УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРУТКИ ДЕТАЛИ
TWISTING DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для закрутки деталей, преимущественно лопаток газотурбинных двигателей, и может найти применение в авиадвигателестроении и других отраслях промышленности.
Известно устройство для закрутки детали, преимущественно пера лопатки авиационного газотурбинного двигателя, содержащее фиксатор для базового сечения лопатки и ложемент для концевого сечения, и дополнительные ложементы для промежуточных сечений пера лопатки. Каждый ложемент выполнен с возможностью окружного перемещения посредством механизма для перемещения ложементов в окружном направлении, в каждом ложементе выполнен паз, повторяющий сечения при раскрученном пере лопатки. Точка, относительно которой имеет возможность окружного перемещения каждый ложемент, лежит на оси лопатки (SU 803225 A, B21D 11/14, 15.05.82 г., 3 с.).
Недостатком такого устройства является низкая точность изготовления лопаток, у которых центры масс сечений пера лопатки не лежат на одной оси, т.к. при изготовлении лопаток из заготовок с раскрученным пером, чтобы максимально приблизить геометрию закрученной лопатки, к чертежным размерам необходимо каждое сечение пера лопатки повернуть вокруг своего центра масс.
Это предусмотрено в устройстве для закрутки детали, преимущественно пера лопатки авиационного газотурбинного двигателя, содержащем фиксатор для базового сечения пера лопатки и пары ложементов для корыта и спинки закручиваемых сечений. Каждая пара ложементов расположена внутри своего зубчатого колеса, имеющего возможность окружного перемещения вокруг центра масс сечения пера лопатки посредством зубчатого механизма (RU 2284240, B21D 53/78, заявл. 23.07.04, опубл. 10.02.06).
Недостатком этих устройств является то, что они предназначены только для лопаток, имеющих одинаковую линию центров масс. Для лопаток с другой линией центров масс эти устройства применить нельзя, т.к. центр колеса не будет совпадать с центром масс закручиваемого сечения. В таком устройстве не предусмотрен механизм смещения колес до совпадения их центров с линией центров масс закручиваемых лопаток. В этом случае для совмещения приходится изготавливать новое устройство, в котором заранее предусмотрено совпадение центра колеса с центром масс закручиваемого сечения.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание универсального устройства для закрутки лопаток, в котором обеспечена возможность совмещения центров зубчатых колес с центрами масс закручиваемых ими сечений, позволяющего получить технический результат, заключающийся в возможности закрутки лопаток с различными линиями центров масс.
Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для закрутки детали, преимущественно пера лопатки авиационного газотурбинного двигателя, содержит фиксатор для базового сечения пера лопатки и пары ложементов для корыта и спинки закручиваемых сечений. Каждая пара ложементов расположена внутри своего зубчатого колеса, имеющего возможность окружного перемещения вокруг центра масс сечения пера лопатки посредством зубчатого механизма.
Новым в изобретении является то, что устройство снабжено механизмом совмещения центров зубчатых колес с центром масс закручиваемых ими сечений пера лопатки. Механизм включает корпуса по числу зубчатых колес, зубчатые колеса установлены в этих корпусах, корпуса нанизаны на направляющие, которые контактируют с корпусами через сменные втулки, установленные с эксцентриситетом относительно направляющих, величина которого равна расстоянию между центром колеса, помещенного в центр масс закручиваемого им сечения, и осью устройства, проходящей через центр масс базового сечения параллельно направляющим.
Для расширения возможностей устройства в зубчатом колесе выполнена проточка, и ложементы выполнены сменными и установлены в этой проточке с возможностью перемещения вдоль нее.
Для того чтобы предотвратить расхождение ложементов во время закрутки в каждом ложементе симметрично относительно центра зубчатого колеса выполнены полости, перпендикулярные плоскости разъема ложементов. Полость в одном ложементе является продолжением полости в другом ложементе, при этом устройство снабжено пружинами сжатия, каждая из которых расположена одновременно в полостях двух ложементов. Зубчатое колесо также снабжено пазами, расположенными перпендикулярно проточке в зубчатом колесе, в которых расположены подпружиненные замки с фасонными торцами, имеющие возможность контакта с ответными торцами обоих ложементов одновременно.
Для обеспечения перемещения ложементов по проточке зубчатого колеса устройство снабжено силовыми цилиндрами, штоки которых связаны с ложементами.
Для обеспечения поворота зубчатого колеса устройство снабжено двигателем, имеющим вал, на котором расположена ведущая шестерня, связанная с зубчатым колесом.
Для исключения перекоса зубчатого колеса относительно корпуса и обеспечения его вращения на периферии зубчатого колеса выполнены пазы, взаимодействующие с телами вращения, например роликами, имеющими возможность перемещения по кольцевому пазу. В другом варианте исполнения устройство может быть оснащено сферическими телами, контактирующими с соответствующими пазами, выполненными в корпусах и на периферии зубчатых колес.
