一种发动机机架焊接型架及使用方法与流程

1.本发明涉及属于航天发动机技术领域，特别是一种发动机机架焊接型架及使用方法。


背景技术：

2.火箭发动机机架是火箭发动机结构的重要组成部分，用于固定连接火箭发动机和箭体。原有的发动机机架焊接型架没有固定的结构形式和使用方法，定位方式采用传统的划线定位，定位精度差且机架焊接型架整体刚性不足，因此需要机架各定位端留出充足的加工余量以满足对接需求，仅适用于小批量、小尺寸发动机机架的空间定位和焊接。随着航天技术的发展和火箭发动机技术的进步，原有的机架焊接形式难以满足任务需求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，提出一种结构通用性强、安装性能好、强度高、使用寿命长的发动机机架焊接型架及使用方法。该机架焊接型架及相应使用方法的提出，提高了发动机机架的焊接质量和焊接效率。
4.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
5.一种发动机机架焊接型架，包括装配焊接平台、机架小端定位支架、多个大端接头定位座、多个伺服机构接头定位器和多个主立柱；
6.所述装配焊接平台上加工有多组连接槽；每组所述连接槽包括若干个t形槽，所述t形槽在装配焊接平台的侧面和上端面上开口，并自该侧面向装配焊接平台的中部延伸；
7.所述主立柱、大端接头定位座、伺服机构接头定位器均通过t形螺栓与t形槽配合，实现与装配焊接平台固定连接，主立柱、大端接头定位座、伺服机构接头定位器均可沿t形槽调整位置，从而靠近或远离装配焊接平台的中部；
8.所述机架小端定位支架固定安装在多个主立柱上。
9.在上述的一种发动机机架焊接型架，每组连接槽包括两个t形槽，两个t形槽相互平行。
10.在上述的一种发动机机架焊接型架，所述大端接头定位支座包括底座、滑块和挡销组件；
11.所述底座上加工有多个第二u形槽，利用t形螺栓、第二u形槽以及t形槽配合，实现底座与装配焊接平台的连接；底座的上侧面上设有v型槽，v型槽的底面加工两销孔；
12.所述挡销组件包括两个销轴，两个所述销轴分别安装在两个所述销孔内；
13.所述滑块滑动地安装在v型槽内，可向装配焊接平台的中部靠近或远离；滑块位于销轴朝向装配焊接平台中部的一侧。
14.在上述的一种发动机机架焊接型架，所述滑块上设有两个总装测量基准孔，两个总装测量基准孔的连线与v型槽的中心线在同一平面。
15.在上述的一种发动机机架焊接型架，所述销轴的外侧壁上加工有平切面，平切面
平行于销轴的轴线。
16.在上述的一种发动机机架焊接型架，所述伺服机构接头定位器包括伺服下定位座、伺服上定位座和定位轴；
17.所述伺服下定位座的底部加工有多个第一u形槽，用于与t形槽配合，通过t形螺栓进行伺服下定位座和装配焊接平台固定连接；
18.所述伺服上定位座固定安装在伺服下定位座上；
19.所述定位轴固定安装在伺服上定位座上，定位轴一端设有卡槽，以定位发动机机架伺服接头；定位轴远离伺服上定位座的一端设有外螺纹，利用螺母与外螺纹配合限制发动机机架伺服接头的轴向位移。
20.在上述的一种发动机机架焊接型架，所述主立柱包括下连接座和支座；
21.所述下连接座底部加工有多个第三u形槽，第三u形槽、t形槽和t形螺栓配合使用，将下连接座与装配焊接平台连接固定；
22.所述支座固定在下连接座的上端；机架小端定位支架固定安装在支座上。
23.发动机机架焊接型架的使用方法，包括以下步骤，
24.步骤一、安装大端接头定位座；
