撑轴7上，安装在对应的支撑孔中。
[0100]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，两个支撑轴承8为滚棒轴承。
[0101]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
[0102]
两个限位片9，具有条形限位孔；
[0103]
每个支撑轴7背向内u型加载框3对应侧壁的一端对应伸入到一个条形限位孔中，能够在对应的条形限位孔中滑动，以此可有效限制外u型加载框2相对叶片试验件榫头夹具1的位移程度，避免装置及其叶片试验件14遭受意外损坏。
[0104]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
[0105]
承载架10，与叶片试验件榫头夹具1、拉伸载荷加载作动筒5、弯矩加载作动筒6、两个限位片9连接。
[0106]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
[0107]
承载梁11，连接在承载架10上，与弯矩加载作动筒6连接，能够相对于承载架10滑动。
[0108]
对于上述实施例公开的转子叶片榫头强度试验装置，领域内技术人员可以理解的是，对于不同尺寸的叶片试验件14进行强度式样，可更换与之相适配的内u型加载框3，通过滑动承载梁11，调整承载梁11的高度，使弯矩加载作动筒6连接的高度与内u型加载框3的高度相匹配，以此可增加装置的通用性。
[0109]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，外u型加载框2的顶部与两个侧壁间，以可拆卸方式连接，具体可以时通过螺栓连接；或者，
[0110]
内u型加载框3的顶部与两个侧壁间，以可拆卸方式连接，具体可以是通过螺栓连接。
[0111]
对于上述实施例公开的转子叶片榫头强度试验装置，领域内技术人员可以理解的是，设计外u型加载框2或内u型加载框3的顶部与两个侧壁间，以可拆卸方式连接，可便于装置的组装，例如设计外u型加载框2的顶部与两个侧壁间，以可拆卸方式连接，在装置组装时，可先使外u型加载框2的顶部与两个侧壁间处于分离状态，将其两个侧壁分别与对应内u型加载框3对应的侧壁铰接，其后将其两个侧壁与顶部进行连接，对于设计内u型加载框3的顶部与两个侧壁间，以可拆卸方式连接的情形，可参照上述说明进行理解，在此不再进行更详细的说明。
[0112]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，内u型加载框3的顶部具有轴承安装孔；
[0113]
转子叶片榫头强度试验装置还包括：
[0114]
连接轴承12，套接在叶片试验件尖部连接轴4背向榫头夹具1的一端，安装在轴承安装孔中，以此实现叶片试验件尖部连接轴4背向榫头夹具1的一端与内u型加载框3顶部间的铰接。
[0115]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，连接轴承12为圆锥滚子轴承。
[0116]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，叶片试验件尖部连接轴4背向榫头夹具1的一端，自内u型加载框3的顶部凸出；
[0117]
转子叶片榫头强度试验装置还包括：
[0118]
可调螺栓13，螺接在叶片试验件尖部连接轴4凸出内u型加载框3顶部的部位，抵靠在连接轴承12的内圈上，在对转子叶片进行强度试验时，可通过对可调螺栓13拧紧程度的调节调整叶片试验件尖部连接轴4指向榫头夹具1的一端与转子叶片试验件14尖部间的距离，进而容易的实现叶片试验件尖部连接轴4与转子叶片试验件14尖部间的连接，在连接完成后，还可通过可调螺栓13的紧固，初步将转子叶片试验件14拉紧在叶片试验件尖部连接轴4、榫头夹具1之间。
[0119]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，叶片试验件尖部连接轴4指向榫头夹具1一端的端面上具有尖部夹槽，在对转子叶片进行强度试验时，可将叶片试验件14的尖部插入到尖部夹槽中，通过螺栓可靠的连接在叶片试验件尖部连接轴4指向榫头夹具1的一端，且可有效增强叶片试验件14尖部的强度，避免叶片试验件14尖部在试验中先于榫头部位发生损坏，保证试验的顺利完成。