Для управления угловым поворотом зубчатых колес и последовательностью их включения в работу устройство снабжено системой автоматического управления, связанной с двигателем.
На прилагаемых чертежах изображено устройство для закрутки детали - пера лопатки авиационного газотурбинного двигателя, где
на фиг.1 изображена гидромеханическая схема устройства для закрутки пера лопатки авиационного газотурбинного двигателя;
на фиг.2 - схема определения эксцентриситета Δ;
на фиг.3 - элемент «М» фиг.1;
на фиг.4 - схема базового модуля устройства для закрутки пера лопатки;
на фиг.5 - вид по стрелке В фиг.4;
на фиг.6 - схема модуля закрутки устройства для закрутки сечений пера лопатки;
на фиг.7 - сечение А-А фиг.6;
на фиг.8 - сечение Б-Б фиг.6.
Устройство для закрутки детали, преимущественно пера 1 (фиг.1) лопатки 1 авиационного газотурбинного двигателя, содержит фиксатор 2 с ложементами 3 и 4 для базового сечения пера лопатки и опору 5.
Устройство содержит также пары ложементов 6, 7 для корыта и спинки закручиваемых сечений пера лопатки. Каждая пара ложементов 6, 7 расположена внутри своего зубчатого колеса 8 (фиг.3), имеющего возможность окружного перемещения вокруг центра масс сечения пера лопатки 1.
Устройство снабжено механизмом совмещения центров зубчатых колес 8 с центром масс закручиваемых ими сечений лопатки 1, включающее корпуса 9 (фиг.1, 6, 7) по числу зубчатых колес 8, которые установлены в этих корпусах. Корпуса 9 нанизаны на направляющие 10 (фиг.1, 6), которые контактируют с корпусами 9 через сменные втулки 11 (фиг.6, 8), установленные с эксцентриситетом Δ (фиг.2, 8) относительно оси направляющих 10. Величина эксцентриситета Δ (фиг.2) для каждого закручиваемого сечения 12 пера лопатки 1 равна расстоянию между центром колеса 8 (фиг.3), помещаемого в центр масс 13 (фиг.2) закручиваемого сечения, и осью устройства (Z) 14, параллельной направляющим 10 (фиг.1) устройства и проходящей через центр масс 15 (фиг.2) базового сечения 16. Сменные втулки 11 соединены с направляющими 10 с помощью шпонок 17 (фиг.6, 8). Для удобства сборки корпуса 9 выполнены составными и образованы двумя плитами, жестко связанными между собой.
В каждом зубчатом колесе 8 (фиг.6) выполнена проточка 18, и ложементы 6 и 7 установлены в этой проточке 18 с возможностью перемещения вдоль нее.
В каждом ложементе 6 симметрично относительно центра зубчатого колеса 8 выполнены полости 19, 20, перпендикулярные плоскости разъема ложементов 6, 7, а в ложементе 7 - полости 21 и 22. Полости 19, 20 в ложементе 6 являются продолжением полостей 21 и 22 в ложементе 7. Устройство также снабжено двумя пружинами сжатия, каждая из которых расположена одновременно в полостях 19, 20 и 21, 22.
Зубчатые колеса 8 снабжены пазами 23, в которых расположены подпружиненные замки 24 с фасонными торцами, имеющие возможность контакта с ответными торцами обоих ложементов 6 и 7 одновременно. Противоположными торцами замки 24 взаимодействуют с пружинами сжатия 25. Дополнительно замки 24 имеют отверстия 26, предназначенные для их перемещения вдоль пазов 23.
Устройство снабжено силовыми цилиндрами 27 (фиг.6, 3, 4, 5), штоки которых связаны с ложементами 6, 7 и 4, 5. Силовые цилиндры 27 расположены в корпусах 9.
Зубчатый механизм содержит ведущую шестерню 28 (фиг.3, 6), расположенную на валу двигателя 29 и связанную с зубчатым колесом 8 (фиг.6) через паразитное колесо 30, установленное в корпусе 9.
Для исключения перекоса зубчатого колеса 8 устройство снабжено роликами 31 (фиг.6, 7), установленными в корпусе 9 с возможностью вращения. На периферии зубчатого колеса 8 выполнен кольцевой паз 32, и ролики 31 имеют возможность перемещения по этому пазу. В другом варианте исполнения устройство может быть оснащено сферическими телами, контактирующими с соответствующими пазами, выполненными в корпусах 9 и периферии зубчатых колес 8 (не показано).
Для управления угловым поворотом зубчатых колес 8 и последовательностью их включения в работу устройство снабжено системой автоматического управления 33 (фиг.1), связанной с датчиком 34 (фиг.3) контроля угла поворота вала двигателя 29. Дополнительно устройство снабжено источником давления 35 (фиг.1), двухходовыми рапределителями 36 и трехходовыми распределителями 37.
Расположение корпусов 9 с зубчатыми колесами 8 вдоль оси Z (фиг.1, 2) лопатки 1 соответствует расположению закручиваемых сечений пера лопатки, при этом ось Z одновременно является осью устройства.
