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CN105571802A - 叶片预紧力的测试方法与装置 - Google Patents

叶片预紧力的测试方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种叶片预紧力的测试装置以及利用该装置测试预紧力的方法，该测试装置包括对叶片提供振动的电动振动台以及测试叶片幅值的激光传感器，电动振动台上设有固定叶片的夹具，电动振动台上安装有测试其台面幅值的加速度传感器，加速度传感器及激光传感器与控制电动振动台的控制器电连接；夹具包括夹具本体，夹具本体上设有自其一端贯穿至另一端且与叶片根部的叶榫匹配的榫槽，以及与榫槽连通、用于放置顶块的顶槽，夹具本体一侧上设有与顶槽垂直并连通的螺栓孔，螺栓孔内设有对叶片提供预紧力的螺栓。本发明利用螺栓对叶片施加预紧力，模拟离心力将叶片与夹具固定，在振动环境下进行测试，高度接近叶片的真实工况，测试的数据真实有效。

Description

叶片预紧力的测试方法与装置
技术领域
本发明属于环境试验领域，尤其涉及一种对航空发动机叶片预紧力的测试方法与装置。
背景技术
环境试验是模拟各种装备及零部件在实际工作时所处环境条件下的测试，通过测试来判定装备在实际工况条件下的工作状态和耐疲劳强度。环境包括力学环境、气候环境和气象环境，力学环境是指各种机械环境，如振动、冲击和摇摆等，气候环境是指高低温环境和湿度环境等，气象环境是指光照、低气压、霉菌和盐雾等。
目前航空发动机叶片预紧力测试是利用振动台来进行测试，在测试过程中叶片的真实装夹是测试数据有效的关键，现有的叶片预紧力测试的装夹是利用榫槽来对叶片进行固定，夹具上的榫槽结构分成上下二部分，由锁紧螺钉将叶片固定，此方法虽能利用叶片根部的榫将叶片固定，但与航空发动机叶片的真实工况有很大区别，航空发动机叶片在实际工作时是靠叶盘旋转带动叶片，叶片是靠离心力来固定的，为了模拟航空发动机叶片在高仿真工况下的预紧力测试，开发出一套能适合航空发动机叶片预紧力测试的装置已经很有必要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可模拟离心力固定叶片以模拟真实工况的测试装置及利用该装置在高仿真工况下的叶片预紧力测试方法。
本发明的叶片预紧力的测试方法，包括步骤：
(1)将叶片根部的叶榫固定在一置于电动振动台上的夹具的榫槽内，利用螺栓穿过所述夹具与所述叶榫相抵以对所述叶片提供预紧力，提供一正对所述叶片的激光传感器，并在所述电动振动台上安装一加速度传感器，且将所述加速度传感器与所述激光传感器输出的信号输入用以控制所述电动振动台进行振动的控制器中；
(2)以所述激光传感器测试所述叶片在振动情况下的第一幅值，以所述加速度传感器测试所述电动振动台台面的第二幅值，所述控制器根据第一幅值与第二幅值的幅值比的变化反映所述叶片共振频率的变化；
(3)逐渐调节所述螺栓对所述叶片提供的预紧力，当共振频率由低至高直至不变时，预紧力已达到所需的力值。
进一步的，所述控制器通过功率放大器控制所述电动振动台进行振动。
进一步的，所述控制器还通过所述功率放大器控制所述电动振动台的冷却单元。
本发明的叶片预紧力的测试装置，包括对所述叶片提供振动的电动振动台以及测试所述叶片幅值的激光传感器，所述电动振动台上设有固定所述叶片的夹具，所述电动振动台上安装有测试其台面幅值的加速度传感器，所述加速度传感器及所述激光传感器与控制所述电动振动台的控制器电连接；所述夹具包括夹具本体，所述夹具本体上设有自其一端贯穿至另一端且与所述叶片根部的叶榫匹配的榫槽，以及与所述榫槽连通、用于放置顶块的顶槽，所述夹具本体一侧上设有与所述顶槽垂直并连通的螺栓孔，所述螺栓孔内设有对所述叶片提供预紧力的螺栓。
进一步的，所述夹具本体上还设有垂直贯穿所述榫槽的锁紧螺钉。
进一步的，所述控制器通过功率放大器控制所述电动振动台进行振动。
进一步的，所述功率放大器还与所述电动振动台的冷却单元连接。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、利用螺栓对叶片施加预紧力，模拟离心力将叶片与夹具固定，在振动环境下进行测试，因此，本发明的测试方法高度接近叶片的真实工况，测试的数据真实有效；
2、用共振频率的变化来确定合适的预紧力的测试方法，能够有效提高控制精度和测量精度，确保测试数据的精准性；
3、本发明的测试装置利用夹具上的榫槽对叶片的叶榫进行固定，并通过螺栓穿过夹具对叶榫提供预紧力，使叶榫与榫槽可完全接触，在测试时，叶榫通过螺栓提供的预紧力固定在榫槽内，叶片相当于是通过离心力固定，使得叶片的受力状态与真实工作状态一致，从而确保测得的叶片预紧力真实有效；
4、由于在测试过程中叶片受到预紧力的作用，本发明的测试装置通过在夹具上设置垂直穿过榫槽的锁紧螺钉，可防止榫槽在预紧力的作用下产生变形，避免叶榫与榫槽的接触面发生变化，从而确保测得的预紧力真实有效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的叶片预紧力测试装置的结构示意图；
图2是叶片预紧力测试装置中夹具夹装叶片的结构示意图；