[0120]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
[0121]
两个加强片，贴靠在尖部夹槽两个相对的侧壁上，能够紧贴在叶片试验件14尖部的两侧。
[0122]
对于上述实施例公开的转子叶片榫头强度试验装置，领域内技术人员可以理解的是，由于转子叶片具有扭转角，转子叶片试验件14表面扭曲，设计以两个加强片紧贴在叶片试验件14尖部的两侧，可对转子叶片试验14表面修型，以能够顺利的插入到尖部夹槽中，可靠的连接在尖部夹槽中，以及能够有效的增加叶片试验件14尖部的强度。
[0123]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
[0124]
两个滑块15，卡在榫头卡槽中，能够沿榫头卡槽滑动，在转子叶片试验14的榫头卡入榫头卡槽后，可通过两个滑块15的滑动，配合夹紧榫头，将转子叶片试验14定位定在恰当位置，避免在试验时发生沿榫头卡槽轴向的滑动。
[0125]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验装置中，还包括：
[0126]
两个顶紧螺栓，螺接在叶片试验件榫头夹具1上，每个顶紧螺栓能够对应顶紧到一个滑块15上，对应的滑块15被顶紧时，相对于叶片试验件榫头夹具1固定，以能够可靠的实现对转子叶片试验14的定位。
[0127]
另一方面提供一种转子叶片榫头强度试验方法，包括：
[0128]
将叶片试验件14的榫头卡入到榫头卡槽中，以两个顶紧螺栓顶紧对应的滑块15，夹紧榫头；
[0129]
以两个加强片紧贴在叶片试验件14尖部的两侧，伸入到尖部夹槽中，以螺栓连接；
[0130]
紧固可调螺栓13，初步拉紧叶片试验件14；
[0131]
以拉伸载荷加载作动筒5循环施加拉紧力，循环十次，至预紧力，使榫头紧贴在榫头卡槽中，将转子叶片试验件14可靠拉紧在叶片试验件尖部连接轴4、榫头夹具1之间；
[0132]
以拉伸载荷加载作动筒5对叶片试验件14施加拉伸载荷至预定值，具体可以是以2mm/min的加载速率进行施加；
[0133]
以弯矩加载作动筒6对叶片试验件14施加弯矩，逐级加大，直至叶片试验件14损坏，在此过程中可记录相关的试验数据，包括拉伸载荷加载作动筒5、弯矩加载作动筒6的施加的载荷及其伸缩量；
[0134]
以下式计算叶片试验件14承受的有效弯矩：
[0135]m′
＝fr
′
；
[0136]r′
＝rcos(α β)；
[0137][0138][0139]
其中，
[0140]m′
为叶片试验件14承受的有效弯矩；
[0141]
f为弯矩加载作动筒6施加的载荷；
[0142]r′
为叶片试验件14的有效力臂；
[0143]
r为叶片试验件14的初始力臂；
[0144]
α为弯矩加载作动筒6的偏转角度；
[0145]
β为叶片试验件14的偏转角度；
[0146]
l0为弯矩加载作动筒6的初始长度；
[0147]
δl为弯矩加载作动筒6的收缩量。
[0148]
在对叶片试验件14施加弯矩时，叶片试验件14会发生变形，致使其力臂发生变化，随着弯矩的增加，其力臂变化量会逐渐增加，若仍认为力臂不发生变化，直接对弯矩进行计算，所得结果误差会逐渐增大，在力臂变化量较大时，所得结果误差较大，如图3所示，以本技术实施例公开的方法，对叶片试验件14承受的弯矩进行计算，可得到有效弯矩，能够保证试验结果的准确性。
[0149]
在一些可选的实施例中，上述的转子叶片榫头强度试验方法中，叶片试验件14为转子叶片的部分结构，该部分结构包括榫头，以减少试验的规模，且能够更直接的准确得到有关转子叶片榫头的试验数据。
[0150]
对于上述实施例公开的转子叶片榫头强度试验方法，其基于上述实施例公开的转子叶片榫头强度试验装置实施，具体相关之处可参见转子叶片榫头强度试验装置相关部分的说明，其技术效果也可参考转子叶片榫头强度试验装置相关部分的技术效果，在此不再赘述。
[0151]
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0152]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本技术的保护范围之内。