WP—7裝配夾具的Γ形結構懸臂梁的設計

邵緒威　宋斌　周金鑫

摘 要：在航空發動機制造工業中，發動機裝配的準確度往往由裝配工裝來保證，因此，裝配夾具在航空發動機部件裝配過程中起著非常重要的作用。采用合適的夾具，不但能保證裝配精度，縮短裝配時間，提高裝配效率，而且可以減輕工人的勞動強度。本文對渦噴-7航空發動機的盤軸裝配過程中的軸裝配夾具進行研究。設計了Γ形結構懸臂梁；對所設計的夾具進行了強度分析和誤差計算，通過強度與和誤差分析計算，保證了設計的夾具滿足實際裝配工藝的要求。所完成的設計內容對航空發動機轉子柔性裝配夾具的研究具有一定的借鑒價值。

關鍵詞：裝配工裝；Γ形懸臂梁；夾具設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.094

0 引言

作為軸輸送裝置的重要組成部分，Γ形結構懸臂梁在整個裝置中起到了連接床身與工作部件（換向裝置、夾具）的作用。因此懸臂梁結構的設計成為決定夾具設計的一個關鍵。

1 WP-7航空發動機結構分析

通過發動機設計圖紙及其高壓軸和低壓軸設計圖紙測繪得出數據如表1所示。

根據對WP-7低壓渦輪軸零件圖紙分析，可以對高壓軸渦輪軸進行簡化。簡化后得到的模型為一根外徑為108mm 內徑為94mm，軸向長度為1100mm的空心長軸，并且設定在裝配過程中軸的剛性非常大，忽略軸向的彎曲變形。將低壓渦輪軸簡化模型為一根外徑為88mm內徑為72mm，軸向長度為1200mm的空心長軸，并且設定軸的剛性非常大，忽略軸向彎曲變形。根據Catia仿真計算可以得出低壓軸渦輪軸簡化模型以下簡稱低壓軸模型）。

2 Γ形結構懸臂梁的設計

根據對WP-7發動機高壓渦輪及低壓渦輪零件圖分析，提出了兩種設計方案。

方案一：使用規定尺寸的方鋼，其左端直接與Z軸運動的軌道板焊接形成一個組件，方鋼右端亦與工作部件焊接成為一體。

方案二：利用45鋼板進行彎板加工形成，然后在指定位置進行銑削、鉆孔及焊接加工成型。

由于方案一中方鋼的兩端與Z軸運動的軌道板及工作部件焊接在一起，容易產生梁的應力集中，不便于維修檢測等諸多問題。因此，選用方案二的設計思路。Γ形結構懸臂梁通過擠壓成型的方法使其為幾字形的截面形狀，并在左端鉆有與上下支承板相連接的螺栓孔，同時上下支承板亦與Z軸運動的軌道板通過螺栓、螺母等緊固件相連，確保懸臂梁能在Z軸方向上通過絲杠帶動進行精確運動，工作部件放置在右端的幾字形凹槽內部。

3 有限元分析

軟件ANSYS是融結構、熱、流體、電磁和聲學與一體的大型CAE通用有限元分析軟件。由于懸臂梁結構復雜，利用數學模型計算比較復雜，精度也不能得到很好的保證，故利用ANSYS有限元分析軟件，進行模擬分析。本次計算采用Catia進行懸臂梁建模，再利用ANSYS workbench的接口導入，模型傳遞過程中沒有元素丟失。網格全部為自動生成，在左端對梁加以矩形端固定約束，而右端對梁施加Z方向垂直向下的力，大小為換向裝置、夾具及軸的重量。根據裝配系統運行過程的實際受力情況模擬出該Γ形結構懸臂梁的形變情況如圖1所示。根據ANSYS分析可以看出該梁在實際受力情況下的變形趨勢及應力集中點的位置。應力集中點在梁左端螺栓孔的位置及右端的U形缺口處。根據得出的分析圖可以看出該Γ形結構懸臂梁的強度無大幅度變化符合設計使用要求。

4 總結

本文從選擇合適的軸輸送裝置的設計方案入手，通過從對轉子裝配系統結構中的重要部分夾具開始對Γ形結構的懸臂梁及伺服系統分別作了詳細的介紹說明。并運用力學及有限元的方法對換向裝置及Γ形結構的懸臂梁的性能進行計算分析，驗證了所設計軸輸送裝置結構設計的合理性。

參考文獻：

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