25.按设计要求确定各个大端接头定位座的位置后，紧固装配焊接平台与大端接头定位座；
26.完成紧固后，加工大端接头定位座与装配焊接平台的定位锥孔并插入圆锥销保证相对位置不变；
27.步骤二、安装主立柱；
28.以大端接头定位座为基准，确定主立柱的位置后，紧固主立柱与装配焊接平台；
29.完成紧固后，加工主立柱与装配焊接平台的定位锥孔及下连接座和支座的定位锥孔并插入圆锥销保证相对位置不变；
30.步骤三、安装机架小端定位支架；
31.将机架小端定位支架安装在主立柱上并完成机架小端定位支架的紧固；
32.步骤四、安装伺服机构接头定位器；
33.组装伺服机构接头定位器，将伺服上定位座安装至伺服下定位座上并紧固，将定位轴安装至伺服上定位座上并紧固；
34.完成组装后，将伺服机构接头定位器搬运至装配焊接平台，调整伺服机构接头定位器在装配焊接平台的位置并紧固；
35.调整伺服下定位座和定位轴至设计要求，然后加工加工伺服下定位座和装配焊接平台的定位锥孔以及伺服上定位座与定位轴的定位锥孔并插入圆锥销保证相对位置不变；
36.步骤五、焊接发动机机架；
37.在大端接头定位座、机架小端定位支架和伺服机构接头定位器上分别固定发动机机架的大端接头、小端接头及伺服接头；
38.完成固定后，修配发动机机架的各连接管道，焊接发动机机架。
39.在上述的使用方法，
40.在发动机机架的小端接头焊前定位时，在主立柱与机架小端定位支架接触面插入垫板，在发动机机架焊接完成后将垫板拆除，释放机架焊接收缩应力；
41.在机架焊接前，利用销轴的圆柱面贴着滑块实现对发动机机架大端接头的精确定位；焊接完成后，转动销轴使其平切面正对滑块，以释放机架焊接收缩应力。
42.在上述的使用方法，安装主立柱的步骤中，以其中一个大端接头定位座的两个向心总装测量基准孔为基准，用于紧固机架小端定位支架的两个主立柱的连线与该大端接头定位座的两个向心总装测量基准孔连线重合。
43.本发明与现有技术相比具有如下优点：
44.1)本发动机机架焊接型架具有良好的结构通用性；
45.针对不同型号尺寸的发动机机架的定位焊接，只需对该型架结钩的各部件根据实际情况做出相应的调整，即调整机架小端定位支架、多个大端接头定位座、多个伺服机构接头定位器的位置以满足需求。
46.2)本发动机机架焊接型架采用模块化设计理念；
47.该发动机机架焊接型架各部件的支撑部件与定位部件均采用螺栓连接和圆锥销定位相结合的方式，因此针对发动机机架高度差别较小机型的型架设计，其相应部件的支撑部件可以共用，只需设计定位部件即可。
48.3)本发动机机架焊接型架的各部件均为铸件，结构强度及刚性大幅提高，可满足较大批量及大尺寸发动机机架的焊接需求。
49.4)本发动机机架焊接型架的大端接头定位座采用v型槽和挡销组件结构方式，该结构既可以满足导向调节功能，也能在机架焊接完成后通过转动挡销组件释放v型槽导向方向上发动机机架的焊接收缩应力，同时抑制发动机机架焊接在其余方向上的变形，有效提高了焊缝质量且降低了技术风险和制造成本。
附图说明
50.图1为发动机机架焊接型架的结构示意图；
51.图2为大端接头定位座的结构示意图；
52.图3为伺服机构接头定位器的结构示意图；
53.图4为主立柱的结构示意图。
54.图中：
55.1-装配焊接平台；11-t形槽；12-中心定位孔；
56.2-大端接头定位座；21-底座；22-滑块；23-总装测量基准孔；24-挡销组件；25-v型槽；26-第二u形槽；
57.3-伺服机构接头定位器；31-伺服下定位座；32-定位轴；33-伺服上定位座；34-第一u形槽；
