一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Test-bed for Automatic Tightening of Bolts in Rotor System and Its Testing Method

The invention belongs to the field of assembly technology research and vibration test technology of aeroengine bolted rotor system, and relates to a test bench for auto-tightening rotor system with bolts and its test method. The test-bed is mainly composed of electric drive and control system, bolt auto-tightening device, non-linear support rotor system, test sensor system and base. By means of the automatic bolt tightening device, the pre-tightening moment and the bolt rotation angle can be accurately controlled, and the opening groove on the fixing seat of the slide rail and the main tightening gun can be applied to bolt tightening in different sizes. The invention can not only test the inherent characteristics of the test-bed of the auto-tightening rotor system with bolts and the influence of different parameters on its inherent characteristics, but also can be used to analyze the influence of parameters such as bolt preload, bolt tightening process, bolt number, bolt type, bolt and bolt hole clearance, bearing type and bearing clearance on the rotor system. Testing of linear dynamic characteristics and effects of motion state.

【技术实现步骤摘要】
一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法
本专利技术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
，涉及一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法，是一种分析轴承参数、螺栓拧紧工艺参数、螺栓结构参数及组合参数对转子系统振动特性影响的试验台。
技术介绍
螺栓联接结构是发动机转子系统中各零部件联接成整体结构的主要联接方式，联接结构对航空发动机转子系统的动力学特性具有重要影响。轴承作为航空发动机转子常用的支承零件，其类型和径向游隙等相关参数对转子系统非线性振动特性具有重要影响。传统的旋转动力学研究大多忽略了联接结构的动态效应，将转子系统认为是一个连续的整体。事实上，带有联接结构的转子系统的动力学与连续旋转轴不同，很难具体描述一些不稳定的转子动态特性(轴的刚度变化，转子平衡状态的缓慢变化)与联接结构之间的关系。航空发动机联接结构装配性能及其稳定性是目前国内外研究的热点之一。目前国内的研究主要聚焦在螺栓联接件的建模，与航空发动机真实工作状态存在较大的差距。联接结构在装配后的初始刚度与受力均具有难以预测的不确定性和工艺相关性，在工作状态下其刚度与受力还会随载荷作用而不断变化，呈现出宏观上的结构不稳定特征和明显的性能退化，导致航空发动机转子系统性能特别是动力学特性与理想的确定性系统特性有较大差异。不同螺栓拧紧工艺参数对螺栓法兰联接结构静态特性的影响已有大量研究，但针对航空发动机转子等旋转机械设备中的螺栓-盘毂联接结构中的螺栓联接参数及工艺等对旋转设备非线性动力学特性及运动稳定性方面的研究还不够成熟。目前，国内外转子动力学与非线性振动领域的相关学者已认识到轴承参数、螺栓联接结构参数及装配工艺对转子动力学特性的重要影响，并进行了相应的理论研究，但尚无完善的理论体系，因此，针对航空发动机螺栓联接结构参数对转子系统动力学特性影响的理论与试验研究具有重要意义。为实现以上目标，需要一种分析轴承参数、螺栓拧紧工艺参数、螺栓联接结构参数及上述所有参数的组合参数对转子非线性动力学特性影响的试验台。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种螺栓自动拧紧转子系统试验台及其测试方法。在结构方面，本专利技术是航空发动机转子系统中的螺栓-盘毂联接结构的一种简化模型，转子两端可装配不同类型的轴承。螺栓-盘毂联接结构通过止口辅助完成转子对中，减少不对中对系统测试的影响。螺栓-盘毂联接结构的圆盘外沿开有两排不同直径的螺栓孔，可实现分析不同螺栓规格、螺栓距轴心距离、螺栓数量等参数对转子系统非线性动力学特性的影响。通过主拧紧枪对螺栓施加拧紧力矩，副拧紧枪限制螺母周向转动，结合主拧紧枪内部集成的扭矩传感器和转角传感器可实现对螺栓施加预紧力矩的准确控制。通过滑轨和固定座的开口槽可实现拧紧枪的位置调节。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种螺栓自动拧紧转子系统试验台，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a9和轴承及轴承座b21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a9和轴承及轴承座b21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a4、副拧紧枪a5、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b15、副拧紧枪b16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a4和副拧紧枪紧固装置b15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a5和副拧紧枪b16，分别安装在副拧紧枪紧固装置a4和副拧紧枪紧固装置b15上，使副拧紧枪a5和副拧紧枪b16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a4和副拧紧枪紧固装置b15限制副拧紧枪a5和副拧紧枪b16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a5和副拧紧枪b16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a5位于转轴的同一侧，使主拧紧枪7与副拧紧枪a5相互配合；所述的主拧紧枪固定座11通过螺栓联接安装在拧紧枪支座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a5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a5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移传感器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、固有频率等固有特性的测试；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、拧紧枪电机及拧本文档来自技高网...

【技术保护点】
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移传感器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...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉奇，罗忠，栗江，韩清凯，任红军，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21