CN103486154B - 燃气涡轮发动机起动用超越离合器 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮发动机起动用超越离合器，其结构是：一主动轴，一端为主动轴端，另一端为主动轴蜗杆，主动轴端与起动机转轴相连；一滑环，套设在主动轴的外壁，主动轴蜗杆插设在滑环内；一压缩弹簧，套设在主动轴内圆柱杆上，一锁紧螺母旋合在主动轴内圆柱杆上，对压缩弹簧施加一预紧力；一从动轴，一端与发动机相连，另一端的端面上设有从动轴棘爪，所述从动轴棘爪与滑环一端的端面上设置的滑环棘爪相对应。本发明的超越离合器接合平稳，分离迅速而彻底；调节和修理方便；外廓尺寸小；质量轻；耐磨性好和有足够的散热能力。

Description

燃气涡轮发动机起动用超越离合器

技术领域

本发明涉及一种起动超越离合器，具体地涉及一种应用于燃气涡轮发动机起动过程中起动机与燃气涡轮发动机短暂接合与分离的装置。

背景技术

起动系统是燃气涡轮发动机必不可少的工作系统，其作用是使发动机从静止状态过渡到稳定的慢车转速工作状态。起动机是起动系统的动力源，其作用是带动发动机转子并加速到一定转速，当涡轮发出的功大于压气机所需的功时，起动机即停止工作，此后发动机完全靠涡轮发出的功驱动加速。

在燃气涡轮发动机中，常采用的起动机有电起动机、燃气涡轮起动机和空气涡轮起动机。无论采用哪种起动机，其开始带转发动机时，都需要起动机的轴与发动机的轴暂时接合以传递扭矩和转速。当起动机完成起动任务后，起动机的转轴必须与发动机主轴脱开而避免起动机由于超速转动而损坏或者起动机转动而引起额外的功率消耗，这些工作都是由离合器来完成的。因此，离合器在燃气涡轮发动机的起动过程中扮演着重要的角色，其性能直接决定了燃气涡轮发动机的起动加速性能。

燃气涡轮发动机的起动离合常使用超越离合器。超越离合器属于离合器的一个重要分支，是一种具有利用主从部分的速度变化或旋转方向的变换而自行实现离合功能的离合器。按工作原理超越离合器分为啮合式和摩擦式。

啮合式离合器是超越离合器的早期形式，又为分内齿式（图1A）和外齿式（图1B）。它利用棘轮、棘爪、滑销、牙嵌等接合元件的啮合来传递扭矩，具有结构简单，制造加工方便等特点；但外形尺寸大，接合位置受限制，冲击振动大，接合时有噪声。适用于转速不大的场合。

摩擦式离合器利用滚柱、楔块（偏心滚子）、扭簧等压紧其它元件产生的摩擦力传递转矩。其特点是体积小，能传递较大的扭矩，接合平稳，工作无噪声，可在高转速差下结合，对制造要求较高。这种离合器的工作范围较宽，传递扭矩可达2x10⁵N.m，工作转速一般不超过3000r/min。其缺点是尺寸大、零件多、加工精度要求高，不能保证主、从动轴的同步、接合时会产生大量的摩擦热和摩擦元件的磨损，通常需要浸入油中以便冷却和润滑。摩擦式离合器一般的结构型式有滚柱式和楔块式两类，分别如图2A所示的内星轮式、图2B所示的外星轮式，以及图3所示的楔块式超越离合器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气涡轮发动机起动用超越离合器，以改进公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的超越离合器，其结构是：

