CN114654395B - 一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具 - Google Patents

一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，包括夹具控制端、法兰盘、连接螺母、夹具固定端；法兰盘与夹具控制端通过螺纹连接，用于将夹具固定在实验舱段开口位置；夹具控制端包括从上至下依次通过螺纹同轴心旋合的角度调节旋钮、角度调节手柄、高度调节手柄，夹具固定端包括基板与盖板，基板顶部与角度调节手柄底部嵌入连接，基板用于放置镍基单晶高温合金圆片试样，盖板覆盖在基板上用于固定试样，盖板上设有与试样相匹配的空心孔；连接螺母与角度调节手柄的立柱底部螺纹连接，连接螺母的底部一侧通过销轴与盖板的顶部栓孔相连接，本发明可实现镍基单晶高温合金圆片试样的安装以及试样位置和角度的调节。

Description

一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具
技术领域
本发明属于微米颗粒高温沉积实验技术领域，具体的说是一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具。
背景技术
镍基单晶高温合金主要用于制造航空发动机、燃气轮机热端涡轮叶片，其承温能力是提升发动机性能、效率、可靠性的关键技术指标。航空发动机是飞机的心脏，它的大量零组件工作在十分恶劣的环境中，不仅承受着高温、高压、高转速的工作负荷，还服役于有大量微颗粒沙尘的恶劣环境，而涡轮叶片是承受上述高负荷的最具代表性的核心零部件之一。为了满足现代航空发动机对高推重比和可靠性的追求，涡轮进口温度逐步提高。为此，高性能的镍基单晶气冷涡轮叶片研制一直是近几十年国内、外高性能航空发动机发展的核心技术之一。在航空发达国家，镍基单晶气冷涡轮叶片已广泛地应用于航空航天发动机，在地面燃气发动机上也开始得到应用；在国内，由于镍基单晶材料研制和无余量精铸技术的进步，镍基单晶气冷涡轮叶片的研制也已取得重大进展，逐步进入工程应用阶段。
航空发动机、航空燃气轮机热端涡轮叶片等设备服役于高温、高压、高转速的恶劣沙尘环境，为了更好地了解镍基单晶合金材料在高温的恶劣沙尘环境中的微米颗粒沉积特性，以防止由于微米颗粒灰尘在镍基单晶合金材料上沉积，进而影响涡轮叶片的换热，降低涡轮叶片的承温能力，导致航空发动机、燃气轮机热端涡轮叶片的损坏，造成严重事故。因此，研究镍基单晶高温合金材料在高温环境中的沉积特性对于保障飞行安全具有实际意义。
在目前国内外进行的微米颗粒高温沉积实验中，多用镍基单晶高温合金试样来进行涡轮叶片内部冷却通道沉积特性的研究，但在实验中镍基单晶高温合金试样的固定是一个重点，实现镍基单晶高温合金试样空间姿态可调节也是一个技术难点，镍基单晶高温合金试样通常固定于微米颗粒高温沉积实验舱段中，高温实验舱段是用于输送高温高速气-粒两相流的通道，也是微米颗粒在高温环境中沉积的重要实验环节，由于微米颗粒高温沉积实验对温度要求极高，因此，对镍基单晶高温合金圆片试样的安装提出了更高的要求，同时也对安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具提出了更高的要求。夹具通过螺栓固连于高温实验舱段上方开口处。由于目前缺少用于固定镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，且为了解决镍基单晶高温合金圆片试样的更换、镍基单晶高温合金圆片试样的实验空间姿态可调节以及夹具的拆卸问题，因此，在微米颗粒高温沉积实验研究工作中，针对镍基单晶高温合金圆片试样，有必要设计一种便于安装试样且空间姿态可调节的专用夹具，从而顺利开展对镍基单晶高温合金材料沉积特性研究。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，可实现镍基单晶高温合金圆片试样的安装以及镍基单晶高温合金圆片试样位置和角度的调节。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，包括夹具控制端、法兰盘、连接螺母、夹具固定端；所述法兰盘与夹具控制端通过螺纹连接，所述法兰盘用于将夹具固定在实验舱段的开口位置；
