CN102472347A - 具有径向活动性的预加应力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及预加应力装置(10)，其在第一平面和第二平面之间绕轴(A)延伸，所述第一平面基本垂直于所述轴(A)，所述第二平面基本平行于所述第一平面并相对于所述第一平面轴向偏移。所述预加应力装置包括第一环形体(13)，该第一环形体在所述第一平面中延伸，并具有第一系列的至少三个凸出部(15)，所述第一系列的所述凸出部中的每一个与所述第一体连接并在基本径向的方向上延伸，并包括在所述第二平面中延伸的平坦表面(17)。这种设置能够确保经受预加应力的元件的部件之间表面接触。该装置特别可以用于转子，特别是用于涡轮发动机的不带整流罩的叶轮转子。

Description

具有径向活动性的预加应力装置
本发明涉及用于确保滚动元件和其滚道之间的接触的预加应力装置。
该装置特别用于涡轮发动机的叶轮转子，该叶轮转子不带整流罩。在这些装置中提供有螺母将轴承中的一个挤压在套圈的边缘上。在轴承和螺母之间提供有锁紧垫圈，用于在旋转时将螺母固定在多边形环的壳体内。
为了永久性地在部件之间产生预应力，提供预加应力装置是有利的。已知的预加应力装置包括称作瑞班(Ringspann)垫圈的星形弹簧，还包括具有与贝尔维尔(Belleville)垫圈类似形状的垫圈。这些垫圈都是圆锥形的，以用作弹簧并永久性地对上述部件施压。
使用已知预加应力装置时，特别是在承受高振动水平的机械组件，例如，涡轮发动机中使用时，发现存在部件磨损问题。
特别地，本发明的目的是提供解决上述问题的方案。
本发明的主题是一种预加应力装置，其可以减少对部件的磨损，这些部件在所有类型的组件中都必须要承受预应力。
为此，本发明提出一种预加应力装置，其在第一平面和第二平面之间绕轴延伸，所述第一平面基本垂直于所述轴，所述第二平面基本平行于所述第一平面并相对于所述第一平面轴向偏移，特征在于所述预加应力装置包括第一环形体，该第一环形体在所述第一平面中延伸，并具有第一系列的在基本径向的方向上延伸的至少三个凸出部，所述第一系列的所述凸出部中的每一个包括在所述第二平面中延伸的平坦表面，所述预加应力装置还包括第二环形体，该第二环形体在所述第一平面中延伸，并在所述第一系列的相反方向具有第二系列的在基本径向的方向上延伸的至少三个凸出部，所述第二系列的所述凸出部中的每一个包括在所述第二平面中延伸的平坦表面。
根据本发明，上述装置不再是圆锥形的，但是包括两个基本上平行的部分，该两个部分在垂直于装置的轴的平面中延伸。环形体为环形的并在第一平面中延伸。环形体确保与第一部件表面接触，该第一部件特别为锁紧垫圈或螺母。凸出部的平坦表面在第二平面中延伸，由此确保与第二部件表面接触，该第二部件特别为涡轮发动机中的轴承中的一个。借助这些接触表面，预应力更好地分布，极大地减少必须要承受预应力的部件之间的接触所产生的磨损。由此延长部件寿命。
特别地，第一环形体为内部环形体，第一系列的凸出部向外延伸，第二环形体为外部环形体并设置为绕内部环形体延伸，第二系列的凸出部向内延伸。由此，确保了在两个环形体和两系列的凸出部之间的预应力更好地径向分布。
优选地，每个系列的两个连续凸出部之间的距离基本恒定。这确保在将被施压的部件的圆周上有更好的分布。
有利地，每个凸出部包括将环形体连接至平坦表面的倾斜区域。该倾斜区域根据施加的应力而位移。
在环形体和倾斜区域之间可以设置第一圆形过渡区域。在倾斜区域和平坦表面之间可以设置第二圆形过渡区域。这样做可以避免产生锐角，促进变形，同时避免应力集中。优选地，也可以设置其它圆形部件。
有利地，每个凸出部具有宽度L，在两个连续的凸出部之间具有间距D，值L和D确定为使D减去L的差值在0至10mm之间，优选地，2至7mm之间。有利地，每个系列的凸出部的数量在10至25之间选择，优选地，该数量大于15。已发现，通过对上述这些值进行选择可以优化预应力的分布。
本发明还涉及转子，特别是用于涡轮发动机的叶轮转子，该叶轮转子不带整流罩，特征在于其包括上述的预加应力装置。
通过阅读以下作为非限制性实施例提供，并参考附图所进行的描述，可以更好地理解本发明，以及本发明的其他细节，优点和特征。
图1为本发明位于螺母上的预加应力装置的局部透视图。
图2为图1所示装置的局部透视图，其位于螺母和锁紧垫圈所形成的单元与轴承之间。
图3为图1所示装置的内部元件的俯视图。
图4为图1所示装置的外部元件的俯视图。
首先参考图1，其示出了包括内部元件11和外部元件12的预加应力装置10。
内部元件11包括第一环形体13。该第一环形体在与装置的轴A垂直的第一平面中延伸。内部元件11还包括第一系列的凸出部15，每个凸出部连接至第一环形体13，并在径向方向上向外延伸。
外部元件12包括第二环形体14。该第二环形体在第一平面中延伸。外部元件12还包括第二系列的凸出部16，每个凸出部连接至第二环形体14，并在径向方向上向内延伸。内部元件11和外部元件12的尺寸配置为使得内部元件11与外部元件12互锁，并且在对装置进行安装时，元件11和12中一者上的一个凸出部位于元件11和12中另一者上的两个凸出部之间。
每个凸出部15和16包括平坦表面17。凸出部15和16的平坦表面17在与第一平面平行的第二平面中延伸。第一平面和第二平面之间的距离根据装置的期望移动来决定。
每个凸出部15和16还包括位于平坦表面17和环形体13、14之间的倾斜表面18。为防止应力集中，在环形体13、14和倾斜区域18之间，及倾斜区域19和平坦表面之间还设置有过渡区域19和20。这些过度区域有利地为圆形。此外，凸出部的所有区域和表面优选地包括其它若干圆形区域，以更好地分布应力。
当预加应力装置如图2那样安装时，能够看出内部和外部元件位于螺母21和锁紧垫圈22所形成的单元和轴承23(所示例子为滚珠轴承)之间。环形体13和14的下表面与锁紧垫圈的上表面接触。凸出部的平坦平面17与轴承23的下表面接触。由此确保了不同部件之间的真正的表面接触。
在所示实施例中，预加应力装置的内部元件11(图3)和外部元件(图4)分别包括一系列的18个凸出部。每个元件通常提供有10至25个凸出部，优选地，至少15个凸出部。
每个凸出部15和16(图3和4)具有宽度L，该宽度L等于，或者优选地稍微小于两个凸出部之间的间距D，以确保安装内部元件11和外部元件12时它们之间互锁。事实上，已发现距离D和宽度L之间的差值必须优选地小于10mm。更具体地，该差值必须为2至7mm之间。优选地，凸出部之间的间距D相同。
在另一事实方式中(未示出)，每个元件的凸出部的数量可以少于15。可以预见预加应力装置仅具有内部元件11。类似地，也可以预见仅由外部元件12组成的预加应力装置。
所示的本发明的预加应力装置安装于转子组件中，该转子可以为用于涡轮发动机的不带整流罩的叶轮转子。但是，上述装置还可以用于需要永久性应力的其它组件中。特别有利地，该装置用于承受高振动水平的机械单元，如涡轮发动机。

