[0001] 本发明涉及实验设备技术领域，具体涉及航空发动机榫连接结构微动磨损实验夹具及实验装置。

[0002] 这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

[0003] 航空发动机技术是航空工程领域的一个重要组成部分，它负责提供飞机所需的动力以推动飞行，而涡轮则是其航空发动机的关键部件，为航空发动机的心脏，它负责从燃料燃烧产生的高温高压气体中提取能量，并将其转化为机械能，驱动其他系统或产生推力。榫连接是涡轮叶片和转子至关重要的连接方式，其作用主要体现在结构稳定性、提高工作效率、耐高温高压和维修方便等方面。这种连接方式确保了叶片稳固地固定在转子上，减少了空气泄漏和空气动力损失，同时能够在高温高压环境下保持稳定性，简化了叶片的安装和更换过程，提高了航空发动机的工作效率和可靠性。

[0004] 航空发动机的工作环境极端恶劣，包括高温、高压、高速和复杂的气流环境。燃烧室内燃料燃烧产生高温气体，涡轮和叶片暴露在高温气流中，达到数千摄氏度。发动机内部存在高压气体，尤其是在压缩区域。各部件都在高速旋转，涡轮叶片等需要承受高速旋转并保持稳定。在这样恶劣的环境条件下，涡轮叶片的榫连接结构极其容易发生疲劳失效，因此对于航空发动机涡轮叶片和涡轮盘的榫连接结构微动疲劳磨损特性的研究，有着至关重要的意义。

[0005] 专利申请CN115248163A公开了一种自对中的榫连接结构微动疲劳实验系统，能够用于榫连接结构的疲劳、磨损特性研究，有效模拟航空发动机真是轮盘和叶片的榫连接结构的微动工况，但是上述专利应用于榫连接结构磨损实验时，榫头和榫槽直接接触，进行多次试验榫头磨损后，需要更换新的榫头进行试验，增加了试验成本，而且，上述专利中只能进行纵向微动疲劳磨损试验，当模拟发动机高温使役环境条件时，需要配备与实验夹具相匹配的高温箱，高温箱需要额外定制，无法采用现有的设备，增加了试验设备投资。

[0031] 实施例1

[0032] 本实施例提供了航空发动机榫连接结构微动磨损实验夹具，如图1‑图2所示，包括榫槽固定件，榫槽固定件的底端一体式设置有第一加载杆，第一加载杆与第一连接组件铰接，第一连接组件用于与微动磨损实验机配合，榫槽固定件的顶端设有安装槽，安装槽内用于设置实验件，所述夹具还包括榫头模拟件，榫头模拟件包括榫头，榫头用于与试验件的榫槽配合，榫头与第二加载杆的一端一体式连接，第二加载杆的另一端与第二连接组件铰接，第二连接组件用于与微动磨损实验机配合，第一连接组件和第二连接组件连接微动磨损实验机，能够通过第一加载杆、榫头和第二加载杆、榫槽固定件施加轴向荷载，进而实现轴向微动状况的模拟，所述榫头用于与试验件榫槽配合的榫齿工作面设置有垫片，垫片用于代替榫齿工作面与榫槽槽面接触。

[0033] 本实施例中，如图3所示，所述榫槽固定件包括固定板1，固定板1采用矩形板，固定板1底部中部位置与第一加载杆2的顶端一体式固定，第一加载杆2的底端与第一连接组件铰接。

[0034] 固定板1顶部设只有安装槽，安装槽用于安装试验件3，本实施例中，所述安装槽包括第一槽部和连通设置在第一槽部底端的第二槽部，第一槽部采用燕尾型结构，沿由上至下的方向宽度逐渐增加，所述第二槽部采用倒T型结构，包括水平部和连通设置在水平部中部的竖直部，竖直部的顶端与第一槽部连通。

[0035] 相应的，所述试验件3也包括两个部分，上部的第一试件部采用与第一槽部相匹配的燕尾型结构，下部的第二试件部采用与第二槽部相匹配的倒T型结构。

[0036] 所述第一试件部设置有榫槽4，本实施例中，所述榫槽4采用枞树型榫槽，相比于燕尾榫连接结构，枞树型榫头和榫槽要求较高的设计以及精确的加工，从而保证榫连接结构能按比例承受载荷，且随着技术的发展，枞树型榫连接结构越来越符合其发展要求，应用也越来越广泛。

