[实用新型]螺母安放装置及系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及航空发动机的装配制造领域，具体涉及一种螺母安放装置及系统。

背景技术

涡轮风扇航空发动机具有高压压气机部件、燃烧室部件和高压涡轮部件。其中，高压压气机转子(High Pressure Compressor Rotor，以下简称HPCR)和高压涡轮转子(High Pressure Turbine Rotor，以下简称HPTR)组成高压组合转子，两者之间为螺栓连接。根据常规的航空发动机装配工艺方法，HPCR和HPTR之间采用下述方法实现装配：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HPTR的后轴颈，人工安放连接螺母。接下来再使用专用工具由HPTR后轴颈伸入，按照一定顺序对所有的连接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总体装配的关键工序。

现有技术中HPCR和HPTR之间的固定操作分为两步：连接螺母的安放、连接螺母的拧紧和限力。此处，连接螺母的安放是指将连接螺母与连接螺栓的轴心线对齐，然后将连接螺母相对于连接螺栓旋入几圈，以使得连接螺母不从连接螺栓上脱落。连接螺母的拧紧和限力是指将连接螺母与连接螺栓拧紧，以使得HPCR和HPTR之间以设定的预紧力固定。

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长度才可实现该连接螺母的安装，因此，安装操作的可达性非常重要。在连接螺母安装完成后，使用伸入距离略大于HPTR长度的“U”形专用扳手，完成连接螺母的拧紧和限力。“U”形专用扳手的结构形式、操纵方法目前的技术已经比较成熟，设计重点是保证具有足够的总体刚度。

目前大型的航空发动机，一般都为两级高压涡轮，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“U”形专用扳手，但该连接螺母的手工安放变得非常困难。因为大型航空发动机的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，直接采用手工方式安放连接螺母，其可达性不能满足实际安装需求。

目前，具有两级高压涡轮的大尺寸GE90系列发动机，采用了复杂的专用工具系统，以此实现了连接螺母的安放、拧紧和限力三项功能。该工具系统主要包括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。终端执行器实现连接螺母的夹持和旋转；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具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。

发明人发现，上述的工具系统至少存在下述不足：该工具系统机构非常复杂，含有相当多的数量的齿轮和连杆，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得终端执行器的定位精度差。另外，由于前端操纵机构与终端执行器之间存在多级的传动机构，工具系统无法实现有效地实现多维度力传感和力反馈，对轻微的磕碰、卡滞不敏感，连接螺母安装时会造成歪斜、锁死或松脱。因而，使用上述的工具系统进行连接螺母安装的工作效率比较低下。另外，工具系统成本高，稳定性差。进一步地，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，当前航空发动机HPTR的内径一般在150-200mm之间，未来航空发动机会减低至130mm以下。因此，上述结构复杂的工具系统有可能因为自身体积大，而无法伸入到HPTR内部。

综上，发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：

首先，对于采用手工方式进行连接螺母的安放：在正常情况下，手工完成连接螺母的安装是非常容易的。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，使用手工方式的操作可行性比较低，操作人员的手臂长度和粗度都难以满足安装空间的要求，这影响了手工方式的正常进行。