58.4-机架小端定位支架；
59.5-大螺母；
60.6-主立柱；61-下连接座；62-支座；63-第三u形槽。
具体实施方式
61.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
62.本发明提出一种发动机机架焊接型架及使用方法，如图1所示，发动机机架焊接型
架包括装配焊接平台1、大端接头定位座2、伺服机构接头定位器3、机架小端定位支架4和主立柱6；装配焊接平台1作为大端接头定位座2、伺服机构接头定位器3、机架小端定位支架4和主立柱6的定位和安装基准；大端接头定位座2用于定位、固定发动机机架的大端接头；伺服机构接头定位器3用于定位、固定发动机机架的伺服机构接头；机架小端定位支架4用于定位、固定发动机机架的小端接头；主立柱6用于定位和固定机架小端定位支架4，通过大螺母5将机架小端定位支架4与主立柱6可靠固定连接。以上各部件按设计要求定位安装及固定好后，即可用于机架的焊接。
63.装配焊接平台1优选为铸件，圆盘型；其上端面加工后具有一定的平面度，满足使用的平面度要求即可。装配焊接平台1上加工有一个中心定位孔12和多组连接槽；中心定位孔12位于装配焊接平台1中部，作为大端接头定位座2、伺服机构接头定位器3、机架小端定位支架4、主立柱6的装配基准。同理，装配焊接平台1上也可加工定位轴等结构用于作为定位基准。每组连接槽包括若干个t形槽11，t形槽11在装配焊接平台1的侧面和上端面上开口，并自该侧面向装配焊接平台1的内部延伸。每组连接槽所包含的t形槽11的数量可根据实际需要进行设置，主立柱6、大端接头定位座2、伺服机构接头定位器3通过t形螺栓与t形槽11配合，实现固定连接；t形槽11的设置允许安装在其内的主立柱6、大端接头定位座2、伺服机构接头定位器3可沿中心定位孔12的径向调整位置。例如，当一组连接槽包含一个t形槽11时，该t形槽11沿中心定位孔12的径向延伸；当一组连接槽包含两个t形槽11时，两个t形槽11相互平行，且两个t形槽11之间的中心线沿中心定位孔12的径向延伸；同理，当一组连接槽包含三个或更多的t形槽11时，其中心线沿中心定位孔12的径向延伸。
64.如图2所示，大端接头定位支座2包括底座21、滑块22和挡销组件24三个部分。
65.底座21为铸件，材料可选用qt450-10。底座21上加工有多个第二u形槽26，利用t形螺栓、第二u形槽26以及t形槽11配合，实现底座21与装配焊接平台1可拆装地连接。底座21上设有v型槽25，v型槽25沿中心定位孔12的径向延伸。v型槽25的底面加工两销孔，挡销组件24包括两个销轴，两个销轴分别安装在两个销孔内。
66.滑块22材料可选用45钢，滑块22滑动地安装在v型槽25内，且位于销轴朝向中心定位孔12的一侧；底座21和滑块22组装完成后，滑块22可相对底座21沿中心定位孔12的径向滑动，且侧向晃动较小。
67.销轴的外侧壁上加工有平切面，平切面平行于销轴的轴线；平切面与销轴轴线的距离可根据定位需要进行设置。焊接发动机机架时，挡销组件24销轴的圆柱面与滑块22接触，焊接定位；焊接完成后，转动销轴，使平切面与滑块22端面平行，让发动机机架自由收缩释放焊接应力直至与销轴的平切面接触。
68.滑块22的上侧面上加工有若干个用于连接发动机机架的大端接头的连接孔。在组装状态下配打底座21与滑块22的两个总装测量基准孔23，两个总装测量基准孔23的连线与v型槽25的中心线在同一平面内。
