WP―7装配夹具的Γ形结构悬臂梁的设计

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摘 要：在航空发动机制造工业中，发动机装配的准确度往往由装配工装来保证，因此，装配夹具在航空发动机部件装配过程中起着非常重要的作用。采用合适的夹具，不但能保证装配精度，缩短装配时间，提高装配效率，而且可以减轻工人的劳动强度。本文对涡喷-7航空发动机的盘轴装配过程中的轴装配夹具进行研究。设计了Γ形结构悬臂梁；对所设计的夹具进行了强度分析和误差计算，通过强度与和误差分析计算，保证了设计的夹具满足实际装配工艺的要求。所完成的设计内容对航空发动机转子柔性装配夹具的研究具有一定的借鉴价值。

关键词：装配工装；Γ形悬臂梁；夹具设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.094

0 引言

作为轴输送装置的重要组成部分，Γ形结构悬臂梁在整个装置中起到了连接床身与工作部件（换向装置、夹具）的作用。因此悬臂梁结构的设计成为决定夹具设计的一个关键。

1 wp-7航空发动机结构分析

通过发动机设计图纸及其高压轴和低压轴设计图纸测绘得出数据如表1所示。

根据对WP-7低压涡轮轴零件图纸分析，可以对高压轴涡轮轴进行简化。简化后得到的模型为一根外径为108mm 内径为94mm，轴向长度为1100mm的空心长轴，并且设定在装配过程中轴的刚性非常大，忽略轴向的弯曲变形。将低压涡轮轴简化模型为一根外径为88mm内径为72mm，轴向长度为1200mm的空心长轴，并且设定轴的刚性非常大，忽略轴向弯曲变形。根据Catia仿真计算可以得出低压轴涡轮轴简化模型以下简称低压轴模型）。

2 Γ形结构悬臂梁的设计

根据对WP-7发动机高压涡轮及低压涡轮零件图分析，提出了两种设计方案。

方案一：使用规定尺寸的方钢，其左端直接与Z轴运动的轨道板焊接形成一个组件，方钢右端亦与工作部件焊接成为一体。

方案二：利用45钢板进行弯板加工形成，然后在指定位置进行铣削、钻孔及焊接加工成型。

由于方案一中方钢的两端与Z轴运动的轨道板及工作部件焊接在一起，容易产生梁的应力集中，不便于维修检测等诸多问题。因此，选用方案二的设计思路。Γ形结构悬臂梁通过挤压成型的方法使其为几字形的截面形状，并在左端钻有与上下支承板相连接的螺栓孔，同时上下支承板亦与Z轴运动的轨道板通过螺栓、螺母等紧固件相连，确保悬臂梁能在Z轴方向上通过丝杠带动进行精确运动，工作部件放置在右端的几字形凹槽内部。

3 有限元分析

软件ANSYS是融结构、热、流体、电磁和声学与一体的大型CAE通用有限元分析软件。由于悬臂梁结构复杂，利用数学模型计算比较复杂，精度也不能得到很好的保证，故利用ANSYS有限元分析软件，进行模拟分析。本次计算采用Catia进行悬臂梁建模，再利用ANSYS workbench的接口导入，模型传递过程中没有元素丢失。网格全部为自动生成，在左端对梁加以矩形端固定约束，而右端对梁施加Z方向垂直向下的力，大小为换向装置、夹具及轴的重量。根据装配系统运行过程的实际受力情况模拟出该Γ形结构悬臂梁的形变情况如图1所示。根据ANSYS分析可以看出该梁在实际受力情况下的变形趋势及应力集中点的位置。应力集中点在梁左端螺栓孔的位置及右端的U形缺口处。根据得出的分析图可以看出该Γ形结构悬臂梁的强度无大幅度变化符合设计使用要求。

4 总结

本文从选择合适的轴输送装置的设计方案入手，通过从对转子装配系统结构中的重要部分夹具开始对Γ形结构的悬臂梁及伺服系统分别作了详细的介绍说明。并运用力学及有限元的方法对换向装置及Γ形结构的悬臂梁的性能进行计算分析，验证了所设计轴输送装置结构设计的合理性。

参考文献：

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