CN107143583B - 一种传动轴装置 - Google Patents

Abstract

提供一种传动轴装置，用于一试验设备传递功率和转速至一试验件，其包括：一传动轴、一前机闸、一中间机闸及一后机闸。其中，前机闸、中间机闸及后机闸顺序连接。传动轴伸入于顺序连接的前机闸、中间机闸及后机闸内，前机闸上设置有一前轴承，后机闸上设置有一后轴承，前轴承与后轴承支承传动轴；传动轴的输入端连接试验设备的高速膜盘联轴器，传动轴的输出端安装有齿轮，通过齿轮传递转速和功率至试验件。中间机闸的内壁与传动轴之间隔成两个封闭压力腔，其中一个封闭压力腔与前机闸隔开，另一个封闭压力腔与后机闸隔开，两个压力腔均设置有进气接头。本发明实现了高转速下传动轴装置平稳可靠的运行，可模拟试验件在发动机上的支承、润滑等工况。

Description

一种传动轴装置

技术领域

本发明涉及一种传动轴装置，具体涉及一种航空发动机领域高速试验设备的高速传动轴装置。

背景技术

航空发动机的研制包含各种各样的地面试验研究和试验验证，离不开试验设备的建设和技术发展。随着航空发动机附件传动系统不断朝着高速小型化、集成一体化的方向发展，试验设备的转速越来越高，对地面试验设备模拟试验件的安装、润滑、加载、支承、动力输入等提出了更高的要求。高速轴系的设计要保证试验器在高速状态下运行平稳、可靠，避免出现轴承温升高、振动大等现象。

现有试验设备的高速轴系设计成亚临界轴，依靠提高轴系及其支承的刚度提高转速，轴系的设计难度较大，受刚度制约转速的提高有限，且支承刚度远大于发动机上附件传动系统动力输入轴的支承刚度，无法实现试验件支承刚度的模拟。采用弹性元件对轴承施加预载，对装配的尺寸控制要求高，调节不方便。

发明内容

本发明的目的是设计一种在高速状态下运行平稳、可靠，避免出现轴承温升高、振动大等现象，并充分模拟试验件在发动机上的安装、润滑、支承刚度、动力输入等条件的高速传动轴装置。

为实现上述目的，本发明提供一种传动轴装置，用于一试验设备传递功率和转速至一试验件，其包括：一传动轴、一前机闸、一中间机闸及一后机闸。其中，前机闸、中间机闸及后机闸顺序连接。所述传动轴伸入于顺序连接的所述前机闸、所述中间机闸及所述后机闸内，所述前机闸上设置有一前轴承，所述后机闸上设置有一后轴承，所述前轴承与所述后轴承支承所述传动轴。传动轴的输入端连接试验设备的高速膜盘联轴器，传动轴的输出端安装有齿轮，通过一齿轮传递转速和功率至试验件。传动轴上设有一盘状结构，中间机闸的内壁与传动轴之间的空间被盘状结构隔成两个封闭压力腔，盘状结构在传动轴旋转时能够与中间机闸的内壁形成旋转封闭；其中一个封闭压力腔与前机闸隔开，另一个封闭压力腔与后机闸隔开，两个压力腔均设置有进气接头。

在本发明的一个实施例中，前机闸上固定有一前弹性支承，一前轴承支承在前弹性支承上。后机闸上固定有一后弹性支承，一后轴承支承在后弹性支承上。

在本发明的一个实施例中，前机闸、中间机闸及后机闸顺序连接后，前机闸、中间机闸及后机闸之间通过定位销精确定位。前轴承及后轴承所在的安装孔的轴心线位置处的同轴度不大于0.02mm。

在本发明的一个实施例中，前轴承为球轴承，述后轴承为滚棒轴承。

在本发明的一个实施例中，前机闸设置有内部油路和喷嘴，可实现前轴承的润滑，并通过前弹性支承在径向上形成挤压油膜。后机闸设置有内部油路和喷嘴，可实现后轴承的润滑，并通过后弹性支承在径向上形成挤压油膜。

