一种高精度航天涡轮抛光设备

1.本发明涉及磨粒流加工技术领域，具体为一种高精度叶航天涡轮抛光设备。


背景技术：

2.涡轮是航天发动机的关键部件，航天发动机是利用压缩机对空气进行压缩并送至燃烧室进行燃烧，利用产生的高温高压燃烧气体使涡轮旋转，排出的燃烧气体热能来获得相对应的推力。而涡轮是整体航天发动机的核心输出零件。航天涡轮表面粗糙度的粗细程度会严重制约航天发动机的运作效率。涡轮结构复杂，它是由若干弯曲叶片构成的，其叶片为非可展扭曲直纹面，故在传统的机械精密加工中存在一定的困难，因此采用磨粒流精密加工技术可以实现更好的抛光。
3.磨粒流加工(abrasive flow machining,afm)，也称挤压珩磨，是一种用载有磨料的流动性粘弹性聚合物，在压力作用下对工件进行表面抛光、倒角和去毛刺等精加工的新型工艺技术。该加工技术特别适用于工件内腔复杂面、内部交叉孔等无法触及区域的毛刺去除和抛光。


技术实现要素：

4.本发明目的是为解决精密加工涡轮困难的问题，提供一种高精度航天涡轮抛光设备，利用电传机构中大小齿轮啮合的方式，保证两个小齿轮同向同速运动，避免在运动过程中螺母发生偏离，以保证喷嘴轴线可以与工作台轴线处于同一竖直平面内；利用连接机构中的万向节扭转功能，则可以随意改变喷嘴与航天涡轮工作的相对位置，可以实现多角度多方位加工，尤其是涡轮叶片背面曲面部分；利用工作辅助机构部分万向节与轴承辅助功能实现喷嘴的精准定位与加工；利用螺旋机构中的涡轮蜗杆啮合，与电机配合可实现涡轮工件的旋转加工，使加工更加均匀；利用支撑机构的螺钉螺母及其他工件的组合，连接其他机构部分，避免加工工程中涡轮发生偏移摆动。加工时磨粒流从喷嘴入口进入，通过工作盖均匀分流入工作台内部，并通过圆周分布的流道管出口流出，使磨粒流均匀加工在涡轮上；并在磨粒流加工过程中，配合使用伺服电机带动涡轮旋转，使抛光更加均匀，实现了对涡轮表面均匀抛光加工，并且减小了残余应力。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高精度航天涡轮抛光设备，其特征在于，该设备由电传机构、支撑机构、连接机构、螺旋机构以及工作辅助机构组成；所述电传机构由齿轮定位板、齿轮保护套、圆柱大齿轮、圆柱小齿轮、圆锥大齿轮、圆锥小齿轮、电机定位台、伺服电机以及配合的螺栓、销组成；所述支撑机构由支撑下板、支撑板、丝杆、螺母部分、定位夹、支撑上板以及配合的螺栓、螺钉组成；所述连接机构由连接杆、万向节扭转、万向节中心、支持杆以及相对应配合的螺钉组成；所述螺旋机构由涡轮定位板、涡轮轴盖、蜗杆、涡轮、工作台、工作盖、步进电机、联轴器、定位纽盖、涡轮工件、流道管以及配合的螺钉、螺栓组成；所述工作辅助机构由三角固定板、喷嘴、连接杆、定位盖以及配合的螺钉组成；所述螺母部分由螺母、连接杆、定位盖以及配合的螺钉组成。
6.进一步，作为优选，所述电传机构由齿轮定位板、齿轮保护套、圆柱大齿轮、圆柱小齿轮、圆锥大齿轮、圆锥小齿轮、电机定位台、伺服电机以及配合的螺栓、销组成；所述齿轮保护套、滚动轴承、圆柱大齿轮、圆柱小齿轮设有沟槽并通过过盈装配与齿轮定位板连接，所述圆柱大齿轮设有沟槽并通过键与圆锥大齿轮连接，所述圆柱大齿轮、圆柱小齿轮、圆锥大齿轮、圆锥小齿轮通过齿轮啮合连接，所述圆锥小齿轮设有沟槽通过键与伺服电机相连，所述伺服电机、电机定位板、齿轮定位板设有螺纹孔并通过螺钉连接，所述齿轮定位板设有通孔并通过螺钉与支撑上板连接。
