CN106545524A - 压气机静子叶片调节机构 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种压气机静子叶片调节机构，以简化联动环和拉杆的运动。该压气机静子叶片调节机构包括拉杆、联动环以及摇臂，所述拉杆的一端用于接收转动运动且另一端连接所述联动环，以带动所述联动环转动，所述联动环用于设置在一机匣上且能在周向转动，所述摇臂用于连接一静子叶片的轴部和所述联动环，其中，所述摇臂为长度可变式臂体，所述联动环在所述机匣上的轴向自由度被约束。
Description
技术领域
本发明涉及压气机静子叶片调节机构。
背景技术
可调静子叶片，简称VSV(Variable Stator Vane)，是可以根据发动机运行工况来改变安装角度的静子叶片。在发动机上应用VSV主要目的是提高发动机的工作稳定性，防止喘振。VSV调节机构用于驱动可调静子叶片转动，改变可调静子叶片安装角，调节叶栅通流流量和栅后气流攻角，以保证高压压气机正常稳定的工作。
VSV调节机构广泛应用于多型航空发动机高压压气机中，一般有，扭力杆式VSV调节机构、曲柄连杆式VSV调节机构。两种形式调节机构包括拉杆、联动环以及摇臂，拉杆的一端用于接收转动运动且另一端连接联动环，以带动联动环转动，联动环用于设置在一机匣上且能在周向转动，摇臂用于连接一静子叶片的轴部和所述联动环。运动过程中，两种形式机构中摇臂绕可调静子叶片旋转轴线摆动，联动环绕发动机轴线周向转动，两者之间的运动协调需联动环沿发动机轴向运动，同时采用关节轴承或者摇臂变形来补偿，联动环和拉杆做复杂的三维空间运动，造成整个机构运动复杂，作动筒行程与摇臂转角间的关系复杂，设计时往往需要进行一系列假设，精度低，可靠性低。受力分析表明，联动环与可调静叶的旋转力臂等于可调静子叶片旋转轴线与联动环平面的距离，运动过程中联动环发生轴向运动，靠近可调静子叶片旋转轴线，使得力臂不断减小，造成传力效率不断降低；联动环和拉杆的三维空间运动，使得构件间多处存在传力的分量损失，造成整套机构效率较低，要求作动筒初始输入力更大，也增加了构件的内部应力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压气机静子叶片调节机构，以简化联动环和拉杆的运动。
一种压气机静子叶片调节机构，包括拉杆、联动环以及摇臂，所述拉杆的一端用于接收转动运动且另一端连接所述联动环，以带动所述联动环转动，所述联动环用于设置在一机匣上且能在周向转动，所述摇臂用于连接一静子叶片的轴部和所述联动环，其中，所述摇臂为长度可变式臂体，所述联动环在所述机匣上的轴向自由度被约束。
在优选的实施例中，所述摇臂包括叶片侧臂体和联动环侧臂体，所述叶片侧臂体和所述连动环侧臂体通过套筒连接。
在优选的实施例中，所述套筒与所述叶片侧臂体或所述连动环侧臂体中的一方接触部位设置耐磨层。
在优选的实施例中，所述套筒与所述叶片侧臂体或所述连动环侧臂体中的另一方接触部分设置润滑层。
在优选的实施例中，所述套筒与所述叶片侧臂体或所述连动环侧臂体为一体件。
在优选的实施例中，所述联动环侧臂体通过关节轴承或销钉连接可转动地连接在所述联动环上。
在优选的实施例中，所述联动环通过固定于其上的导引构件与所述机匣配合，所述导引构件与所述机匣的一方提供导引槽，另一方提供可滑动地嵌入所述导引槽内的导引部。
在优选的实施例中，所述导引槽与所述导引部之间为移动副或者滚动幅。
在优选的实施例中，所述导引槽与所述导引部之间的一方的接触面上设置润滑层。
在优选的实施例中，所述导引槽与所述导引部之间的另一方的接触面上设置耐磨层。
在本发明的实施例中，一方面，将摇臂成可变长度，同时固定联动环沿发动机轴向的自由度，运动时只发生周向旋转，使得联动环和拉杆的运动简化为平面运动，整个调节结构运动传递得以简化，提高了调节机构的设计精度。静子叶片的旋转轴线到联动环的平面距离不变，联动环和摇臂的之间的力臂不变，大大减小了力矩的损失，联动环简化为平面运动，拉杆简化为平面运动或者简单的三维运动也减小传力的损失，提高了整个机构的效率。另一方面，摇臂的可变长度构造，使得发动机中各级摇臂尺寸和构型相同，具有互换性，增加了可靠性，降低了成本。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为本发明一实施例中压气机静子叶片调节机构的示意图；