所述夹具控制端包括从上至下依次通过螺纹同轴心旋合的角度调节旋钮、角度调节手柄、高度调节手柄，所述角度调节旋钮套设在角度调节手柄腔体中且其底部延伸至角度调节手柄底部立柱腔体的外部，所述角度调节手柄底部立柱套设在高度调节手柄腔体中且其底部延伸至高度调节手柄底部立柱腔体的外部，所述高度调节手柄的底部立柱套设在法兰盘的内部；
所述夹具固定端包括竖直设置的基板与盖板，所述基板的顶部与角度调节手柄的底部立柱嵌入连接，使得角度调节手柄的底部立柱可在基板的顶部转动，所述基板用于放置镍基单晶高温合金圆片试样，所述盖板覆盖在基板上用于固定镍基单晶高温合金圆片试样，使得镍基单晶高温合金圆片试样位于基板与盖板之间，所述盖板上设置有与镍基单晶高温合金圆片试样相匹配的空心孔；
所述连接螺母与角度调节手柄的立柱底部螺纹连接，使角度调节手柄可与连接螺母同步转动，使得角度调节手柄通过旋转角度调节夹具固定端的水平转动角度；所述连接螺母的底部一侧通过销轴与盖板的顶部栓孔相连接，使得角度调节旋钮上下移动时带动夹具固定端朝向连接螺母的销轴一侧摆动，从而调节夹具固定端的竖直平面角度；所述高度调节手柄用于调节夹具固定端的高度。
进一步的，所述角度调节旋钮底部立柱的末端设置有球状凸起，所述基板的顶部设置有与球状凸起相匹配的球状凹槽，所述基板通过球状凹槽与角度调节旋钮的底部嵌入连接。
进一步的，所述基板的前后端面上均设置有圆柱凸起，所述圆柱凸起的圆台面用于放置镍基单晶高温合金圆片试样，且镍基单晶高温合金圆片试样与圆柱凸起的圆面同轴心。
进一步的，所述空心孔内腔远离基板的一端设置有阻挡环。
进一步的，所述基板与盖板通过螺栓连接。
进一步的，所述角度调节手柄位于角度调节旋钮底部的一端为尖端设置，且设有角度刻度，便于读取角度值。
进一步的，所述法兰盘包括大法兰盘以及叠压在大法兰盘上的小法兰盘，所述高度调节手柄的底部立柱套设在小法兰盘的内部，所述大法兰盘与实验舱段上部开口通过螺栓固连，用于将夹具固定在实验舱段的开口位置。
进一步的，所述小法兰盘与大法兰盘通过螺栓固接。
本发明的有益效果在于：
本发明中的夹具通过夹具控制端、法兰盘、连接螺母和夹具固定端四部分实现镍基单晶高温合金圆片试样的安装、镍基单晶高温合金圆片试样空间姿态可调节以及镍基单晶高温合金圆片试样的简易拆卸，具体为：
1、夹具控制端包括角度调节旋钮、角度调节手柄和高度调节手柄三部分，（1）其设计形状不同，便于区分；（2）角度调节旋钮形状设计便于旋转，更容易控制旋入和旋出高度，使角度调节更精确；（3）角度调节手柄形状设计有尖端，且尖端处有角度刻度，便于读取角度数据、增加实验数据的准确性以及节约实验时间；（4）高度调节手柄形状设计可以快速调节旋入和旋出，更快控制高度位置，节约时间；
2、法兰盘包括大、小法兰盘两部分，小法兰盘和大法兰盘的外形设计密封良好，双层固定更加保证了结构的气密性，减少高温实验舱外部环境对微米颗粒高温沉积实验的影响；且大法兰盘与实验舱连接孔通过螺栓固连，可确保夹具的安装；
3、夹具固定端包括基板与盖板两部分，基板有正反两面，可以显著提高沉积实验效率，减少实验镍基单晶高温合金圆片试样的拆换次数；
4、连接螺母主要起传递作用，连接螺母与角度调节手柄的立柱底部螺纹连接，使角度调节手柄可与连接螺母同步转动，通过旋转角度，进而调节镍基单晶高温合金圆片试样的水平转动角度，连接螺母的底部一侧通过销轴与盖板的顶部栓孔相连接，使得角度调节旋钮上下移动时带动夹具固定端朝向连接螺母销轴一侧摆动，从而调节夹具固定端的竖直平面角度，实现角度的可调节。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的剖面结构示意图；
图3为本发明夹具控制端的结构示意图；
图4为本发明法兰盘的结构示意图；
图5为本发明连接螺母的结构示意图；
图6为本发明夹具固定端的结构示意图；
图7为本发明盖板的结构示意图；
附图标记：1、角度调节旋钮，101、球状凸起，2、角度调节手柄，3、高度调节手柄，4、小法兰盘，5、大法兰盘，6、连接螺母，7、销轴，8、基板，801、球状凹槽，802、圆柱凸起，9、盖板，901、空心孔，902、阻挡环，10、镍基单晶高温合金圆片试样。