7.进一步，作为优选，所述支撑机构由支撑下板、支撑板、丝杆、螺母部分、定位夹、支撑上板以及配合的螺栓、螺钉组成；所述支撑上板、支撑板、支撑下板设有螺纹孔并通过螺钉连接，所述定位夹设有螺纹孔并通过螺钉与支撑板连接，所述丝杠、轴承、螺母设有通孔与定位夹、支撑上板连接，所述轴承、连接杆、定位盖设有通孔并通过螺钉与螺母连接，所述丝杠设有沟槽并通过键与圆柱小齿轮连接。
8.进一步，作为优选，所述连接机构由连接杆、万向节扭转、万向节中心、支持杆以及相对应配合的螺钉组成；所述万向节扭转、万向节中心设有通孔并通过螺栓连接，所述万向节扭转、支持杆设有螺纹孔并通过螺纹连接，所述万向节扭转设有螺纹孔并通过螺纹与连接杆连接。
9.进一步，作为优选，所述螺旋机构由涡轮定位板、涡轮轴盖、蜗杆、涡轮、工作台、工作盖、步进电机、联轴器、定位纽盖、涡轮工件、流道管以及配合的螺钉、螺栓组成；所述涡轮定位板设有沟槽与步进电机、联轴器、涡轮、蜗杆、涡轮轴盖连接，所述联轴器、涡轮轴盖、轴承设有通孔与蜗杆连接，所述蜗杆、步进电机、联轴器设有沟槽并通过键连接，所述涡轮、蜗杆通过齿轮啮合连接，所述涡轮、工作台设有沟槽并通过键连接，所述工作盖、涡轮工件、定位纽盖、流道管设有通孔、螺纹孔与工作台连接，所述涡轮定位板设有通孔、螺纹孔并与支撑下板连接。
10.进一步，作为优选，所述工作辅助机构由三角固定板、喷嘴、连接杆、定位盖以及配合的螺钉组成；所述三角固定板设有阶梯孔与轴承、连接杆、定位盖连接，所述三角固定板设有通孔与喷嘴连接。
附图说明
11.图1为高精度航天涡轮抛光设备总体装配示意图
12.图2为电传机构内部爆炸示意图
13.图3为电传机构部分爆炸示意图
14.图4为支撑机构内部爆炸示意图
15.图5为连接机构内部爆炸示意图
16.图6为螺旋机构内部爆炸示意图
17.图7为螺旋机构部分爆炸示意图
18.图8为工作辅助机构内部爆炸示意图
19.图9为螺母部分内部爆炸示意图
20.图10为涡轮轴盖示意图
21.图11为支撑下板示意图
1、支撑上板与支撑板连接的螺纹孔，6-2、支撑上板与丝杠连接的通孔，6-3、支撑上板与齿轮定位板连接的螺纹孔，7、齿轮保护套，8、螺母，8-1、螺母与丝杆配合的螺纹孔，8-2、螺母与连接杆连接梯形孔，8-3、螺母与定位盖连接的螺纹孔，9、丝杠，10、定位夹，10-1、定位夹与丝杆连接的梯形孔，10-2、定位夹与支撑板连接的螺纹孔，10-3、定位板与支撑板连接的通孔，11、工作盖，11-1、工作盖与喷嘴连接的通孔，11-2、工作盖与工作台连接的通孔，12、涡轮定位板，12-1、涡轮定位板与涡轮连接的圆形沟槽、12-2、涡轮定位板固定相连的通孔，12-3、涡轮定位板与蜗杆连接的沟槽，12-4、涡轮定位板与支撑下板连接的螺纹孔，13、圆柱小齿轮，14、圆锥大齿轮，15、圆柱大齿轮，16、电机定位板、16-1、电机定位板与伺服电机连接的通孔，16-2、电机定位板与齿轮定位板连接的通孔，17、伺服电机，17-1、伺服电机与电机定位板连接的螺纹孔，18、圆锥小齿轮，19、连接杆，20、万向节扭转、20-1、万向节扭转与万向节中心连接的通孔，20-2、万向节扭转与支持杆连接的螺纹孔，21、支持杆，22、万向节中心，22-1、万向节中心与万向节扭转连接的小孔，23、蜗杆，24、工作台，24-1、工作台与航天涡轮工件连接的凸台，24-2、工作台与流道管连接的螺纹孔，24-3、工作台与工作盖连接的通孔，25、涡轮，25-1、涡轮与圆锥大齿轮连接的通孔，26、步进电机，27、联轴器，28、定位纽盖、29、航天涡轮工件，30、流道管，31、三角固定板，31-1、三角固定板与喷嘴连接的通孔，31-2、三角固定板与连接杆固定的阶梯孔，31-3、三角固定板与喷嘴连接的螺纹孔，31-4、三角固定板与定位盖连接的螺纹孔，32、定位盖，32-1、定位盖与连接杆固定的通孔，32-2、定位盖与三角固定板连接的通孔。