在本发明的一个实施例中，传动轴装置还包括一第一密封环以及一第二密封环。第一密封环间隔前机闸及中间机闸，第二密封环间隔中间机闸及后机闸。中间机闸的两个封闭压力腔，其中一个封闭压力腔由第一密封环与前机闸隔开，另一个封闭压力腔由第二密封环与后机闸隔开。

在本发明的一个实施例中，传动轴的盘状结构边缘设置为篦齿结构，传动轴与第一密封环对应部分设置为篦齿结构，传动轴与第二密封环对应部分设置为篦齿结构。

在本发明的一个实施例中，盘状结构的边缘的篦齿结构与中间机闸的内壁的径向间隙为0.15mm～0.3mm；传动轴与第一密封环所对应的设置为篦齿结构的部分与第一密封环的径向间隙为0.15mm～0.3mm；传动轴与第二密封环所对应的设置为篦齿结构的部分与第二密封环的径向间隙为0.15mm～0.3mm。

在本发明的一个实施例中，后机闸设置有端盖，端盖采用迷宫密封结构，用于后轴承滑的油腔轴向密封。

在本发明的一个实施例中，前机闸设置有调整垫，用以调整传动轴的齿轮与试验件连接时的齿隙。

本发明的有益效果在于：首先，本发明的转动轴装置中多处采用篦齿结构，将传动轴与机闸隔成几个内腔，可通过调节内腔间的空气压差，实现轴承轴向预载，防止轴承高速轻载打滑；其次，传动轴轴向具有一段盘状结构，可提供用于实现轴承轴向预载的受力面积；再次，本发明采用弹性支承，以形成挤压油膜进而形成阻尼，并可通过调整弹性支承的刚度模拟试验件在发动机上的支承刚度。实现了高转速下高速传动轴系平稳、可靠的运行，可模拟试验件在发动机上的支承、润滑等真实工况。轴承腔油路密封可靠。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1 传动轴

2 齿轮

3 前弹性支承

4 锁紧螺母

5 前轴承

6 前机匣

7 第一密封环

8 中间机匣

9 进气接头

10 第二密封环

11 后机匣

12 后轴承

13 后弹性支承

14 挡圈

15 锁紧螺母

16 端盖

17 调整垫

具体实施方式

以下将结合附图，通过本发明的具体实施例对本发明所提供的技术方案进行详细说明，以供本领域技术人员对本发明进行更明确的了解。需要说明的是，以下实施例所提供的技术方案及说明书附图仅供对本发明进行说明使用，并非用于对本发明加以限制。其中相同的元件、步骤将以相同的附图标记加以说明。以下实施例及附图中，与本发明非直接相关的元件、步骤均已省略而未示出；且附图中各元件间的尺寸关系仅为求容易了解，非用以限制实际比例。

以下详细叙述本发明的一实施例，从而对本发明所提供的技术方案进行详细说明，以供本领域技术人员对本发明进行更明确的了解。

参见图1，图1为本发明的一个实施例的示意图。在本实施例中，提供一种传动轴装置，包括传动轴1、前机闸6、中间机闸8及后机闸11。其中，前机闸6、中间机闸8及后机闸11顺序连接。在本实施例中，各个机闸之间通过螺栓连接固定，本领域技术人员可以根据实际需要选择其他连接方式，如焊接、铆接、榫接等，本发明并不以此为限。传动轴1伸入顺序连接的前机闸6、中间机闸8及后机闸11中，前机闸6上设有一前轴承5，后机闸11上设置有一后轴承12，前轴承5和后轴承12支承传动轴1。传动轴1的输入端连接试验设备的高速膜盘联轴器，传动轴的输出端安装有齿轮2，通过齿轮2传递转速和功率至试验件。在本实施例中，前轴承5为球轴承，后轴承12为滚棒轴承。本领域技术人员可以根据实际需要选择其他形式的轴承，如法兰轴承，组合轴承等，本发明并不以此为限。在本实施例中，前机闸6、中间机闸8及后机闸11顺序连接后，前机闸6、中间机闸8及后机闸11之间通过定位销精确定位，使前轴承5及后轴承12所在的安装孔的轴心线位置处的同轴度不大于0.02mm。传动轴1上设置有一盘状结构，中间机闸8的内壁与传动轴1之间的空间被盘状结构隔成两个封闭压力腔，盘状结构在传动轴1旋转时能够与中间机闸的内壁形成旋转封闭。其中一个封闭压力腔与前机闸6隔开，另一个封闭压力腔与后机闸11隔开。两个封闭压力腔分别设置有进气接头9。在实际操作中，可通过进气接头9向两个压力腔中注入不同压力的空气形成压力差，以使传动轴1能够根据压力差进行轴向的预载调整。在本发明的一些实施例中，该注气过程可连接远程控制注气设备，对注气过程实现远程控制。