具体实施方式
下面根据附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，包括夹具控制端、法兰盘、连接螺母6、夹具固定端；所述法兰盘与夹具控制端通过螺纹连接，所述法兰盘用于将夹具固定在实验舱段的开口位置；
所述夹具控制端包括从上至下依次通过螺纹同轴心旋合的角度调节旋钮1、角度调节手柄2、高度调节手柄3，所述角度调节旋钮1通过旋入高度调节夹具固定端的竖直平面角度，进而调节镍基单晶高温合金圆片试样10的竖直平面角度，通过旋转圈数来读取角度；所述角度调节手柄2通过旋转角度调节夹具固定端的水平转动角度，进而调节镍基单晶高温合金圆片试样10的水平转动角度，角度调节手柄尖端便于读取角度值；所述高度调节手柄3用于调节夹具固定端的高度，从而调节镍基单晶高温合金圆片试样的高度，通过旋出高度来读取高度值；
所述角度调节旋钮1套设在角度调节手柄2腔体中且其底部延伸至角度调节手柄2底部立柱腔体的外部，所述角度调节手柄2底部立柱套设在高度调节手柄3腔体中且其底部延伸至高度调节手柄3底部立柱腔体的外部，所述高度调节手柄3的底部立柱套设在法兰盘的内部，所述角度调节手柄2及高度调节手柄3的手柄端部均水平设置；
所述夹具固定端包括竖直设置的基板8与盖板9，所述基板8与盖板9通过螺栓连接，所述角度调节旋钮1底部立柱的末端设置有球状凸起101，所述基板8的顶部设置有与球状凸起相匹配的球状凹槽801，所述基板8通过球状凹槽与角度调节旋钮1的底部嵌入连接，使得角度调节手柄2的底部立柱可在基板8的顶部转动，所述基板8的前后端面上均设置有圆柱凸起802，所述圆柱凸起802用于放置镍基单晶高温合金圆片试样10，所述盖板9覆盖在基板8上用于固定镍基单晶高温合金圆片试样10，使得镍基单晶高温合金圆片试样10位于基板8与盖板9之间，所述盖板9上设置有与镍基单晶高温合金圆片试样10相匹配的空心孔901，所述空心孔901内腔远离基板8的一端设置有阻挡环902；
所述连接螺母6与角度调节手柄2的立柱底部螺纹连接，使角度调节手柄2可与连接螺母6同步转动，使得角度调节手柄2通过旋转角度调节夹具固定端的水平转动角度；所述连接螺母6的底部一侧通过销轴7与盖板9的顶部栓孔相连接，使得角度调节旋钮1上下移动时带动夹具固定端朝向连接螺母6的销轴一侧摆动，从而调节夹具固定端的竖直平面角度。
进一步的，所述法兰盘包括大法兰盘5以及叠压在大法兰盘5上的小法兰盘4，所述小法兰盘4与大法兰盘5通过螺栓固接，所述高度调节手柄3的底部立柱套设在小法兰盘4的内部，所述大法兰盘5与实验舱段上部开口通过螺栓固连，用于将夹具固定在实验舱段的开口位置。
本发明的具体操作步骤：
首先组装夹具控制端，将角度调节旋钮1、角度调节手柄2和高度调节手柄3由内而外通过螺纹同轴心旋合；其次组装法兰盘，将小法兰盘4置于大法兰盘5上部并通过螺栓固接；然后组装连接螺母6，将角度调节手柄2末端与连接螺母6通过螺纹旋合，使角度调节手柄2可与连接螺母6同时同步转动；然后组装夹具固定端，将镍基单晶高温合金圆片试样10平放于在基板8的圆柱凸起802的圆台面上，使镍基单晶高温合金圆片试样10与基板8的圆柱凸起802的圆面同轴心，将盖板9置于上方，使得镍基单晶高温合金圆片试样10处于基板8与盖板9的中间，通过螺栓将基板8与盖板9固连；然后组装夹具控制端与夹具固定端，将夹具固定端基板8上部球状凹槽801与夹具控制端角度调节旋钮1下部球状凸起101通过嵌入连接、夹具固定端盖板9上部栓孔与连接螺母6通过销轴连接；最后将夹具安装于高温实验舱上部开口处，将大法兰盘5与高温实验舱通过螺栓固连。可以通过旋转角度调节旋钮1，通过角度调节旋钮1的上下移动，进而控制夹具固定端的竖直平面角度，从而控制镍基单晶高温合金圆片试样10的竖直平面角度；可以通过旋转角度调节手柄2，带动连接螺母6的转动，控制夹具固定端的水平角度，从而控制镍基单晶高温合金圆片试样10的水平平面角度；可以通过转动高度调节手柄3，通过高度调节手柄3的旋入旋出，进而控制夹具固定端的高度，从而控制镍基单晶高温合金圆片试样10的高度。通过以上具体实施方式，可利用本发明顺利进行镍基单晶高温合金材料微颗粒沉积特性研究工作，从而展开涡轮叶片内部冷却通道沉积特性的研究。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，其特征在于：包括夹具控制端、法兰盘、连接螺母（6）、夹具固定端；所述法兰盘与夹具控制端通过螺纹连接，所述法兰盘用于将夹具固定在实验舱段的开口位置；
