[发明专利]一种螺母安放拧紧装置、方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种能够适用于大型航空 发动机高压组合转子连接的螺母安放拧紧装置、方法及系统。

背景技术

涡轮风扇航空发动机的核心机由高压压气机部件、燃烧室部件和高 压涡轮部件组成。其中，高压压气机转子(HPCR，Highpressure compressorrotor)和高压涡轮转子(HPTR，Highpressureturbinerotor) 组成高压组合转子，两者为螺栓连接。核心机装配质量很大程度上由两 个高压转子连接质量确定。根据常规的航空发动机装配工艺方法：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，手臂伸入高压涡轮转子 的后轴颈，人工安装连接螺母；再使用专用工具由HPTR后轴颈伸入， 按照一定顺序对所有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，更是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核心机装配的关 键工序。

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长度才可实现该螺母的安装，因此，安装操作的可达 性非常重要。在螺母安装完成后，使用伸入距离略大于HPTR长度的“C” 形专用扳手，完成螺母的拧紧和限力。“C”形专用扳手的结构形式、操纵 方法比较成熟，设计重点是保证足够的总体刚性。

针对大型航空发动机，一般为两级高压涡轮，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“C”形专用扳手。但该 螺母的手工安装非常困难——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，可达性不能满足。

具有双级高压涡轮的大尺寸GE90系列发动机，采用了复杂的专用 工装系统，配合工业内窥镜，实现了螺母的安装、拧紧和限力三项功能。 该工装系统主要包括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装系统内 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。

由于该工装系统机构非常复杂，含有相当数量的齿轮和连杆，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 终端定位精度差。由于前端操纵装置与终端执行器之间存在多级的传动 机构，工装系统无法实现有效的多维度力传感和力反馈，对轻微的磕碰、 卡滞不敏感，螺母安装时会造成歪斜、锁死或松脱。因而，工作效率比 较低下；另外，成本高，稳定性差。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，当前发动机HPTR内径 一般在150mm～200mm之间，未来发动机会减低至130mm以下。因此， 上述复杂工装系统在满足操作可达性的基础上，还需要进一步改进结构， 降低外廓尺寸，进而满足未来高转速、小内径转子的航空发动机装配需 要。

发明内容

本发明的目的是提出一种螺母安放拧紧装置、方法及系统，结构简 单，能够延长操作距离，实现在狭长腔体内转向拧紧或分解螺母。

为实现上述目的，本发明提供了一种螺母安放拧紧装置，其包括 用于传递力矩的连杆机构、拉伸机构和用于夹紧螺母的齿轮机构，所 述齿轮机构铰接在所述连杆机构的一端，所述拉伸机构与所述连杆机 构和所述齿轮机构连接，通过所述拉伸机构能够使所述齿轮机构相对 于所述连杆机构展开或折叠；所述连杆机构包括连杆，所述连杆与所 述齿轮机构能够实现刚性连接和脱开，在所述连杆与所述齿轮机构脱 开的状态下，通过所述拉伸机构使所述齿轮机构相对于所述连杆机构 展开或折叠，在所述齿轮机构相对于所述连杆机构折叠到位的状态下， 所述连杆能够实现与所述齿轮机构的刚性连接。