低压涡轮一级导向叶片测具的设计.docVIP

低压涡轮一级导向叶片测具的设计 科研工装厂设计科 赵丹 作者简介：赵丹，男，2004年毕业于东北大学机械工程与自动化学院，助理工程师，毕业后在本钢冷轧厂从事精整生产线、酸洗轧制联合机组的设备管理维护工作，2008年进入黎明公司，现任科研工装厂设计科工装设计员。 摘要：本文介绍了某型燃机的低压涡轮一级导向叶片测具的工作原理、主要结构及关键机构的设计过程，重点论证了螺纹旋转反向同步移动定位机构、摇摆机构、扭转限位机构。 关键词：叶片 型面测具 样板 定位 扭转 引言： 叶片是航空发动机和燃气轮机中最重要的零件，其种类多，数量大，型面结构复杂、不规则，而叶片型面精度对发动机的性能、安全可靠性的影响很大，随着航空工业的发展，对它的技术要求也越来越高，叶身型面也是叶片制造过程中的必检项目，因此叶片的型面测量也就越加重要了，本文就以某型燃机的低压涡轮一级导向叶片铸件为例，论述了此类型叶片测具的设计过程。 分析低压涡轮导向叶片的特点： 某型燃机的低压涡轮导向器叶片铸件结构如图1所示，它是由叶身、上缘板和下缘板组成，其中叶身是由叶盆和叶背的流线型曲面围合而成，采用无余量精密铸造，相对于其他类型的叶片，它的结构比较紧凑，上、下缘板间距小，测量位于缘板间的叶身型面所需的空间窄，同时上、下缘板相对叶身也较大，且带有坡度和弯曲，在空间上会对叶身型面的检测造成阻碍，增加测具设计的难度。 图1 低压涡轮导向叶片结构图 确定测量方法： 此低压涡轮导向叶片采用无余量精密铸造，首先要保证叶身型面的精度符合设计误差要求。此叶片在叶身长度上均匀划分了从Ⅰ到Ⅺ11个相互平行的截面，每个截面内都有在统一的坐标系内，由一系列的坐标点确定的叶型线轮廓，叶身型面是由各个截面内的闭合曲线圆滑转接而成的。按工艺铸件图要求，叶身型面轮廓度检查截面为Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ三个截面，可采用与被测截面轮廓一致的型面样板进行透光检查，按叶型轮廓度尺寸的上偏差设计工作样板，即样板带有法向增厚。 设计图提供叶片表面的7点作为型面测具的定位点，如图2所示,其中轴向是通过分别位于上、下缘板流道面上G1、G2两点组合使用定位，其余定位点全部在叶身形面上，其中，A1、A2、B4点在Ⅵ截面上，A3、B5在Ⅷ截面上。叶身上的定位可通过固定在测具上的两个定位样板（Ⅵ、Ⅷ截面），与定位点采用点接触的方式实现X方向与Y方向的定位。Z方向（轴向）的定位采用反向同步移动定位机构，当两定位销球触头同时接触到上、下缘板内侧面上的C6、C7点时完成轴向定位。 图2 型面定位点 叶片型面允许有0°15′的扭转偏差，所以测具应带有连同叶片一起绕中心轴转动的转动机构，并设置挡销使其扭转范围不超过0°15′的允许范围，以此检验扭转偏差。 低压涡轮导向叶片上、下缘板流道面上分布着V1～V12个检测点，需要分别设计12个通道检测样板，使用测具上的截面销和板条定位，通过检测样板上的测量销测头与流道面的间隙判断误差。 测具总体结构设计： 通过对被测零件的分析、定为方式和测量方法的确定，可以进行 图3 低压涡轮导向叶片测具组合图 叶片测具总体结构的设计，此测具大体由测具底座、左右支架、摆动安装座三部分组成，如图3所示。 1）测具底座连接左右支架，其上安装有截面销、板条。截面销用来确定被检测的截面（图3中的Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ截面），测量时，工作 样板插入对应的型面截面销中，样板的竖直基面支靠在2个截面销形成的测量面上，样板的水平基面在板条的上表面（K面）上滑动，通过比对样板型面与叶身型面间的透光间隙判断叶片叶身型面轮廓度误差大小。两条板条确定了型面测具上的3个重要基准面，见图3中的K、M、N面，图中的H=150±0.01为K面到测具中心（即叶片中心）尺寸，P=60±0.01为M、N面到测具中心尺寸，它们均为测具的基准尺寸，用于计算工作样板型面。 2）左右支架起到连接测具底座与摆动安装座的作用，如图3所示，摆动架的转轴安装在支架内的衬套里，之间保持有0.005～0.01的间隙，可以灵活转动。它的转动范围受左支架上的挡销限制，通过角度值与线型值的转换计算，使其摆动范围不超过0°15′的设计允许值范围。当定位插销贯穿左支架和左摆动架时，摆动安装座的位置将固定在0°位置上，不存在扭转。另外，支架在测具底座上的安装位置应使截面销形成的工作样板定位面与安装座上定位样板定位面一致。 3）摆动安装座是直接与叶片接触定位的关键部位，它由安装座和左右摆动架组成。 安装座上安装有定位样板和轴向定位机构，定位样板结构如图4所示，Ⅵ截面定位样板与叶背上的A1、A2点和前缘上的B4点接触定位，Ⅷ截面定位样板考虑到空间因素的限制分为两部分，分别与叶背上的A3点和前缘上的B5点接触定位，这样就完成叶片X方向与Y方向的定位。为了测量更方便，同时减小测量误差，通常在设计图给定坐标系的基础