一种压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具制造技术

本发明专利技术公开了一种压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具，包括底座和上定位块、下定位块组合构成的圆弧齿榫头夹头，其中底座上的夹头安装面与底座下端与激振台的连接面之间有一夹角，该夹角确保叶片叶身与激振台所释放能量方向垂直。本发明专利技术有效避免了夹具在振动疲劳试验过程中出现传振不灵敏，连接件之间出现断裂，传振不连续或突然终止，致使振动频率值异常波动或监测仪检测频率值为常数，特改变现有分体水平式结构振动疲劳试验夹具设计方式，减少夹具零件之间的连接件，结构简单轻便，易于装夹，传振灵敏，使频率检测仪稳定可靠地检测压气机圆弧齿转子叶片真实有效的性能实验数据。

Clamp for vibration fatigue test of compressor rotor blade

The invention discloses a vibration fatigue test fixture for compressor Circular-Tooth rotor blade, which comprises a Circular-Tooth mortise clamp composed of a base, an upper positioning block and a lower positioning block. The clamping surface on the base has an angle between the lower end of the base and the connecting surface of the base and the vibration exciting table, and the angle ensures the blade body and the vibration exciting table. Release energy perpendicular to the direction. The invention effectively avoids the vibration transmission insensitivity of the clamp in the vibration fatigue test process, the rupture of the connecting parts, the discontinuity or sudden termination of the vibration transmission, the abnormal fluctuation of the vibration frequency value or the constant of the detection frequency value of the monitor, and especially changes the design method of the existing split horizontal structure vibration fatigue test clamp to reduce the vibration fatigue test. With fewer connectors between the clamping parts, the structure is simple and portable, easy to clamp, and the vibration transmission is sensitive, so that the frequency detector can reliably and steadily detect the true and effective performance experimental data of the compressor arc tooth rotor blade.