69.如图3所示，伺服机构接头定位器3包括伺服下定位座31、伺服上定位座33和定位轴32。伺服下定位座31主要起支撑作用，伺服上定位座33主要起导向和定位作用，定位轴32用于定位并固定机架伺服机构接头。伺服下定位座31的底部加工有多个第一u形槽34，以便于与装配焊接平台1的t形槽11配合，通过t形螺栓进行安装调整与连接固定。伺服上定位座33通螺栓等连接件固定安装在伺服下定位座31上。为了便于加工，伺服下定位座31、伺服上
定位座33均通过铸造成型。定位轴32固定安装在伺服上定位座33上，定位轴32水平伸展，在定位轴32一端加工卡槽，以定位机架伺服接头；定位轴32远离伺服上定位座33的一端设有外螺纹，利用螺母紧固、限制发动机机架伺服接头的轴向位移。
70.如图4所示，立柱6由下连接座61和支座62组成。下连接座61主要起支撑作用，底部加工有多个第三u形槽63，第三u形槽63、t形槽11和t形螺栓配合使用，以便于下连接座61与装配焊接平台1的安装、调整、连接固定。支座62固定在下连接座61的上端，连接方式为螺栓连接，并通过两个定位销保证相对位置。
71.如图1所示，机架小端定位支架4安装在立柱6上。机架小端定位支架4的四端加工三个圆孔和一个长圆孔，要求对角线孔的孔中心的连线正交且过机架小端定位支架4中心孔的中心，加工长圆孔为防止机架小端定位支架4过定位。四个立柱6中两个支座62为圆柱状，包括光轴段和螺纹段，光轴段用于定位机架小端定位支架4，螺纹段与大螺母5配合，固定安装机架小端定位支架4；其余两个主立柱6仅起支撑和连接机架小端定位支架4的作用。机架小端定位支架4上还加工有若干个连接卡槽，连接卡槽的尺寸、形状均与发动机机架小端接头的外形相适应，用来定位发动机机架小端接头。
72.上述发动机机架焊接型架的使用方法，包括以下步骤：
73.步骤一、安装大端接头定位座2；
74.以装配焊接平台1的上端面及中心定位孔12作为大端接头定位座2的安装定位基准，按设计要求确定各个大端接头定位座2的位置后，紧固装配焊接平台1与大端接头定位座2的螺栓；
75.完成紧固后，加工大端接头定位座2与装配焊接平台1的定位锥孔，插入圆锥销保证相对位置不变。
76.步骤二、安装主立柱6；
77.以滑块22上的两个向心总装测量基准孔23及与机架大端连接的螺纹孔为基准，定位安装主立柱6，保证两个连接大螺母5的主立柱6连线过与机架大端连接的螺纹孔且与一组滑块22上的两个向心总装测量基准孔23连线重合；确定好主立柱6的位置后，紧固装配焊接平台1与主立柱6的螺栓；
78.完成紧固后，加工主立柱6与装配焊接平台1的定位锥孔及下连接座61和支座62的定位锥孔，并对应插入圆锥销保证相对位置不变。
79.步骤三、安装机架小端定位支架4；
80.起吊机架小端定位支架4四处吊环，安装于已定位固定好的主立柱6上，安装紧固机架小端定位支架4与主立柱6的螺栓，并安装两个大螺母5以紧固机架小端定位支架4。
81.步骤四、安装伺服机构接头定位器3；
82.组装伺服机构接头定位器3，将伺服下定位座31和伺服上定位座33间的连接螺栓紧固；将定位轴32插入伺服上定位座33中，并用紧定螺钉锁住；
83.将组装好的伺服机构接头定位器3搬运立于装配焊接平台1；调整伺服机构接头定位器3在装配焊接平台1的位置及伺服下定位座31和定位轴32，满足设计要求后，用紧定螺钉将定位轴32锁住，配打伺服下定位座31与装配焊接平台1的螺纹孔与定位锥孔、伺服下定位座31与伺服上定位座33、伺服上定位座33与定位轴32的定位锥孔，插入圆锥销并紧固连接螺栓以保证各自相对位置不变。
84.步骤五、焊接发动机机架；
