一种基于气缸型接触式位移传感器组的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于气缸型接触式位移传感器组的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法及装置，所述检测方法具有如下步骤：获取低压涡轮螺栓预紧力与上下盘面相对位移大小、分布的关系，测试装配过程中或装配后的低压涡轮轴盘结构上下盘面相对位移，判断各待测螺栓或相邻螺栓是否存在预紧力不足或偏大现象，确定预紧力不合理螺栓，及预紧力偏差值。本发明可快速、准确判断螺栓预紧状态，测量过程中不需要破坏螺栓结构，精度高于当前直接测量短螺栓长度的方式，消除了传感器进给误差导致的盘面轴向位移偏差，减少了紧固过程中盘面坐标基准偏移的影响，消除了多次测量的重复定位偏差。

主权项

一种基于气缸型接触式位移传感器组的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法，其特征在于，所述气缸型接触式位移传感器组包括沿直线等间距排列的第一传感器对、第二传感器对和第三传感器对，所述间距等于位于低压涡轮轴盘表面上的螺栓部分的外沿所在圆的直径与位于低压涡轮轴盘表面上的相邻两个螺栓部分的间距之和，第一传感器对、第二传感器对和第三传感器对均包括两个相对设置的、检测低压涡轮轴盘的相对位移值的气缸型接触式位移传感器，六个所述气缸型接触式位移传感器的轴线位于同一平面内，所述检测方法具有如下步骤：S1、获取低压涡轮螺栓预紧力与上下盘面相对位移大小、分布的关系：S11、对低压涡轮轴盘上的各螺栓进行拧紧，选择端面摩擦系数、牙面摩擦系数及轴向力一致的螺栓，并记录其在低压涡轮轴盘上的位置；S12、制作与所述低压涡轮轴盘相同的低压涡轮轴盘试件，按十字交叉法对试件上的螺栓进行拧紧，并对与步骤S11所述位置相对应的螺栓进行编号，记为1、2……n_max‑1、n_max；S13、在编号3～n_max‑2的范围内依次选取四颗螺栓，按顺时针方向分别标识为n₁、n₂、n₃、n₄，按逆时针方向临近n₁的第一颗螺栓标识为n₀，按顺时针方向临近n₄的第一颗螺栓标识为n₅；S14、对选取的四颗螺栓按以下四种工况施加预紧力：a)四颗螺栓预紧力均为预期值；b)一颗螺栓预紧力不足或偏大、其它螺栓预紧力为预期值；c)相邻两颗螺栓预紧力不足或偏大、其它螺栓预紧力为预期值；d)间隔一颗螺栓的两颗螺栓预紧力不足或偏大、其它螺栓预紧力为预期值；S15、第一传感器对、第二传感器对和第三传感器对同时与低压涡轮轴盘接触，同时保证六个传感器轴线在同一个平面内，通过所述第二传感器对获取不同工况下n₀‑n₁、n₁‑n₂、n₂‑n₃、n₃‑n₄、n₄‑n₅中间区域低压涡轮轴盘上下盘面位置(x₂,y₂)的相对位移值u(x₂,y₂)＝u_a(x₂,y₂)‑u_l(x₂,y₂)，其中，u_a(x₂,y₂)、u_l(x₂,y₂)分别为(x₂,y₂)位置上、下盘面位移值，同时，第一传感器对和第三传感器对分别获取对应低压涡轮轴盘上下盘面位置(x₁,y₁)和(x₃,y₃)的相对位移值u(x₁,y₁)＝u_a(x₁,y₁)‑u_l(x₁,y₁)和u(x₃,y₃)＝u_a(x₃,y₃)‑u_l(x₃,y₃)，根据测试结果建立盘面相对位移差与预紧力大小之间的关系：(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，其中，Δu₁₂＝u(x₁,y₁)‑u(x₂