所述夹具控制端包括从上至下依次通过螺纹同轴心旋合的角度调节旋钮（1）、角度调节手柄（2）、高度调节手柄（3），所述角度调节旋钮（1）套设在角度调节手柄（2）腔体中且其底部延伸至角度调节手柄（2）底部立柱腔体的外部，所述角度调节手柄（2）底部立柱套设在高度调节手柄（3）腔体中且其底部延伸至高度调节手柄（3）底部立柱腔体的外部，所述高度调节手柄（3）的底部立柱套设在法兰盘的内部；
所述夹具固定端包括竖直设置的基板（8）与盖板（9），所述基板（8）的顶部与角度调节手柄（2）的底部立柱嵌入连接，使得角度调节手柄（2）的底部立柱可在基板（8）的顶部转动，所述基板（8）用于放置镍基单晶高温合金圆片试样（10），所述盖板（9）覆盖在基板（8）上用于固定镍基单晶高温合金圆片试样（10），使得镍基单晶高温合金圆片试样（10）位于基板（8）与盖板（9）之间，所述盖板（9）上设置有与镍基单晶高温合金圆片试样（10）相匹配的空心孔（901）；
所述连接螺母（6）与角度调节手柄（2）的立柱底部螺纹连接，使角度调节手柄（2）可与连接螺母（6）同步转动，使得角度调节手柄（2）通过旋转角度调节夹具固定端的水平转动角度；所述连接螺母（6）的底部一侧通过销轴（7）与盖板（9）的顶部栓孔相连接，使得角度调节旋钮（1）上下移动时带动夹具固定端朝向连接螺母（6）的销轴一侧摆动，从而通过旋入高度调节夹具固定端的竖直平面角度；所述高度调节手柄（3）用于调节夹具固定端的高度。
2.根据权利要求1所述的一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，其特征在于：所述角度调节旋钮（1）底部立柱的末端设置有球状凸起（101），所述基板（8）的顶部设置有与球状凸起相匹配的球状凹槽（801），所述基板（8）通过球状凹槽与角度调节旋钮（1）的底部嵌入连接。
3.根据权利要求1所述的一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，其特征在于：所述基板（8）的前后端面上均设置有圆柱凸起（802），所述圆柱凸起（802）的圆台面用于放置镍基单晶高温合金圆片试样（10），且镍基单晶高温合金圆片试样（10）与圆柱凸起（802）的圆面同轴心。
4.根据权利要求1所述的一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，其特征在于：所述空心孔（901）内腔远离基板（8）的一端设置有阻挡环（902）。
5.根据权利要求1所述的一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，其特征在于：所述基板（8）与盖板（9）通过螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，其特征在于：所述角度调节手柄（2）位于角度调节旋钮（1）底部的一端为尖端设置，且设有角度刻度，便于读取角度值。
7.根据权利要求1所述的一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，其特征在于：所述法兰盘包括大法兰盘（5）以及叠压在大法兰盘（5）上的小法兰盘（4），所述高度调节手柄（3）的底部立柱套设在小法兰盘（4）的内部，所述大法兰盘（5）与实验舱段上部开口通过螺栓固连，用于将夹具固定在实验舱段的开口位置。
8.根据权利要求7所述的一种可调节的用于安装镍基单晶高温合金圆片试样的夹具，其特征在于：所述小法兰盘（4）与大法兰盘（5）通过螺栓固接。
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