85.待所有部件全都按设计要求安装到位以后，即可在机架焊接型架上固定机架的大端接头、小端接头及伺服机构，然后修配各连接管路并焊接机架成型；在机架焊接前，挡销组件24的销轴的圆柱面贴着滑块22，焊接完成后，转动销轴使其平切面正对滑块22；在机架小端焊前定位时，应在主立柱6与机架小端定位支架4接触面插入垫板，在机架焊接完成后将垫板拆除，以释放机架焊接收缩应力，提高焊缝质量。
86.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种发动机机架焊接型架，其特征在于：包括装配焊接平台(1)、机架小端定位支架(4)、多个大端接头定位座(2)、多个伺服机构接头定位器(3)和多个主立柱(6)；所述装配焊接平台(1)上加工有多组连接槽；每组所述连接槽包括若干个t形槽(11)，所述t形槽(11)在装配焊接平台(1)的侧面和上端面上开口，并自该侧面向装配焊接平台(1)的中部延伸；所述主立柱(6)、大端接头定位座(2)、伺服机构接头定位器(3)均通过t形螺栓与t形槽(11)配合，实现与装配焊接平台(1)固定连接，主立柱(6)、大端接头定位座(2)、伺服机构接头定位器(3)均可沿t形槽(11)调整位置，从而靠近或远离装配焊接平台(1)的中部；所述机架小端定位支架(4)固定安装在多个主立柱(6)上。2.根据权利要求1所述的一种发动机机架焊接型架，其特征在于：每组所述连接槽包括两个t形槽(11)，两个t形槽(11)相互平行。3.根据权利要求1所述的一种发动机机架焊接型架，其特征在于：所述大端接头定位支座(2)包括底座(21)、滑块(22)和挡销组件(24)；所述底座(21)上加工有多个第二u形槽(26)，利用t形螺栓、第二u形槽(26)以及t形槽(11)配合，实现底座(21)与装配焊接平台(1)的连接；底座(21)的上侧面上设有v型槽(25)，v型槽(25)的底面加工两销孔；所述挡销组件(24)包括两个销轴，两个所述销轴分别安装在两个所述销孔内；所述滑块(22)滑动地安装在v型槽(25)内，可向装配焊接平台(1)的中部靠近或远离；滑块(22)位于销轴朝向装配焊接平台(1)中部的一侧。4.根据权利要求3所述的一种发动机机架焊接型架，其特征在于：所述滑块(22)上设有两个总装测量基准孔(23)，两个总装测量基准孔(23)的连线与v型槽(25)的中心线在同一平面。5.根据权利要求3所述的一种发动机机架焊接型架，其特征在于：所述销轴的外侧壁上加工有平切面，平切面平行于销轴的轴线。6.根据权利要求1所述的一种发动机机架焊接型架，其特征在于：所述伺服机构接头定位器(3)包括伺服下定位座(31)、伺服上定位座(33)和定位轴(32)；所述伺服下定位座(31)的底部加工有多个第一u形槽(34)，用于与t形槽(11)配合，通过t形螺栓进行伺服下定位座(31)和装配焊接平台(1)固定连接；所述伺服上定位座(33)固定安装在伺服下定位座(31)上；所述定位轴(32)固定安装在伺服上定位座(33)上，定位轴(32)一端设有卡槽，以定位发动机机架伺服接头；定位轴(32)远离伺服上定位座(33)的一端设有外螺纹，利用螺母与外螺纹配合限制发动机机架伺服接头的轴向位移。7.根据权利要求1所述的一种发动机机架焊接型架，其特征在于：所述主立柱(6)包括下连接座(61)和支座(62)；所述下连接座(61)底部加工有多个第三u形槽(63)，第三u形槽(63)、t形槽(11)和t形螺栓配合使用，将下连接座(61)与装配焊接平台(1)连接固定；所述支座(62)固定在下连接座(61)的上端；机架小端定位支架(4)固定安装在支座(62)上。8.根据权利要求1至7中任一项所述的发动机机架焊接型架的使用方法，其特征在于：