,y₂)，Δu₁₃＝u(x₁,y₁)‑u(x₃,y₃)，F_n1为施加到n₁上的预紧力，F_n2为施加到n₂上的预紧力，F_n3为施加到n₃上的预紧力，F_n4为施加到n₄上的预紧力；S16、针对不同工况条件、不同预紧力作用下的n₀‑n₁、n₁‑n₂、n₂‑n₃、n₃‑n₄、n₄‑n₅中间区域各个位置(Δu₁₂,Δu₁₃)进行测试、分析，结合牙面摩擦系数、端面摩擦系数偏差引起的螺栓轴向力偏差及低压涡轮轴盘紧固性能要求，确定判定螺栓预紧力不足或偏大的阈值：C(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)；S2、测试装配过程中或装配后的低压涡轮轴盘结构上下盘面相对位移：S21、做待测螺栓与相邻螺栓连线的垂直中心线ab，其中，a、b两点分别为测试装配过程中或装配后的低压涡轮轴盘结构的法兰结构边缘，设c为ab中点，d、e、f、g为ab上的参考点，记待测螺栓编号为n_c；S22、保证ab垂直于六个所述气缸型接触式位移传感器的轴线所在的平面，沿ab移动所述第二传感器对，分别于a‑d、f‑g、e‑b范围内均匀采集3～5个位置点的盘面相对位移值u(x₂,y₂)＝u_a(x₂,y₂)‑u_l(x₂,y₂)，同时，第一传感器对和第三传感器对分别获取对应低压涡轮轴盘上下盘面位置(x₁,y₁)和(x₃,y₃)的相对位移值u(x₁,y₁)＝u_a(x₁,y₁)‑u_l(x₁,y₁)和u(x₃,y₃)＝u_a(x₃,y₃)‑u_l(x₃,y₃)，计算获得各采集位置点的盘面相对位移差(Δu₁₂,Δu₁₃)，各采集位置点的相对位移差的集合ΔU构成描述待测螺栓预紧力的特征量，ΔU＝{Δu_{12_1},Δu_{12_2},...,Δu_{12_n},Δu_{13_1},Δu_{13_2},...,Δu_{13_n}}；S23、为判断低压涡轮轴盘结构中所有螺栓预紧状态，依次获取编号为1、3、5……n_max‑1，或2、4、6…..n_max的螺栓的各采集位置点相对位移差的集合；S3、判断各待测螺栓或相邻螺栓是否存在预紧力不足或偏大现象：根据获取的编号为1、3、5……n_max‑1，或2、4、6…..n_max的螺栓的各采集位置点相对位移差的集合，对于待测螺栓，ΔU中若50％以上位置点的盘面相对位移差(Δu₁₂,Δu₁₃)达到或超过C(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，则可判定待测螺栓或相邻螺栓存在预紧力不足或预紧力过大现象；S4、确定预紧力不合理螺栓，及预紧力偏差值：保持ab垂直于六个所述气缸型接触式位移传感器的轴线所在的平面，设pq为ab垂直中心线，o点为pq与ab的交点，w、v点分别为po、oq中点，沿pq移动所述第二传感器对，依次测量p、w、o、v、q各点对应的盘面相对位移值，同时，第一传感器对和第三传感器对分别获取对应低压涡轮轴盘上下盘面位置的相对位移值，从而得到预紧力偏差对应的盘面相对位移差特征集ΔU_d＝{(Δu_{12_p},Δu_{13_p}),(Δu_{12_w},Δu_{13_w}),(Δu_{12_o},Δu_{13_o}),(Δu_{12_v},Δu_{13_v}),(Δu_{12_q},Δu_{13_q})}，根据盘面相对位移差与预紧力大小之间的关系：(Δu₁₂,Δu₁₃)＝g(F_n1,F_n2,F_n3,F_n4,x₁,y₁,x₂,y₂,x₃,y₃)，则可判定存在预紧力偏差的螺栓及预紧力偏差值。