燃气涡轮发动机起动用超越离合器，其结构是：

一主动轴，一端为主动轴端，另一端为主动轴蜗杆，主动轴端与起动机转轴相连；

一滑环，套设在主动轴的外壁，主动轴蜗杆插设在滑环内；

一压缩弹簧，套设在主动轴内圆柱杆上，一锁紧螺母旋合在主动轴蜗内圆柱杆上，对压缩弹簧施加一预紧力；

一从动轴，一端与发动机相连，另一端的端面上设有从动轴棘爪，所述从动轴棘爪与滑环一端的端面上设置的滑环棘爪相对应。

所述的燃气涡轮发动机起动用超越离合器中，从动轴棘爪和滑环棘爪的工作面为圆弧面。

本发明的超越离合器结合了棘轮棘爪离合器与离心离合器的优点，是一种非常先进和新颖的起动单向离合装置，具有以下特点：

1、由于在静止状态时，压缩弹簧处于压缩状态，它与锁紧螺母共同压紧滑环，确保了静止状态滑环的稳定可靠，防止因振动导致滑环轴向滑动而发生碰摩，影响系统的稳定工作。

2、结构简单，重量轻。整个装置由少量元件组成，其中主动轴和从动轴也可做成与起动机和燃气涡轮发动机转轴一体的结构。这对燃气涡轮发动机特别是航空用燃气涡轮发动机是极为重要的。

3、运行平稳、可靠。滑环在进入工作状态时，由于蜗杆结构的运动非常平稳，因此不会造成大的振动。棘爪结构确保了滑环进入从动轴过程的可靠性和主动性，沿轴向的圆弧面结构使得整个过程相对很平稳。而退出过程中，滑环与从动轴非工作面沿轴向反圆弧面的结构确保了退出过程的平稳和可靠，不会造成接触元件的磨损。

4、自动定心，振动小。沿径向的圆弧面结构，能够保证滑环进入工作状态的自动定心，使转子系统运行平稳，振动小。

5、高度的自动化。接合与分离完全由转速决定，无需任何控制、调节装置。

附图说明

图1A和图1B分别是公知的棘轮棘爪离合器结构示意图。

图2A和图2B分别是公知的滚柱式超越离合器结构示意图。

图3是公知的楔块式超越离合器结构示意图。

图4是本发明的超越起动离合器结构分解示意图。

图5是本发明的超越起动离合器静止状态示意图。

图6是本发明的超越起动离合器中主动轴蜗杆结构示意图。

图7是本发明的超越起动离合器接合临界状态示意图。

图8A是本发明的超越起动离合器中滑环棘爪的径向圆弧面。

图8B是本发明的超越起动离合器中滑环棘爪工作面的沿轴向的圆弧面。

图9是本发明的超越起动离合器的工作状态示意图。

图10是本发明的超越起动离合器中滑环退出工作时的受力示意图。

附图中主要组件符号说明：

1主动轴，11主动轴端，12主动轴蜗杆，13主动轴内圆柱杆；

2滑环，21滑环端面，23滑环棘爪，24滑环的外凸圆弧面，25滑环棘爪端面，26滑环棘爪工作面；

3从动轴，31从动轴棘爪；32从动轴的外凸圆弧面；33从动轴端面；

4压缩弹簧，41压缩弹簧的端面；

5锁紧螺母，51锁紧螺母的端面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细描述。需要说明的是，说明书中提到的左、右、上、下等均是以附图的图面而言，另，图中的箭头所示方向为主、从动轴的旋转方向。

请参阅图4，是本发明的超越起动离合器结构分解示意图。

本发明的起动超越离合器，包括有：

主动轴1，该主动轴1的一端为主动轴端11，另一端为主动轴蜗杆12，主动轴端11与起动机转轴相连。起到轴向滑动起离合作用的滑环2，套设在主动轴1的外壁上，主动轴蜗杆12插设在滑环2内。压缩弹簧4套设在主动轴内圆柱杆上13上，由锁紧螺母5旋合在主动轴内圆柱杆13上，对压缩弹簧4施加预紧力。

从动轴3的一端与发动机相连，从动轴3的另一端的端面上设有从动轴棘爪31，从动轴棘爪31与滑环一端的端面上设置的滑环棘爪23相对应。从动轴棘爪31和滑环棘爪23的工作面为圆弧面。