图3是夹具的主视图；
图4是夹具的侧视图；
图5是夹具的俯视图；
图6是测试时电动振动台台面加速度变化图；
图7是测试到的叶片共振频率的变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至图5所示，本发明一较佳实施例所述的一种叶片预紧力测试装置，包括：
用于向叶片提供激振力，并使叶片在测试过程中保持共振状态的电动振动台1；
夹装叶片的夹具2，夹具2包括夹具本体10，夹具本体10上设有自其一端贯穿至另一端且与叶片50根部的叶榫匹配的榫槽11、以及与榫槽11连通的顶槽12，顶槽12用来安放与叶榫相抵的顶块20，在夹具本体10一侧上设有与顶槽12垂直并连通的螺栓孔13，螺栓孔13内安放通过顶块20对叶榫提供预紧力的螺栓30，夹具本体10上还设有垂直贯穿榫槽11的锁紧螺钉40；
正对叶片的激光传感器3，用以测试叶片在振动情况下的第一幅值；
安装在电动振动台1上的加速度传感器4，用以测试电动振动台1台面的第二幅值；
控制器5，接收加速度传感器4与激光传感器3输出的信号，并对信号进行处理，根据第一幅值与第二幅值的幅值比反映叶片50共振频率的变化；
功率放大器6，对控制器5输出的功率进行放大，放大后的功率驱动电动振动台1以及电动振动台1的冷却单元7。
在利用夹具2夹装叶片时，先在顶槽12内置入顶块20，螺栓30穿过螺栓孔13抵压在顶块20上，将叶片50的叶榫插入夹具本体10上的榫槽11内，将螺栓30锁紧，以通过顶块20对叶片50提供预紧力，模拟离心力将叶片50的叶榫固定在榫槽11内；最后将两锁紧螺钉40锁紧，以防止在预紧力的作用下，榫槽11部分向外变形，即两锁紧螺钉40起限位作用，避免榫槽11变形，确保叶片50根部的叶榫与夹具上的榫槽11完全接触，以便测得真实有效的预紧力。
在利用本发明的测试装置进行预紧力测试时，首先将测试装置安装连接，即将叶片50根部的叶榫插入安装在电动振动台1上的夹具的榫槽11内，利用螺栓30穿过夹具与叶榫相抵，将激光传感器3正对叶片50，将加速度传感器4安装在电动振动台上1，且将加速度传感器4与激光传感器3输出的信号输入用以控制电动振动台1进行扫频的控制器5中；以激光传感器3测试叶片50在振动情况下的第一幅值，以加速度传感器4测试电动振动台1台面的第二幅值，控制器5根据第一幅值与第二幅值的幅值比的变化反映叶片50共振频率的变化；逐渐调节螺栓30对叶片50预紧力的大小，即调整螺栓30的锁紧程度，以叶片50的共振频率确定螺栓30对叶片50的预紧力，当叶片50的共振频率由低至高直至不变时，预紧力已达到所需力值。
根据叶片的力学特性，可用叶片共振频率的变化来确定合适的预紧力，如图6与图7所示的测试数据图。当预紧力不足时叶片的共振频率会偏低，随着预紧力的增加叶片根部的叶榫与夹具的榫槽接合会牢固，同时叶片的共振频率会增高，当叶片的共振频率不变时说明预紧力已达到要求(即当图7中的曲线开始右移时，说明叶片的共振频率不再产生变化)，预紧力过大则会造成叶片的损坏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种叶片预紧力的测试方法，其特征在于包括步骤：
(1)将叶片根部的叶榫固定在一置于电动振动台上的夹具的榫槽内，利用螺栓穿过所述夹具与所述叶榫相抵以对所述叶片提供预紧力，提供一正对所述叶片的激光传感器，并在所述电动振动台上安装一加速度传感器，且将所述加速度传感器与所述激光传感器输出的信号输入用以控制所述电动振动台进行振动的控制器中；
(2)以所述激光传感器测试所述叶片在振动情况下的第一幅值，以所述加速度传感器测试所述电动振动台台面的第二幅值，所述控制器根据第一幅值与第二幅值的幅值比的变化反映所述叶片共振频率的变化；
(3)逐渐调节所述螺栓对所述叶片提供的预紧力，当共振频率由低至高直至不变时，预紧力已达到所需的力值。
2.根据权利要求1所述的叶片预紧力的测试方法，其特征在于：所述控制器通过功率放大器控制所述电动振动台进行振动。
3.根据权利要求2所述的叶片预紧力的测试方法，其特征在于：所述控制器还通过所述功率放大器控制所述电动振动台的冷却单元。
4.一种叶片预紧力的测试装置，其特征在于：包括对所述叶片提供振动的电动振动台以及测试所述叶片幅值的激光传感器，所述电动振动台上设有固定所述叶片的夹具，所述电动振动台上安装有测试其台面幅值的加速度传感器，所述加速度传感器及所述激光传感器与控制所述电动振动台的控制器电连接；所述夹具包括夹具本体，所述夹具本体上设有自其一端贯穿至另一端且与所述叶片根部的叶榫匹配的榫槽，以及与所述榫槽连通、用于放置顶块的顶槽，所述夹具本体一侧上设有与所述顶槽垂直并连通的螺栓孔，所述螺栓孔内设有对所述叶片提供预紧力的螺栓。
5.根据权利要求4所述的叶片预紧力的测试装置，其特征在于：所述夹具本体上还设有垂直贯穿所述榫槽的锁紧螺钉。
6.根据权利要求4所述的叶片预紧力的测试装置，其特征在于：所述控制器通过功率放大器控制所述电动振动台进行振动。
7.根据权利要求6所述的叶片预紧力的测试装置，其特征在于：所述功率放大器还与所述电动振动台的冷却单元连接。
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