[0037] 相应的，所述榫头5也采用枞树型榫头。

[0038] 本实施例中，所述安装槽沿固定板的厚度方向贯穿固定板1设置，所述固定板1的两侧均设置有限位架6，用于防止试验件从安装槽中脱离。

[0039] 本实施例中，所述限位架6采用矩形框架，结构简单，便于加工，包括两个长边梁和两个短边梁，两个长边梁相对平行设置，两个短边梁相对平行设置，长边梁的长度大于短边梁的长度。

[0040] 其中，位于下方的长边梁的位置与安装槽的位置对应，能够与试验件3接触，防止试验件3从安装槽中脱离。

[0041] 所述限位架6通过固定组件与固定板1固定连接，其中固定组件采用设置在长边梁两个端部的双头螺柱7，其中下方的长边梁的端部穿过有双头螺柱7，双头螺柱7穿过两个限位架6和固定板1，双头螺柱7穿出的限位架6的部分螺纹连接有六角螺母8，两侧的六角螺母8分别压紧在两个限位架6的外侧面，进而实现两个限位架6与固定板1的固定连接，上方的两个长边梁的端部位置穿过有双头螺柱7，且双头螺柱7的两端旋紧六角螺母8，两个六角螺母8分别与两个限位架6的外侧面接触，进一步增加了两个限位架6的整体性。

[0042] 如图4所示，所述榫头5采用枞树型榫头，其用于与榫槽配合的榫齿工作面上设置有放置槽，沿榫头的厚度方向，放置槽贯穿榫头5设置，放置槽内设置有垫片9，垫片9与放置槽过盈配合，垫片9用于与榫槽4的槽面接触，垫片9的两端设有夹取块，方便工作人员将垫片从放置槽中取出。

[0043] 所述榫头5与第二加载杆10的底端固定连接，第二加载杆10的顶端与第二连接组件铰接，第二连接组件用于连接微动磨损实验机。

[0044] 所述第一连接组件和第二连接组件的结构相同，第一连接组件包括第一连接块11，第一连接块11的顶面设置有第一凹槽，第一凹槽内设有第一铰接轴12，第一加载杆2的底端与第一铰接轴12转动连接进而实现了第一加载杆2与第一连接组件的铰接。第一连接块11的底面设有与微动磨损实验机相匹配的第一夹头13，第一夹头13能够与微动磨损实验机连接。

[0045] 其中第一铰接轴12采用双头螺柱，双头螺柱穿过第一连接块11和第一加载杆2，其两端螺纹连接六角螺母，六角螺母压紧在第一连接块11侧面进而实现了第一铰接轴的固定。

[0046] 本实施例中，第一凹槽的宽度大于第一加载杆2的厚度，使得第一加载杆2沿第一铰接轴的轴线方向具有一定的移动空间。

[0047] 第一连接组件包括第二连接块14，第二连接块14的底面设置有第二凹槽，第二凹槽内设有第二铰接轴15，第二加载杆10的顶端与第二铰接轴15转动连接进而实现了第二加载杆10与第二连接组件的铰接。第二连接块14的底面设有与微动磨损实验机相匹配的第二夹头16，第二夹头16能够与微动磨损实验机连接。

[0048] 其中第二铰接轴15采用双头螺柱，双头螺柱穿过第二连接块14和第二加载杆10，其两端螺纹连接六角螺母17，六角螺母17压紧在第二连接块14侧面进而实现了第二铰接轴15的固定。

[0049] 本实施例中，第二凹槽的宽度大于第二加载杆10的厚度，使得第二加载杆10沿第二铰接轴15的轴线方向具有一定的移动空间。

[0050] 由于第一加载杆2和第二加载杆10均能够运动，因此方便调节第一加载杆2和第二加载杆10对中，同时第一铰接轴12和第二铰接轴15采用受剪能力较好的双头螺柱其利用六角螺母进行固定，使所受载荷能稳定传递到试验件3上，从而保证其夹具的可靠性。

[0051] 所述榫槽固定件的固定板1设置在外壳内部，外壳与榫槽固定件可拆卸固定连接，第一加载杆2通过外壳底部壳壁设置的开口伸出至外壳下方并与第一连接组件铰接，第二加载杆10通过外壳顶部壳壁设置的开口伸出至外壳上方并与第二连接组件铰接。

[0052] 本实施例中，所述外壳由第一壳部18和第二壳部19拼接构成，第一壳部18和第二壳部19均采用L型结构，两个L型结构拼接构成整个立方体结构的外壳。由于第一壳部18和第二壳部19采用L型结构，因此拼接后两个壳部只能朝相互远离的方向运动。