请参阅图5，是本发明的起动超越离合器在静止状态时的示意图。由锁紧螺母5施加向左的预紧力F由锁紧螺母的端面51压紧压缩弹簧4，使压缩弹簧4处于压缩状态，通过压缩弹簧4的左端面41压紧滑环端面21，将滑环2通过滑环端面21压紧于主动轴端11上，从而使滑环2与从动轴3之间有一间隙Δ1。此状态时压缩弹簧的压紧力F的主要作用是防止由于发动机的振动或非正常的微小外力导致滑环向发动机方向移动与从动轴发生碰摩而损坏。

需要起动发动机时，起动机先带动主动轴1旋转，在主动轴蜗杆结构12的作用下（参阅图6），主动轴会施加给滑环一个如图所示的力F1的作用，这个力使滑环有两种运动趋势，一是F1r使滑环随主动轴一起转动，二是F1z使滑环有向从动轴方向运动的趋势，由于主动轴蜗杆12壁面的限制，其运动趋势方向为图中所示V的方向。随着主动轴转速的增大，F1z也会增大。当主动轴转速达到某个转速n1时，滑环受到的F1z会等于压缩弹簧的压紧力F1，此后随着主动轴转速继续增加，滑环受到的F1z足以克服压缩弹簧的压紧力，滑环就会产生向从动轴方向的运动。当滑环运动到如图7所示的位置时，滑环与从动轴接触上，由于滑环棘爪23与从动轴棘爪31的相互作用，滑环受到一个指向从动轴方向的F2z的作用力，F2z与F1z的共同作用，加快了滑环向从动轴方向移动的速度。滑环瞬间发生轴向移动而到达如图9所示的位置，进入起动发动机的工作状态。

在滑环与从动轴接触到进入工作状态的过程中，滑环棘爪23工作面的沿轴向的圆弧面（如图8B所示）保证滑环轴向滑动过程的平稳性；而滑环棘爪23的径向圆弧面（如图8A所示）能实现滑环向从动轴运动过程中的自动定心，确保发动机运行平稳，振动小。为确保滑环能与从动轴完全接触，从动轴端面的面积应比滑环的面积的大，即内径小、外径大。

进入工作状态后，滑块端面25紧贴从动轴端面33，而另一面留有一间隙Δ2，保证滑块的工作面26与从动轴的工作面贴合良好，以传递扭矩与转速。压缩弹簧4受到进一步压缩。滑块工作后，起动机带动发动机转轴进一步加速到达起动机的额定转速n2，此时，发动机涡轮做功已经超过压气机耗功，发动机进入自身加速运行状态，其转速N很快就会大于n2。当N＞n2以后，从动轴相对滑块向旋转方向加速运动，因此，滑块的外凸圆弧面24与从动轴的外凸圆弧面32接触，在F3z（图10）与弹簧较大回复力的作用下很快退出工作状态。此时，起动机已经完成起动工作并将减速到停转。

在工作状态时，压缩弹簧很大的压缩量使得锁紧螺母5受到很大的轴向力，这个很大的轴向力以及锁紧螺母自身的反螺纹设计确保螺母的自锁状态，避免了因转子转动而引起螺纹的轴向滑动，保证了转子工作的可靠性，也减少了通常用于锁紧螺母的元件。

Claims (2)

1.一种燃气涡轮发动机起动用超越离合器，其结构是：

一主动轴，一端为主动轴端，另一端为主动轴蜗杆，主动轴端与起动机转轴相连；

一滑环，套设在主动轴的外壁，主动轴蜗杆插设在滑环内；

一压缩弹簧，套设在主动轴内圆柱杆上，一锁紧螺母旋合在主动轴内圆柱杆上，对压缩弹簧施加一预紧力；

一从动轴，一端与发动机相连，另一端的端面上设有从动轴棘爪，所述从动轴棘爪与滑环一端的端面上设置的滑环棘爪相对应。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机起动用超越离合器，其中，从动轴棘爪和滑环棘爪的工作面为圆弧面。