具体实施方式
56.本发明提供了一种高精度航天涡轮抛光设备，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整的描述，显然所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
57.本发明主要有五部分组成，分别为电传机构、支撑机构、连接机构、螺旋机构以及工作辅助机构。因本发明为复合结构，故采用由下至上安装顺序。所述该设备的支撑机构由支撑下板(2)、支撑板(3)、丝杆(9)、螺母部分、定位夹(10)、支撑上板(6)以及配合的轴承、螺栓、螺钉组成；首先将支撑板(3)中的螺纹孔(3-1)、支撑下板(2)中的螺纹孔(2-1)与支撑上板(6)中的螺纹孔(6-1)通过螺钉连接，将支撑板(3)中的螺纹孔(3-2)、通孔(3-3)与定位夹(10)中的螺纹孔(10-2)、通孔(10-3)通过螺钉固定连接，将角接触球轴承过盈装配固定在定位夹(10)的阶梯孔(10-1)上，将丝杠(9)通过角接触球轴承中心孔、支撑上板(6)的通孔(6-2)位置连接，将螺母(8)中的螺母孔(8-1)与丝杆(9)进行螺纹配合，将滚动轴承、连接杆(19)、定位盖(32)中的通孔(32-1)固定在螺母(8)的阶梯孔(8-2)中，将定位盖(32)中的通孔(32-2)与螺母(8)中圆周阵列螺纹孔(8-3)通过螺钉连接。由此实现该设备支撑机构的安装工作。
58.所述螺旋机构由涡轮定位板(12)、涡轮轴盖(1)、蜗杆(23)、涡轮(25)、工作台(24)、工作盖(11)、步进电机(26)、联轴器(27)、定位纽盖(28)、涡轮工件(29)、流道管(30)以及配合的轴承、键、螺钉、螺栓组成；首先将步进电机(26)、联轴器(27)、蜗杆(23)短边设有沟槽并通过键连接，将角接触球轴承、涡轮轴盖(1)的小孔(1-1)与蜗杆(23)长边连接，将
步进电机(26)、角接触球轴承与涡轮轴盖(1)过盈装配在涡轮定位板(12)的沟槽(12-3)中，将涡轮(25)与蜗杆(23)通过齿轮啮合连接，将涡轮(25)固定在涡轮固定板(12)的圆形沟槽(12-1)中，将涡轮定位板(12)设有通孔(12-2)并通过螺栓、螺母连接，将工作台(24)设有沟槽并通过键固定在涡轮(25)的通孔(25-1)上，将涡轮定位板(12)的螺纹孔(12-4)与支撑下板(2)的通孔(2-2)通过螺钉连接，并使工作台(24)通过支撑下板(2)的通孔(2-3)上，将航天涡轮工件(29)通过内部原有通孔固定在工作台(24)上，将定位纽盖(28)内部设有螺纹孔固定在工作台(24)的螺纹支柱(24-1)上，将流道管(30)入口处的螺纹固定在工作台(24)的圆周阵列螺纹孔(24-2)上，将工作盖(11)设有沟槽并通过通孔(11-2)固定在工作台(24)的螺纹孔(24-3)上由此实现该设备螺旋机构的安装工作。