在本实施例中，前轴承5支承在前弹性支承3上，后轴承12支承在后弹性支承13上。前弹性支承3固定于前机闸6上，后弹性支承13固定于后机闸11上，并分别在径向形成挤压油膜。其中，前弹性支承3通过螺栓与前机闸6固定，后弹性支承13通过螺栓固定在后机闸11上。本领域技术人员可以理解，前弹性支承3与前机闸6的固定、后弹性支承13与后机闸11的固定可以根据需要选择其他的固定方式，如焊接或一体成型等，本实施例中的螺栓连接，仅为其中一个示例，并非用以限制本发明。此外，在本实施例中，后轴承12通过挡圈14和锁紧螺母15固定在传动轴1上，可进行锁紧和防松。本领域技术人员也可以根据实际需要选择其他的方式，本发明并不以此为限。

在本实施例中，前机闸6和后机闸11设置有内部油路和喷嘴，可通过这些结构实现对前轴承5和后轴承12的的润滑，并通过前弹性支承3和后弹性支承13在径向上形成挤压油膜。

在本实施例中，传动轴装置还包括一第一密封环7和一第二密封环10。第一密封环7用以分隔开前机闸6和中间机闸8，第二密封环10用以分隔开中间机闸8和后机闸11。也即，第一密封环7将中间机闸8的一个封闭压力腔与前机闸6上的前轴承5的油腔分隔开，第二密封环10将中间机闸8的另一个封闭压力腔与后机闸11上的后轴承12的油腔分隔开。

在本实施例中，传动轴1的盘状结构边缘设置为篦齿结构，传动轴1与第一密封环7对应部分设置为篦齿结构，传动轴1与所述第二密封环10对应部分也设置为篦齿结构。即，中间机闸8的两个封闭压力腔采用篦齿结构密封。本领域技术人员也可根据实际需要，选择其他的结构以实现旋转封闭。

在本实施例中，盘状结构的边缘的篦齿结构与中间机闸的内壁的径向间隙为0.15mm～0.3mm；传动轴与第一密封环所对应的设置为篦齿结构的部分与第一密封环的径向间隙为0.15mm～0.3mm；传动轴与第二密封环所对应的设置为篦齿结构的部分与第二密封环的径向间隙为0.15mm～0.3mm。

在本实施例中，后机闸11还设置有端盖16，端盖16采用迷宫密封结构，用于后轴承12的油腔的轴向密封。本领域技术人员也可根据实际需要选择其他的密封结构，本发明并不以此为限。

在本实施例中，前机闸6还设置有一调整垫17。锁紧螺母4将齿轮2固定于传动轴1后，可通过调整垫7调整齿轮2与试验件连接时的齿隙。

本实施例中，传动轴1为实心轴体，在一些实施例中，传动轴1也可为多层轴体或空心轴体，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，本发明并不以此为限。

通过上述实施例的说明，本领域技术人员已可以了解，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：首先，本发明的转动轴装置中多处采用篦齿结构，将传动轴与机闸隔成几个内腔，可通过调节内腔间的空气压差，实现轴承轴向预载，防止轴承高速轻载打滑；其次，传动轴轴向具有一段盘状结构，可提供用于实现轴承轴向预载的受力面积；再次，本发明采用弹性支承，以形成挤压油膜进而形成阻尼，并可通过调整弹性支承的刚度模拟试验件在发动机上的支承刚度；并且，本发明的一些实施例中，可以通过远程调节供气系统控制阀的节流直径，调节密封腔篦齿两端压差，自动调节密封效果。由此，实现了高转速下高速传动轴系平稳、可靠的运行，模拟了试验件在发动机上的支承、润滑等真实工况。轴承腔油路密封可靠。