[0053] 第一壳部18和第二壳部19均通过固定组件与固定板1可拆卸固定连接，其中固定组件采用固定螺栓20，固定螺栓20的杆部依次穿过第一壳部18、固定板1和第二壳部19后，其伸出至第二外壳19部外侧的螺纹段螺纹连接有六角螺母，固定螺栓的头部和六角螺母分别压紧在第一壳部18和第二壳部19的外侧面上，进而实现了第一壳部和第二壳部的固定。

[0054] 固定螺栓20的螺杆包括直径较大的第一柱段20‑1和直径较小的第二柱段20‑2，第一柱段20‑1穿过第一壳部18，第二柱段20‑2穿过第二壳部19，其中固定板1套在第二柱段20‑2并与第一柱段20‑1的端面贴合，固定板1的一侧与第一柱段20‑1端面贴合，另一侧设有螺纹连接在第二柱段20‑2的六角螺母21，六角螺母21与固定板贴合，进而实现了固定螺栓
20与固定板1的固定。

[0055] 当需要对外壳进行拆卸时，首选取下第二壳部19外侧的六角螺母，然后将第二壳部19朝向远离第一壳部18的方向移动，即可取下第二壳部19，取下第二柱段20‑2的六角螺母21，即可将第一壳部18与固定板分离。

[0056] 当需要对外壳进行安装时，固定螺栓20的杆部穿过第一壳部18，然后在将固定螺栓20的杆部穿过固定板1，固定板与第一柱段20‑1端面贴合后，旋紧第二柱段20‑2的六角螺母21，然后在将固定螺栓20的第二柱段20‑2穿过第二壳部19，第二壳部19与第一壳部18组装后旋紧第二壳部19外侧面的六角螺母。

[0057] 所述第一壳部18和第二壳部19顶部壳壁、底部壳壁的L型结构拐角位置处均设置有热空气喷头22，热空气喷头22能够通过管路连接热空气源，热空气源采用现有的空气加热器或燃气加热器等，本领域技术人员根据实际需要选择即可。

[0058] 通过热空气喷头22，能够向外壳内输送热空气，模拟发动机在工作过程中高温的使役条件，而且使用时，通过管路连接现有的空气加热器或者高温燃气加热器即可，无需额外定制高温箱，采用现有设备即可实现，降低了实验设备的投资。

[0059] 本实施例中热空气指输送的空气温度高于常温下的空气，其具体温度数在此不做限制。

[0060] 所述第一壳部18和第二壳部19上均设置有径向微动加载件23，径向微动加载件23采用加载杆，两个加载杆分别位于榫头5的两侧且同轴相对设置，第一壳部18的加载杆与第一壳部18滑动连接，第二壳部19的加载杆与第二壳部19滑动连接，加载杆垂直于榫头5设置，且加载杆的位置与榫头5相对应。

[0061] 两个加载杆伸出至外壳外侧的端部均设置有夹头，夹头与微动磨损实验机相匹配，能够与微动磨损实验机连接。

[0062] 所述第二壳部19还安装有温度检测元件，温度检测元件采用温度传感器24，用于检测外壳内的温度。

[0063] 本实施例的夹具，首先在安装槽内安装试验件，将榫头与试验件的榫槽配合后，组装第二连接件，将第二连接件与第二加载杆铰接，组装第一连接件，将第一加载杆与第一连接件铰接，将第一夹头和第二夹头均与微动磨损实验机连接，安装好限位架，然后将第一壳部和第二壳部与固定板固定，完成外壳的组装，将热空气喷头与热空气源通过管路连接，启动微动磨损实验机和热空气源，榫头和榫槽固定件对试验件施加纵向荷载，对试验件的榫连接结构进行纵向微动模拟，得到纵向微动情况下的试验件磨损情况。

[0064] 将两个径向微动施加件的夹头与微动磨损实验机连接，启动微动磨损实验机，微动磨损实验机通过径向微动施加件对榫头施加垂直于榫头的荷载，对试验件的榫连接结构进行纵向微动模拟，得到径向微动情况下的试验件磨损情况。

[0065] 因此本实施例的夹具既能够进行纵向微动磨损实验，也能够进行径向微动磨损实验，整个实验夹具的适用性更强。

[0066] 本实施例的夹具，进行多次实验后，榫头不会发生磨损，多次试验后，只需要对垫片进行更换即可，无需对榫头进行更换，提高了榫头材料利用率，降低了实验成本。

[0067] 实施例2

[0068] 本实施例提供了一种航空发动机榫连接结构微动磨损实验装置，包括微动磨损实验机以及实施例1所述的航空发动机榫连接结构微动磨损实验夹具，微动磨损实验机采用现有设备即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

[0069] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。