[发明专利]基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法

说明书

本发明提出一种基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法，工控机控制激光器发射脉冲激光，脉冲激光被分光镜分成两束，数据采集卡将采集到的信号传至工控机进行处理，计算出Δt₀；所有螺栓紧固后，对第一个螺栓进行测量，计算出Δt₁，求出该螺栓的紧固力F₁，工控机控制精密回转台转动一定角度，对第二个螺栓进行测量，计算出Δt₂，求出该螺栓的紧固力F₂，直至转子装配体回转一周，完成若干个螺栓紧固力的测量。解决了现有技术的航空发动机转子装配紧固力难以直接测量、测量效率低且会对转子表面造成腐蚀等问题，提出一种基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法，实现航空发动机转子装配紧固力的直接、高效率和高精度测量。

技术领域

本发明涉及一种装配紧固力测量方法，具体涉及一种基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法，属于超声测量技术领域。

背景技术

航空发动机核心机系统由多级转子装配而成，各级转子之间的装配质量对航空发动机的性能具有非常大的影响。螺栓组的预紧力若存在不均匀性将导致转子的螺栓连接表面产生不规则形变，易使装配后的转子同轴度超标，不平衡量超过要求值。在发动机长时间工作后，螺栓预紧力的蠕变现象会使螺栓初始预紧力下降，将螺栓预紧力的不均匀性放大，使转子的刚度均匀性变差，在受轴向负载时对转子的工作性能有较大影响，减少了转子的工作寿命，降低了发动机的安全性。所以，迫切要求精密测量发动机转子的装配紧固力，只有测量精密，才能装配的精准。

目前常用的螺栓装配紧固力测量方法有扭矩扳手法、电阻应变片电测法、光折射法等。扭矩扳手法是通过扭矩间接控制螺栓预紧力的，因而这个测量值将有较大的误差；电阻应变片电测法通过测量螺栓表面应变获得螺栓轴向应力，但螺栓在拧紧时表面会产生一定剪切形变，导致测量结果与实际轴向应力有偏差；光折射法仅局限于实验室条件下，并不能广泛应用于工程上的在线测量。上述测试方法由于受到测量精度、安装条件及现场环境等各方面的限制，目前在工程中实现在线测量还存在一定的困难。

超声波螺栓装配紧固力测量方法通过对螺栓中超声波波速的变化的测量而获取螺栓轴向应力，进而得出螺栓装配紧固力，具有对被测物无损伤、测量速度快、测量精度高等特点，因而国内外学者对超声测量方法开展了广泛研究。传统的超声技术多采用接触式换能器，为保证有高的灵敏度和可靠性，通常还应使用各种超声耦合剂，超声波在穿越耦合剂时需要一定的渡越时间，并且会产生干扰谐波，给测量带来不稳定的因素，并且耦合剂的使用会对增加额外的工作量，导致测量效率低，更严重的是会对工件表面造成一定的腐蚀和伤害，因而在实际应用中传统的超声波法受到了一定的限制。

发明内容

本发明为解决现有技术的航空发动机转子装配紧固力难以直接测量、传统的超声波法测量效率低且会对转子表面造成腐蚀等问题，提出一种基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法，实现航空发动机转子装配紧固力的直接、高效率和高精度测量。

本发明提出一种基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法，具体包括以下步骤：

第一步，转子装配体置于精密回转台上并调整其位置，使转子装配体与精密回转台的回转轴线一致，通过夹具将转子装配体固定；

第二步，激光器和分光镜调整位置及姿态，使激光器发射的激光能够穿过分光镜照射到螺栓上端面的中心；

第三步，第二光电探测仪调整位置及姿态，使其能够接收到螺栓上端面的超声波信号；

第四步，衰减片、聚焦透镜和第一光电探测仪调整位置及姿态，使分光镜分出的激光束能够穿过衰减片和聚焦透镜被第一光电探测仪接收；