包括以下步骤，步骤一、安装大端接头定位座(2)；按设计要求确定各个大端接头定位座(2)的位置后，紧固装配焊接平台(1)与大端接头定位座(2)；完成紧固后，加工大端接头定位座(2)与装配焊接平台(1)的定位锥孔并插入圆锥销保证相对位置不变；步骤二、安装主立柱(6)；以大端接头定位座(2)为基准，确定主立柱(6)的位置后，紧固主立柱(6)与装配焊接平台(1)；完成紧固后，加工主立柱(6)与装配焊接平台(1)的定位锥孔及下连接座(61)和支座(62)的定位锥孔并插入圆锥销保证相对位置不变；步骤三、安装机架小端定位支架(4)；将机架小端定位支架(4)安装在主立柱(6)上并完成机架小端定位支架(4)的紧固；步骤四、安装伺服机构接头定位器(3)；组装伺服机构接头定位器(3)，将伺服上定位座(33)安装至伺服下定位座(31)上并紧固，将定位轴(32)安装至伺服上定位座(33)上并紧固；完成组装后，将伺服机构接头定位器(3)搬运至装配焊接平台(1)，调整伺服机构接头定位器(3)在装配焊接平台(1)的位置并紧固；调整伺服下定位座(31)和定位轴(32)至设计要求，然后加工加工伺服下定位座(31)和装配焊接平台(1)的定位锥孔以及伺服上定位座(33)与定位轴(32)的定位锥孔并插入圆锥销保证相对位置不变；步骤五、焊接发动机机架；在大端接头定位座(2)、机架小端定位支架(4)和伺服机构接头定位器(3)上分别固定发动机机架的大端接头、小端接头及伺服接头；完成固定后，修配发动机机架的各连接管道，焊接发动机机架。9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于：在发动机机架的小端接头焊前定位时，在主立柱(6)与机架小端定位支架(4)接触面插入垫板，在发动机机架焊接完成后将垫板拆除，释放机架焊接收缩应力；在机架焊接前，利用销轴的圆柱面贴着滑块(22)实现对发动机机架大端接头的精确定位；焊接完成后，转动销轴使其平切面正对滑块(22)，以释放机架焊接收缩应力。10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于：安装主立柱(6)的步骤中，以其中一个大端接头定位座(2)的两个向心总装测量基准孔(23)为基准，用于紧固机架小端定位支架(4)的两个主立柱(6)的连线与该大端接头定位座(2)的两个向心总装测量基准孔(23)连线重合。

技术总结
本发明涉及属于航天发动机技术领域，特别是一种发动机机架焊接型架及使用方法；发动机机架焊接型架包括装配焊接平台、机架小端定位支架、多个大端接头定位座、多个伺服机构接头定位器和多个主立柱；装配焊接平台上加工有多组连接槽；每组连接槽包括若干个T形槽，T形槽在装配焊接平台的侧面和上端面上开口，并自该侧面向装配焊接平台的中部延伸；主立柱、大端接头定位座、伺服机构接头定位器均与装配焊接平台固定连接，主立柱、大端接头定位座、伺服机构接头定位器均可沿T形槽调整位置，从而靠近或远离装配焊接平台的中部；机架小端定位支架固定安装在多个主立柱上；采用模块化设计理念，通用性强；使用方便，焊接质量高。焊接质量高。焊接质量高。


技术研发人员：赵晓强 许桐晔 毛冬远 范玉超 董亚星 梁彦龙 冯楠
受保护的技术使用者：西安航天发动机有限公司
技术研发日：2022.11.18
技术公布日：2023/7/13