Claims (9)

1.预加应力装置(10)，其在第一平面和第二平面之间绕轴(A)延伸，所述第一平面基本垂直于所述轴(A)，所述第二平面基本平行于所述第一平面并相对于所述第一平面轴向偏移，特征在于所述预加应力装置包括第一环形体(13)，该第一环形体在所述第一平面中延伸，并具有第一系列的在基本径向的方向上延伸的至少三个凸出部(15)，所述第一系列的所述凸出部中的每一个包括在所述第二平面中延伸的平坦表面(17)，所述预加应力装置还包括第二环形体(14)，该第二环形体在所述第一平面中延伸，并在所述第一系列的相反方向具有第二系列的在基本径向的方向上延伸的至少三个凸出部(16)，所述第二系列的所述凸出部(16)中的每一个包括在所述第二平面中延伸的平坦表面(17)。
2.如权利要求1所述的装置，特征在于所述第一环形体(13)为内部环形体，所述第一系列的所述凸出部(15)向外延伸，所述第二环形体(14)为外部环形体并设置为绕所述内部环形体延伸，所述第二系列的所述凸出部(16)向内延伸。
3.如上述权利要求任意一项所述的装置，特征在于每个所述系列的两个连续凸出部之间的距离(D)基本恒定。
4.如上述权利要求任意一项所述的装置，特征在于每个所述凸出部(15、16)包括将所述环形体(13，14)连接至所述平坦表面(17)的倾斜区域(18)。
5.如权利要求4所述的装置，特征在于所述环形体和所述倾斜区域(18)之间设置有第一圆形过渡区域(19)。
6.如权利要求4或5所述的装置，特征在于所述倾斜区域(18)和所述平坦表面(17)之间设置有第二圆形过渡区域(20)。
7.如上述权利要求任意一项所述的装置，特征在于每个所述凸出部(15、16)具有宽度L，在两个连续的凸出部之间具有间距D，所述值L和D确定为使D减去L的差值在0至10mm之间，优选地，在2至7mm之间。
8.如上述权利要求任意一项所述的装置，特征在于每个所述系列的所述凸出部(15、16)的数量在10至25之间，优选地，该数量大于15。
9.转子，特别是用于涡轮发动机的叶轮转子，该叶轮转子不带整流罩，特征在于所述转子包括如上述权利要求任意一项所述的预加应力装置。
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