图2为沿图1中轴向的压气机静子叶片调节机构的剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
图1从整体上显示了压气机静子叶片调节机构的构造，图2中的剖面通过了图1中的摇臂。需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
如图1和图2所示，压气机静子叶片调节机构包括拉杆12，联动环1、2、3、4、5以及摇臂6、7、8、9、10，每一联动环的构造和运动原理实质上是相同，每一摇臂的构造和运动原理实质上也是相同的，在后面的说明中，以联动环1、摇臂6为例进行说明，这些说明也适合于联动环2、3、4、5，摇臂7、8、9、10。
如图1所示，拉杆12的下端用于接收转动运动，转动运动由扭力杆13提供，拉杆12的上端另一端联动环1，以带动联动环1转动。扭力杆13通过作动筒14驱动。扭力杆13可以同步带动多个拉杆12，扭力杆13的驱动也可以通过电机或者其他转动驱动装置来实现。拉杆12与联动环1、扭力杆13的连接可以通过套筒连接。
如图2所示，联动环1设置在机匣15上且能在周向转动，摇臂6用于连接静子叶片16的轴部161和联动环1，静子叶片16的轴部161转动配合于机匣15的孔中，机匣15在图1中为了便于清除显示压气机静子叶片调节机构的目的而被省略。静子叶片16的本体位于机匣15的内侧，联动环1、拉杆12、摇臂6等位于机匣15的外侧。在图2中，轴线X1为压气机轴线，或者包括该压气机的发动机的轴线。摇臂6大致平行于轴线X1，联动环1大致垂直于轴线X1，联动环1的轴线与轴线X1大致重合。摇臂6为长度可变式臂体，同时联动环1在机匣15上的轴向自由度被约束。
如图2所示的实施例中，摇臂6的长度变化是通过套筒来连接两端臂体来实现的，在其他实施例中还可以通过其他方式来实现。摇臂6包括叶片侧臂体61和联动环侧臂体62，叶片侧臂体61固定连接静子叶片16的轴部161。联动环侧臂体62通过关节轴承17连接联动环1，在其他实施例中，也可以通过销钉可转动地连接于联动环1。联动环侧臂体62的左端成一体地延伸出套筒63，叶片侧臂体61与套筒63滑动配合。在其他实施例汇总，套筒63可以成一体地从叶片侧臂体61的右端伸出。或者套筒63可以单独地套在叶片侧臂体61和联动环侧臂体62上。在优选的实施例中，套筒63与叶片侧臂体61或连动环侧臂体62中的一方接触部位设置耐磨层，或/和在套筒63与叶片侧臂体61或连动环侧臂体62中的另一方接触部分设置润滑层。套筒63的横截面形状可以是圆形或者非圆形。
继续参照图2，机匣15提供有导引槽151，导引构件152的头部嵌入到导引槽151中，导引构件152可以沿导引槽151在周向移动，但导引槽151限制了导引构件152在机匣15上沿轴向移动。在其他实施例中，可以在导引构件152的头部设置导引槽，在机匣15上设置嵌入导引槽的凸起，同样可以起到限制导引构件152的作用。导引构件152可以是导引螺栓，也可以替换为其他导引构件，例如导引销。另外，对联动环1的轴向限位还可以通过其他方式来实现，例如连接于导引构件上的部件来抵顶机匣15的轴孔153的外侧，可以约束联动环1的轴向自由度。
在导引构件152与导引槽151的接触部位可以是移动副或滚动幅，在接触部位的一方可以设置润滑层，另一方可以设置耐磨层。润滑层可以是固体自润滑材料尼氟隆。
在静子叶片11需要角度调节时，作动筒14的活塞杆推动扭力杆13转动，扭力杆13推动拉杆12，带动联动环1转动，从作动筒14的活塞杆到联动环1各构件一起做平面运动，然后联动环1旋转带动联动环侧臂体62转动，联动环侧臂体62带动叶片侧臂体61转动，同时叶片侧臂体61和联动环侧臂体62之间相对运动，摇臂6的臂长增大，补偿轴向的位移，叶片侧臂体61转动带动静子叶片11转动，实现角度调节。作动筒14的活塞杆行程与静子叶片11的转角运动关系为：