59.所述电动机构由齿轮定位板(5)、齿轮保护套(7)、圆柱大齿轮(15)、圆柱小齿轮(13)、圆锥大齿轮(14)、圆锥小齿轮(18)、电机定位台(16)、伺服电机(17)以及配合的螺栓、销组成；首先将齿轮定位板(5)设有沟槽(5-1)并通过过盈装配与滚动轴承、齿轮保护套(7)连接，将圆柱大齿轮(15)、两个圆柱小齿轮(13)设有凸台与滚动轴承连接，将圆柱大齿轮(15)与两个圆柱小齿轮(13)通过齿轮啮合连接，将齿轮定位板(5)设有通孔(5-2)并通过螺钉固定在支撑上板(6)的螺纹孔(6-3)上，将圆锥大齿轮(14)设有沟槽并通过键与圆柱大齿轮(15)连接，将圆锥大齿轮(14)与圆锥小齿轮(18)通过齿轮啮合连接，将圆锥小齿轮(18)设有沟槽并通过键与伺服电机(17)相连，将伺服电机(17)的螺纹孔与电机定位台(16)的通孔(16-1)并通过螺钉连接，将电机定位台(16)中的通孔(16-2)与齿轮定位板(5)中的正面与侧面的螺纹孔(5-3)连接，将两个丝杠(9)上端设有沟槽并通过键与两个圆柱小齿轮(13)连接，由此实现该设备电传机构的安装工作。
60.所述连接机构由连接杆(19)、万向节扭转(20)、万向节中心(22)、支持杆(21)以及相对应配合的螺钉组成；首先将万向节扭转(20)中的通孔(20-1)与万向节中心(22)的通孔(22-1)并通过螺栓连接，将连接杆(19)与支持杆(21)设有螺纹与万向节扭转(20)中的螺纹孔(20-2)连接，由此实现该设备连接机构部分的安装工作。
61.所述工作辅助机构由三角固定板(31)、喷嘴(4)、连接杆(19)、定位盖(32)以及配合的螺钉组成；首先将滚动轴承、连接杆(19)与三角固定板(31)的阶梯孔(31-1)通过过盈配合连接，将定位盖(32)中的通孔(32-2)与三角固定板(31)的螺纹孔(31-4)通过螺钉连接，将喷嘴(4)卡入三角固定板(31)的通孔(31-1)中，将喷嘴的通孔(4-2)与三角固定板(31)的螺纹孔(31-3)通过螺钉连接，由此实现该设备工作辅助机构的安装工作。
62.本设备工作辅助机构可在工作过程中防止液体飞溅，并将磨料从喷嘴(4)入口(4-1)进入工作辅助机构中，由工作辅助机构可将磨料送入工作台进行加工，螺旋机构可实现航天涡轮工件(29)均匀转动，使加工过程更加均匀有效，连接机构可实现喷嘴(4)自由移动与转动，改变喷嘴(4)与加工涡轮工件(29)之间的相对位置与角度，实现多方位多角度加工零件，尤其是叶片背面的盲区，电传机构与支撑机构可实现喷嘴(4)的上下移动，方便零件的安装与收取。
63.本设备在运行时，首先将确认航天涡轮工件(29)放入工作台(24)的凸台(24-1)处，并通过定位纽盖(28)夹紧工件，然后将伺服动机(17)与步进电机(26)通电，实现加工工件的自由旋转，并通过丝杠(9)螺母(8)之间的相对位移，调整喷嘴(4)与加工工件之间的相对位置，工作盖(11)可加入工作或去除，以实现涡轮工件
(29)的多角度加工，调整好喷嘴(4)与加工工件相对位置，接通磨粒流流体于喷嘴入口(4-1)流入，最后开始进行磨粒流精密加工航天涡轮工作，并将废弃磨料从流道管(30)流出。
64.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种高精度航天涡轮抛光设备，其特征在于，该设备由电传机构、支撑机构、连接机构、螺旋机构以及工作辅助机构组成；所述电传机构由齿轮定位板、齿轮保护套、圆柱大齿轮、圆柱小齿轮、圆锥大齿轮、圆锥小齿轮、电机定位台、伺服电机以及配合的螺栓、销组成；所述支撑机构由支撑下板、支撑板、丝杆、螺母部分、定位夹、支撑上板以及配合的螺栓、螺钉组成；所述连接机构由连接杆、万向节扭转、万向节中心、支持杆以及相对应配合的螺钉组成；所述螺旋机构由涡轮定位板、涡轮轴盖、蜗杆、涡轮、工作台、工作盖、步进电机、联轴器、定位纽盖、涡轮工件、流道管以及配合的螺钉、螺栓组成；所述工作辅助机构由三角固定板、喷嘴、连接杆、定位盖以及配合的螺钉组成；所述螺母部分由螺母、连接杆、定位盖以及配合的螺钉组成。