【技术实现步骤摘要】
一种压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具
本专利技术涉及疲劳试验用夹具,特别是适用于航空发动机钛合金和高温合金材料一至九级转子叶片且叶片振型为一阶弯曲振动的疲劳性能试验夹具。
技术介绍
目前，大部分振动疲劳实验夹具为45号钢，采用多零件分体水平式结构设计，通过螺栓连接和压紧，其缺点是分体水平式结构夹具应力集中严重，且夹头应力集中部位与在UD电磁振动台产生的剪切力成90°，振动试验过程中极容易出现断裂，严重影响夹具使用寿命。同时，该分体水平式结构设计，其体积大，整体刚性差，传振不灵敏，在传振动过程中会出现采集数据中断，导致振动疲劳系统采集数值为一恒定常数(失效)，由于振动系统采集数据相对不稳定，其数据不能作为有效反应转子叶片的真实性能依据，试验传振初期，由于夹具自身体积大，零件多，导致传振动不灵敏，试验调试时间过长，对现场操作人员水平要求较高，劳动强度较大，该结构夹具在使用过程中通用性很差，尤其在批产机型疲劳实验过程中耗时较长，严重影响生产进度的向前推进。如图1，图1-1和图1-2所示，为分体水平式振动疲劳试验夹具，通过连接螺栓连接定位块和压紧块方式组合而成，从图中不难看出夹具的一些弊端：1、在振动疲劳试验过程中由于夹头位置突变处应力比较集中，随着时间的进行应力集中处裂纹加大，夹具的承载能力下降直到断裂，导致试验终止。其二由于夹头在实验过程中隐性断裂但未明显脱落，导致振动系统能量无法传递到试验叶片上，所以试验试验系统所采集的数据为一恒定常数，数据采集失败，这种隐性断裂最为难查找试验失败原因。2、夹具的定位块和压紧块是由连接螺栓连接，通过拧紧夹具尾部螺钉来实现压紧叶片，但在实验夹具设计过程中连接螺栓与振动方向成垂直，形成强有力的横向剪切力，由于连接螺栓本身结构应力非常集中，外加长时间承受高能量载荷，所以试验中连接螺栓极易断裂。分体水平式振动疲劳夹具结构设计分案由于各种弊端，严重影响其使用效果和寿命，使得振动疲劳夹具更换率极高，增加生产成本，严重制约叶片的生产进度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具，有效避免夹具在振动疲劳试验过程中出现传振不灵敏，连接件之间出现松脱，连接螺栓被振断，传振不连续或突然终止，致使振动频率值异常波动或监测仪检测频率值为常数的情况，同时，改变现有分体水平式结构，减少夹具零件之间的连接件，结构简单轻便，易于装夹，传振灵敏，使频率检测仪稳定可靠地检测压气机圆弧齿转子叶片真实有效的性能实验数据。本专利技术的技术方案如下：一种压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具，包括底座和圆弧齿榫头夹头，所述底座的圆弧齿榫头夹头安装面和所述底座下端与激振台的连接面之间有一夹角，所述夹角确保叶片叶身与激振台所释放能量方向垂直。所述圆弧齿榫头夹头与底座上的夹头安装面通过定位销定位，连接螺栓连接。所述连接螺栓轴向与振动系统产生的剪切力方向成一非90度夹角。所述底座下端与激振台的连接面的表面粗糙度为0.8。所述圆弧齿榫头夹头包括上定位块和下定位块,上定位块和下定位块平行连接于圆弧齿榫头夹头安装面上。压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具主要由底座和圆弧齿榫头夹头组成，圆弧齿榫头夹头可拆卸连接于底座上，圆弧齿榫头夹头自身由上定位块与下定位块构成，底座上的圆弧齿榫头夹头安装面设计为倾斜或仰角状，从而和底座下端与激振台的连接面之间有一夹角，该夹角使得叶片叶身(即叶片叶型切线)与激振台所释放能量方向垂直。圆弧齿榫头夹头与底座通过定位销定位，连接螺栓相连。连接夹头与底座的连接螺栓的轴向与振动系统产生的剪切力方向成一夹角，该夹角非90度，即剪切力与连接螺栓的轴向不垂直。本专利技术运用独特的结构设计，将疲劳试验夹具设计为包括底座，圆弧齿榫头夹头、榫头侧面限位销、榫头底面压紧螺钉等结构，相对现有夹具，其改进可分为3个方面：(1)夹具底座根据叶片榫头中心X轴向与通过发动机轴线之间的夹角45°、55°、35°等角度设计成仰角倾斜状，使叶身水平放置并与激振台所释放能量方向垂直，增大叶片与夹具共振过程中振幅波动，使振动系统在激振点处采集数据灵敏，同时便于调试激振点位置极大缩减试验准备时间。夹具底座的仰角设计使装配在底座上的榫头夹头与振动所释放的能量形成的剪切力方向成一定夹角，有效减小夹头应力集中处的剪切力，在长时间试验中夹头稳定可靠不会出现断裂，有效延长夹具的使用寿命。(2)夹头与夹具底座的连接螺栓方向与振动系统产生的剪切力方向成一非90度夹角，其中，系统试验应力为450MPa,使剪切力作用于连接螺栓轴向和径向有效减小连接螺栓应力集中的径向，试验中连接螺栓不会出现断裂，同时，在试验中根据不同级叶片换用相应的底座和夹头即可进行试验，夹具维修时只需要拆卸紧固件进行分解维修。(3)夹具整体设计质量减轻，同时降低底座与激振台接触的下表面粗糙度值，根据Fn＝k/m，夹具结构强度在一定范围内刚度k越大，质量m越轻，夹具的固有频率Fn增加，试验夹具的固有频率尽可能避免在试验的频率范围内。由于硬度越高的夹具，表面粗糙度对夹具的疲劳影响越大，设计疲劳试验夹具底座的下表面粗糙度值为0.8用以增加夹具与振动系统的接触面，有效提高振动系统的能量传递效率。与现有技术相比，经过重新设计制造的圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具的综合性能有了很大的提高，相比传统的振动疲劳试验夹具有了质的飞跃，具体可表现在承载荷大、传振灵敏、使用寿命、可维修性等等方面。本专利技术的圆弧齿振动疲劳夹具能够很好的弥补分体式夹具的不足之处，提升夹具各项性能，极大的节约夹具生产制造成本和制造周期，使得振动疲劳试验系统采集的叶片性能数据与真实值最为接近，试验中效率极大提高。本专利技术的压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具主要用于UD电磁振动台上一至九级转子叶片的抗疲劳试验，所涉及的振动疲劳试验叶片材料类型有高温合金、钛合金等，该夹具能够在试验温度为室温、振动频率1000～2600Hz、试验应力450MPa；循环基数1×107；弹性模量203GPa环境下连续稳定的工作3000小时以上，并且该夹具结构精简轻便，易于拆分重组，因此，本专利技术的压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳夹具具有很好的适用性和广阔的应用领域。附图说明图1为现有的夹具结构主视图；图1-1是图1的左视图；图1-2是图1中A-A截面示意图；图2为本专利技术的夹具结构示意图，包括截面A-A以及K向视图；图3为本专利技术的夹具夹头结构主视图；图3-1为图3中A-A截面示意图；图3-2为图3的俯视图；图4为本专利技术的夹具底座结构示意图，包括截面A-A示意图；图4-1为图4的俯视图。具体实施方式下面结合附图进一步描述本专利技术的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。图2为本专利技术的仰角式夹具结构图，把圆弧齿榫头夹头2固定在上端带有倾斜角度的底座1上，采用连接螺栓5固定，用两定位销4来保证圆弧齿榫头夹头2在底座1上的位置(如图4，即将圆弧齿榫头夹头2固定于底座1上端侧面的圆弧齿榫头夹头安装面3上)，通过带仰角的底座1所设计的角度把叶片叶身放到水平位置，使叶身振动灵敏，便于振动系统采集有效数据，同时，把圆弧齿榫头夹头2装夹于带有仰角的底座1上，使得夹头应力集中处与能量传递所产生的垂直于夹具底座1的剪切力成一定角度，极大减小夹头应力集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具，包括底座和圆弧齿榫头夹头，其特征在于：所述底座的圆弧齿榫头夹头安装面和所述底座下端与激振台的连接面之间有一夹角，所述夹角确保叶片叶身与激振台所释放能量方向垂直。

【技术特征摘要】
1.一种压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具，包括底座和圆弧齿榫头夹头，其特征在于：所述底座的圆弧齿榫头夹头安装面和所述底座下端与激振台的连接面之间有一夹角，所述夹角确保叶片叶身与激振台所释放能量方向垂直。2.根据权利要求1所述的一种压气机圆弧齿转子叶片振动疲劳试验夹具，其特征在于：所述圆弧齿榫头夹头与底座上的夹头安装面通过定位销定位，连接螺栓连接。3.根据权利要求2所述的一种压气机圆弧齿转...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯志，徐华，王成霖，陈洲能，吴凡，卫广龙，
申请(专利权)人：中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52