式中，S-作动筒活该杆位移、La-摇臂长度、Lc-扭力杆主动杆长度、Ld-扭力杆从动杆长度、Ra-联动环与拉杆连接处至发动机轴线高度、Rb-摇臂与联动环连接处至发动机轴线高度、φ-摇臂转角。
由于减少了设计公式中的简化条件，该计算公式的设计精度得到了有效的提高。运动过程中，联动环1传递给摇臂6的力矩，由于力臂不变，传力效率不变，同时联动环1和拉杆12都做平面运动，消除了因为三维空间运动造成的力的分量损失，使得作动筒的推力最大效率转化为叶片的旋转力矩，提高整套机构效率。
根据本发明的实施例，可以统一压气机中各级摇臂的尺寸和构型，简化调节机构各构件的运动形式，优化传力路径。将摇臂6成可变长度，同时固定联动环1沿发动机轴向X1的自由度，运动时只发生周向旋转，使得联动环1和拉杆12的运动得以简化，提高设计精度和机构效率。同时，可变长度的摇臂6使得压气机中各级可调静叶摇臂相同，使得压气机的各级摇臂具有互换性，增加了可靠性，降低了成本。在联动环1的周向设计导引构件152，在机匣1上开导引槽，保证了联动环1只发生周向转动，导引构件152可替代传统设计中支撑螺钉，增加联动刚性。
本发明虽然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修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
Claims (10)
1.压气机静子叶片调节机构，包括拉杆、联动环以及摇臂，所述拉杆的一端用于接收转动运动且另一端连接所述联动环，以带动所述联动环转动，所述联动环用于设置在一机匣上且能在周向转动，所述摇臂用于连接一静子叶片的轴部和所述联动环，其特征在于，所述摇臂为长度可变式臂体，所述联动环在所述机匣上的轴向自由度被约束。
2.如权利要求1所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述摇臂包括叶片侧臂体和联动环侧臂体，所述叶片侧臂体和所述连动环侧臂体通过套筒连接。
3.如权利要求2所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述套筒与所述叶片侧臂体或所述连动环侧臂体中的一方接触部位设置耐磨层。
4.如权利要求3所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述套筒与所述叶片侧臂体或所述连动环侧臂体中的另一方接触部分设置润滑层。
5.如权利要求2所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述套筒与所述叶片侧臂体或所述连动环侧臂体为一体件。
6.如权利要求2所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述联动环侧臂体通过关节轴承或销钉连接可转动地连接在所述联动环上。
7.如权利要求1所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述联动环通过固定于其上的导引构件与所述机匣配合，所述导引构件与所述机匣的一方提供导引槽，另一方提供可滑动地嵌入所述导引槽内的导引部。
8.如权利要求7所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述导引槽与所述导引部之间为移动副或者滚动幅。
9.如权利要求7所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述导引槽与所述导引部之间的一方的接触面上设置润滑层。
10.如权利要求7所述的压气机静子叶片调节机构，其特征在于，所述导引槽与所述导引部之间的另一方的接触面上设置耐磨层。
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