2.根据权利要求1所述的一种高精度航天涡轮抛光设备，其特征在于：所述电传机构由齿轮定位板、齿轮保护套、圆柱大齿轮、圆柱小齿轮、圆锥大齿轮、圆锥小齿轮、电机定位台、伺服电机以及配合的螺栓、销组成；所述齿轮保护套、滚动轴承、圆柱大齿轮、圆柱小齿轮设有沟槽并通过过盈装配与齿轮定位板连接，所述圆柱大齿轮设有沟槽并通过键与圆锥大齿轮连接，所述圆柱大齿轮、圆柱小齿轮、圆锥大齿轮、圆锥小齿轮通过齿轮啮合连接，所述圆锥小齿轮设有沟槽通过键与伺服电机相连，所述伺服电机、电机定位板、齿轮定位板设有螺纹孔并通过螺钉连接，所述齿轮定位板设有通孔并通过螺钉与支撑上板连接。3.根据权利要求1所述的一种高精度航天涡轮抛光设备，其特征在于：所述支撑机构由支撑下板、支撑板、丝杆、螺母部分、定位夹、支撑上板以及配合的螺栓、螺钉组成；所述支撑上板、支撑板、支撑下板设有螺纹孔并通过螺钉连接，所述定位夹设有螺纹孔并通过螺钉与支撑板连接，所述丝杠、轴承、螺母设有通孔与定位夹、支撑上板连接，所述轴承、连接杆、定位盖设有通孔并通过螺钉与螺母连接，所述丝杠设有沟槽并通过键与圆柱小齿轮连接。4.根据权利要求1所述的一种高精度航天涡轮抛光设备，其特征在于：所述连接机构由连接杆、万向节扭转、万向节中心、支持杆以及相对应配合的螺钉组成；所述万向节扭转、万向节中心设有通孔并通过螺栓连接，所述万向节扭转、支持杆设有螺纹孔并通过螺纹连接，所述万向节扭转设有螺纹孔并通过螺纹与连接杆连接。5.根据权利要求1所述的一种高精度航天涡轮抛光设备，其特征在于：所述螺旋机构由涡轮定位板、涡轮轴盖、蜗杆、涡轮、工作台、工作盖、步进电机、联轴器、定位纽盖、涡轮工件、流道管以及配合的螺钉、螺栓组成；所述涡轮定位板设有沟槽与步进电机、联轴器、涡轮、蜗杆、涡轮轴盖连接，所述联轴器、涡轮轴盖、轴承设有通孔与蜗杆连接，所述蜗杆、步进电机、联轴器设有沟槽并通过键连接，所述涡轮、蜗杆通过齿轮啮合连接，所述涡轮、工作台设有沟槽并通过键连接，所述工作盖、涡轮工件、定位纽盖、流道管设有通孔、螺纹孔与工作台连接，所述涡轮定位板设有通孔、螺纹孔并与支撑下板连接。6.根据权利要求1所述的一种高精度航天涡轮抛光设备，其特征在于：所述工作辅助机构由三角固定板、喷嘴、连接杆、定位盖以及配合的螺钉组成；所述三角固定板设有阶梯孔与轴承、连接杆、定位盖连接，所述三角固定板设有通孔与喷嘴连接。

技术总结
本发明提供了一种高精度航天涡轮抛光设备，该设备由电传机构、支撑机构、连接机构、螺旋机构以及工作辅助机构组成。工作时通过电机带动圆柱大齿轮转动，通过齿轮传递与丝杠螺母位置相对转换，实现螺母上下位置的移动，通过连接机构的万向节，实现喷嘴与航天涡轮工件位置的相对变换，实现了涡轮的多角度多方位加工，尤其是涡轮叶片背面的盲区，螺旋机构可实现工件加工过程中工件的自由转动，使加工更加均匀有效。本设备安装方便，操作简单，工作安全可靠，适合对航天涡轮进行磨粒流精密加工，有利于航天涡轮的工业化生产。利于航天涡轮的工业化生产。利于航天涡轮的工业化生产。


技术研发人员：李俊烨 赵振国 张雷 吴海红 石广丰 张景然 唐超 刘建河 修航
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/9/20