Устройство работает следующим образом.
Перед выполнением операции закрутки сечений пера конкретной лопатки 1 (фиг.1) корпуса 9 (фиг.1, 6) снимают с направляющих 10 (фиг.1, 6) и устанавливают в них индивидуальные для данной лопатки сменные втулки 11 (фиг.6, 8) с эксцентриситетом Δ для совмещения центра масс 13 (фиг.2) закручиваемого сечения с центром зубчатого колеса 8 (фиг.6). Каждый корпус 9 оснащается ложементами 6 и 7 с рабочими профилями, соответствующими профилям спинки и корыта сечения пера после его закрутки. Подготовленные таким образом корпуса 9 нанизывают на направляющие 10 и фиксируют по оси Z (фиг.2) относительно закручиваемых сечений пера лопатки 1. На этом заканчивается настройка устройства для закрутки пера конкретной лопатки.
Затем приступают непосредственно к выполнению операции закрутки пера лопатки.
При этом в исходном положении устройства ложементы 4, 5 (фиг.1, 4) базового модуля 2 (фиг.1, 4), а также ложементы 6, 7 (фиг.1, 6), охватывающие перо лопатки 1, разведены. Зубчатые колеса 8 занимают относительно друг друга и базового модуля 2 (фиг.1) положение, при котором хорды ложементов 6 и 7 (фиг.1, 3, 6) параллельны хорде ложементов 4 и 5 базового модуля 2. Для обеспечения указанного положения поршни силовых цилиндров 27 (фиг.6, 3, 4) разведены от оси Z устройства, при этом гидрораспределители 36 (фиг.1) занимают положение I, a гидрораспределители 37 - положение «0».
Лопатку 1 с раскрученным пером в холодном или нагретом до ковочных температур состоянии устанавливают в вертикальном положении в устройство для закрутки. При этом лопатка 1 своей базой, выполненной предварительно на торце хвостовика, устанавливается на опору 5, занимая требуемое положение вдоль оси Z устройства.
Включают кнопку «пуск». При этом гидрораспределители 37 занимают положение «0», штоки силовых цилиндров 27 (фиг.3, 4, 5, 6) перемещаются навстречу друг другу, охватывая ложементами 4, 5, 6, 7 сечения пера лопатки 1 и сжимая пружины, расположенные в полостях 19, 20 и 21, 22 (фиг.6). Затем под действием пружин 25 сжатия срабатывают замки 24, жестко фиксируя ложементы 6 и 7, как показано на фиг.6.
При этом двигатели (гидромоторы) 29 (фиг.3) приводят во вращение кинематическую цепь, включающую в себя ведущую шестерню 28, (фиг.6) паразитные шестерни 30, 38 и зубчатое колесо 8, выполняя закрутку сечений пера лопатки 1 относительно ее базового сечения. Угол поворота зубчатых колес 8 (фиг.1) каждого модуля закрутки определяется и корректируется системой автоматического управления 33. Ввиду того что при закрутке пера лопатки 1 происходит сокращение расстояния между закручиваемыми сечениями, корпуса 9 имеют возможность некоторого перемещения вдоль направляющих 10, для чего последние снабжены съемными упорами 39 (фиг.8), помещаемыми между втулками 40 и корпусами 9 перед выполнением операции закрутки сечений лопатки. Вследствие этого ложементы 6 и 7 также имеют возможность смещения вдоль оси Z устройства, сохраняя жесткий контакт с закручиваемыми сечениями лопатки 1.
На этом заканчивают процесс закрутки сечений пера лопатки.
Для извлечения лопатки из устройства последовательно разводят ложементы 6 и 7 (фиг.1, 6) от оси лопатки 1. Для этого используют специальный ключ (не показан), который устанавливают в отверстия 26, выполненные в замках 24, и выводят замки 24 из контакта с ложементами 6 и 7. Под действием пружин сжатия 22 ложементы 6 и 7 перемещаются друг от друга в пазах 18 зубчатых колес 8, освобождая перо лопатки 1. Затем переключают один из распределителей 36 в положение I, при котором ложементы 3 и 4 освобождают базовое сечение пера лопатки 1. Лопатку с закрученным пером извлекают из устройства, а распределители 37 переключают в положение II, осуществляя поворот колес 8 в исходное положение.
На этом заканчивается работа устройства, а его гидромеханическая схема вновь готова к повторению описанного цикла закрутки пера лопатки.
Устройство позволяет закручивать сечения пера широкого типоразмера лопаток газотурбинных и иных двигателей. Перенастройка устройства для закрутки иной лопатки заключается в замене ложементов базового модуля, модулей закрутки сечений пера, оснащении корпусов требуемыми эксцентриковыми втулками и настройке системы автоматического управления. В зависимости от длины закручиваемой лопатки и требуемой точности закрутки сечений пера относительно базового сечения число корпусов с зубчатыми колесами может быть уменьшено или увеличено. Эти обстоятельства позволяют рассматривать предложенное устройство как универсальное.