以上为本发明所提供的传动轴装置的一些实施例，通过实施例的说明，相信本领域技术人员能够了解本发明的技术方案及其运作原理。然而以上仅为本发明的优选实施例，并非对本发明加以限制。本领域技术人员可根据实际需求对本发明所提供技术方案进行适当修改，所做修改及等效变换均不脱离本发明所要求保护的范围。本发明所要求保护的权利范围，当以所附的权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种传动轴装置，用于一试验设备传递功率和转速至一试验件，其包括：一传动轴、一前机闸、一中间机闸及一后机闸；

其中，

所述前机闸、所述中间机闸及所述后机闸顺序连接；

所述传动轴伸入于顺序连接的所述前机闸、所述中间机闸及所述后机闸内，所述前机闸上设置有一前轴承，所述后机闸上设置有一后轴承，所述前轴承与所述后轴承支承所述传动轴；所述传动轴的输入端连接所述试验设备的高速膜盘联轴器，所述传动轴的输出端安装有齿轮，通过所述齿轮传递转速和功率至所述试验件；

所述传动轴上设有一盘状结构，所述中间机闸的内壁与所述传动轴之间的空间被所述盘状结构隔成两个封闭压力腔，所述盘状结构在所述传动轴旋转时能够与所述中间机闸的内壁形成旋转封闭；其中一个封闭压力腔与所述前机闸隔开，另一个封闭压力腔与所述后机闸隔开，两个所述压力腔均设置有进气接头。

2.如权利要求1所述的传动轴装置，其中，所述前机闸上固定有一前弹性支承，所述前轴承支承在所述前弹性支承上；所述后机闸上固定有一后弹性支承，所述后轴承支承在所述后弹性支承上。

3.如权利要求2所述的传动轴装置，其中，所述前机闸、所述中间机闸及所述后机闸顺序连接后，所述前机闸、所述中间机闸及所述后机闸之间通过定位销精确定位；所述前轴承及所述后轴承所在的安装孔的轴心线位置处的同轴度不大于0.02mm。

4.如权利要求3所述的传动轴装置，其中，所述前轴承为球轴承，后轴承为滚棒轴承。

5.如权利要求2所述的传动轴装置，其中，所述前机闸设置有内部油路和喷嘴，可实现所述前轴承的润滑，并通过所述前弹性支承在径向上形成挤压油膜；所述后机闸设置有内部油路和喷嘴，可实现所述后轴承的润滑，并通过所述后弹性支承在径向上形成挤压油膜。

6.如权利要求1所述的传动轴装置，其中，所述传动轴装置还包括一第一密封环以及一第二密封环；所述第一密封环间隔所述前机闸及所述中间机闸，所述第二密封环间隔所述中间机闸及所述后机闸；所述中间机闸的两个所述封闭压力腔，其中一个封闭压力腔由所述第一密封环与所述前机闸隔开，另一个封闭压力腔由所述第二密封环与所述后机闸隔开；所述传动轴旋转时可与所述第一密封环与所述第二密封环形成旋转封闭。

7.如权利要求6所述的传动轴装置，其中，所述传动轴的所述盘状结构的边缘设置为篦齿结构，所述传动轴与所述第一密封环对应的部分设置为篦齿结构，所述传动轴与所述第二密封环对应的部分设置为篦齿结构。

8.如权利要求7所述的传动轴装置，其中，所述盘状结构的边缘的篦齿结构与所述中间机闸的内壁的径向间隙为0.15mm～0.3mm；所述传动轴与所述第一密封环所对应的设置为篦齿结构的部分与所述第一密封环的径向间隙为0.15mm～0.3mm；所述传动轴与所述第二密封环所对应的设置为篦齿结构的部分与所述第二密封环的径向间隙为0.15mm～0.3mm。

9.如权利要求1所述的传动轴装置，其中，所述后机闸设置有端盖，所述端盖采用迷宫密封结构，用于所述后轴承的油腔轴向密封。

10.如权利要求1所述的传动轴装置，其中，所述前机闸设置有一调整垫，用以调整所述传动轴的所述齿轮与所述试验件连接时的齿隙。