[发明专利]一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法

摘要

本发明属于航空发动机螺栓联接转子系统装配工艺研究与振动测试技术领域，涉及一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法。该试验台主要由电气驱动及控制系统、螺栓自动拧紧装置、非线性支撑‑转子系统、测试传感系统和底座组成。本发明借助于螺栓自动拧紧装置，可实现准确控制对螺栓施加的预紧力矩及螺栓转角；通过滑轨和主拧紧枪固定座上的开口槽可适用于不同尺寸范围的螺栓拧紧。本发明不但能对螺栓自动拧紧转子系统试验台的固有特性及不同参数对其固有特性的影响进行测试，还可用于分析螺栓预紧力、螺栓拧紧工艺、螺栓数量、螺栓型号、螺栓和螺孔间隙及轴承类型和轴承游隙等参数对转子系统非线性动力学特性及运动状态影响的测试。

主权项

1.一种螺栓自动拧紧转子系统试验台，其特征在于，所述的试验台主要由电气驱动及控制系统(A)、螺栓自动拧紧装置(B)、非线性支撑‑转子系统(C)、测试传感系统(D)和底座(20)组成；所述的底座(20)上安装有多颗地脚螺栓，用于固定电机支座(3)、副拧紧枪支座(17)、主拧紧枪支座(12)、轴承座支座(13)和电涡流传感器支架(18)；所述的非线性支撑‑转子系统(C)，主要由转轴、螺栓‑盘毂联接结构(6)、轴承座支座(13)、轴承及轴承座a(9)和轴承及轴承座b(21)组成；所述的螺栓‑盘毂联接结构(6)由两个带有边沿的圆盘对合组成，圆盘中心设有通孔，与转轴相配合，圆盘边沿上设置两排不同直径的螺栓孔，实现针对螺栓个数、周向多排螺栓联接参数、螺栓相对于轴心的位置、螺栓直径及螺栓与螺孔间隙的影响因素对转子系统动力学特性影响的试验研究；螺栓‑盘毂联接结构(6)通过内部止口进行对中，保证左右两段转子及螺栓孔的同轴度，降低不对中导致的螺栓径向受力，保证螺栓联接参数相关试验的准确性；所述的转轴共两根，一端分别固定在螺栓‑盘毂联接结构(6)的两个圆盘的中心孔上，螺栓‑盘毂联接结构(6)与转轴过盈配合联接成整体，并通过螺栓联接保证联接可靠性，保证配合的紧密程度，防止使用过程中出现安全问题；转轴的另一端分别通过轴承及轴承座a(9)和轴承及轴承座b(21)将转子固定在两个轴承座支座(13)上；两个轴承座支座(13)安装在底座(20)上；其中一个转轴的一端通过柔性联轴器(22)与转子变频电机(2)的动力输出轴相连；所述的螺栓自动拧紧装置(B)，主要由副拧紧枪紧固装置a(4)、副拧紧枪a(5)、主拧紧枪(7)、主拧紧枪紧固装置(8)、滑轨(10)、主拧紧枪固定座(11)、主拧紧枪支座(12)、副拧紧枪固定座(14)、副拧紧枪紧固装置b(15)、副拧紧枪b(16)和副拧紧枪支座(17)组成；所述的副拧紧枪支座(17)共两个，安装在底座(20)上，分别位于两个轴承座支座(13)的不同侧；所述的副拧紧枪固定座(14)安装在副拧紧枪支座(17)顶部，副拧紧枪固定座(14)上设有滑轨(10)，副拧紧枪紧固装置a(4)和副拧紧枪紧固装置b(15)分别安装在两个副拧紧枪固定座(14)的滑轨(10)上；所述的副拧紧枪a(5)和副拧紧枪b(16)，分别安装在副拧紧枪紧固装置a(4)和副拧紧枪紧固装置b(15)上，使副拧紧枪a(5)和副拧紧枪b(16)在滑轨(10)上沿相对于转轴轴向位置滑动，同时副拧紧枪紧固装置a(4)和副拧紧枪紧固装置b(15)限制副拧紧枪a(5)和副拧紧枪b(16)的周向转动及轴向移动；螺栓‑盘毂联接结构(6)边沿的螺栓孔中安装有螺栓，副拧紧枪a(5)和副拧紧枪b(16)分别与对应位置的螺栓相配合，用于限制螺栓的周向转动；所述的主拧紧枪支座(12)共一个，安装在底座(20)上，与副拧紧枪a(5)位于转轴的同一侧，使主拧紧枪(7)与副拧紧枪a(5)相互配合；所述的主拧紧枪固定座(11)通过螺栓联接安装在主拧紧枪支座(12)的顶部，主拧紧枪固定座(11)上的螺栓紧固部位为开口槽，实现主拧紧枪固定座(11)相对于转轴径向位置的调整；主拧紧枪固定座(11)上设有滑轨(10)，主拧紧枪紧固装置(8)安装在主拧紧枪固定座(11)的滑轨(10)上，所述的主拧紧枪(7)安装在主拧紧枪紧固装置(8)上，使主拧紧枪(7)在滑轨(10)上沿相对于转轴轴向位置滑动；主拧紧枪(7)与副拧紧枪a(5)同轴且相对放置，分别位于螺栓‑盘毂联接结构(6)的边沿的两侧；主拧紧枪(7)与对应位置的螺栓相配合，对螺栓施加拧紧力矩，实现主拧紧枪(7)与副拧紧枪a(5)同时相对于转轴轴向位置的移动；所述的测试传感系统(D)，主要由基于Labview平台开发的振动信号读取和储存系统、信号采集卡、LMS振动测试系统、扭矩传感器、转角传感器、加速度传感器、电涡流传感器(19)和电涡流传感器支架(18)组成；所述的基于Labview平台开发的振动信号读取和储存系统用于转子系统的动态测试；所述的LMS振动测试系统用于测试转子系统的振型、固有频率的固有特性的测试；所述的信号采集卡采集用于采集数据，与电涡流传感器(19)相连，并将数据输送到计算机；所述的扭矩传感器和转角传感器，安装在主拧紧枪(7)内部，实时监测扭矩及转角信息并反馈给拧紧枪控制器，辅助完成拧紧工作；主拧紧枪(7)在拧紧枪电机、扭矩传感器、转角传感器、拧紧枪控制器共同作用下实现扭矩或转角的精确输出；所述的加速度传感器有多个，粘贴在转轴和螺栓‑盘毂联接结构(6)上；所述的电涡流传感器支架(18)为П型结构，其两侧和顶部设有通孔，用于安装电涡流传感器(19)；电涡流传感器支架(18)安装在底座(20)，并靠近螺栓‑盘毂联接结构(6)，转轴位于П型结构中间的空隙中；所述的电气驱动及控制系统(A)，主要由电气控制箱(1)、转子变频电机(2)、拧紧枪电机及拧紧枪控制器组成，拧紧枪控制器置于电气控制箱(1)中，拧紧枪电机安装在主拧紧枪(7)内部；所述的电气控制箱(1)，包括螺栓自动拧紧枪控制系统和电机控制系统，螺栓自动拧紧枪控制系统包括控制面板、接触器和断路器，电机控制系统包括控制面板、变频器、接触器和断路器，变频器用于调节电机转速，电机控制系统的接触器和断路器用于控制电机的开启与关闭；所述的转子变频电机(2)固定在电机支座(3)上，电机支座(3)安装在底座(20)上，转子变频电机(2)将扭矩传递给转轴。