CN107605731A - 一种用于两冲程航空活塞发动机扫气泵的端面间隙自动补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于两冲程航空活塞发动机扫气泵的端面间隙自动补偿装置，包括在压气机轮两侧设置的浮动隔板，隔板一侧与转子端面直接贴合，另一侧设有O型密封圈，周向开有凹槽涂抹黄油；工作状态下隔板与压气机轮之间产生摩擦，由于温度升高，压气机轮轴向长度增大，将隔板向两侧推动，压缩密封圈，密封圈的弹性将浮动隔板压在压气机轮上，两者之间不会产生过度摩擦或间隙，形成端面间隙的自动补偿；O型密封圈同时起到密封气体的作用；同时从材料、耐磨涂层等方面减小摩擦损耗；浮动隔板开有两个压力平衡孔，联通压气机轮、泵体间形成的腔室与浮动隔板、轴承座间形成的腔室，使得腔室内压力自平衡，减小浮动隔板所受轴向力。

Description

一种用于两冲程航空活塞发动机扫气泵的端面间隙自动补偿 装置

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种用于两冲程航空活塞发动机扫气泵的端面间隙自动补偿装置。

背景技术

随着无人机技术的发展，两冲程航空重油活塞发动机越来越受到人们的重视，两冲程发动机的性能依赖于扫气泵的特性，扫气泵端面间隙控制是其中重要一环，其中关键的是转子与轴承座之间的间隙控制。间隙过小或者直接贴合，工作过程会存在摩擦损耗，若不加以控制则会缩短零件寿命；间隙过大，工作过程会存在漏气损失，降低容积效率，性能下降。

端面间隙补偿主要有两类方式，一类是通过调整相应零件来控制端面间隙大小，另一类是令转子端面与定子直接贴合，工作状态下产生摩擦。

现有的第一类端面间隙补偿装置，一般采用改变轴承座处垫片的厚度来进行端面间隙的调整，装配结构复杂并且间隙不可调，因此零件加工精度要求高，提高生产成本。如专利CN201420596698，采用低膨胀合金垫片来优化端面间隙，并且设计为锥形，可以在-40至160摄氏度工作温度范围内满足减小端面间隙，此类垫片结构较为复杂。

现有的第二类端面间隙补偿装置，如专利CN201520996920，轴向间隙通过弹簧、螺纹调整装置进行调整，磨损后可以调节补偿，使用寿命长。如专利CN200710125382公开了一种补偿轴向间隙的挡圈，其滑动面与止推面存在一优选夹角，可以滑动自调整间隙。如专利CN201220343544与专利CN201120422579，采用浮动隔板进行补偿，浮动隔板紧密贴合在转子端面，该类结构如果不进行摩擦控制，则会在工作状态下由于转子轴向长度的增大而产生较剧烈摩擦，损伤零件。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于两冲程航空活塞发动机扫气泵的端面间隙自动补偿装置，它不仅可以进行端面间隙自动补偿，也可以平衡浮动隔板内外压力从而平衡浮动隔板轴向受力，减小摩擦损耗。

本发明完整的技术方案包括：

一种用于发动机泵的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，包括浮动隔板，所述的浮动隔板位于压气机轮的转子与轴承座之间，所述浮动隔板一侧与转子贴合，另一侧与轴承座之间存在空隙，且浮动隔板的另一侧与轴承座之间设有具有弹性的密封圈；

浮动隔板在受力时可沿着轴向向轴承座方向移动，所述具有弹性的密封圈对浮动隔板施加向转子方向的力，使浮动隔板贴合在压气机轮上；

所述的浮动隔板开有压力平衡孔，所述平衡孔连通浮动隔板两侧的腔室，使得两侧腔室内压力自平衡，减小浮动隔板所受轴向力。

所述的发动机泵为两冲程航空活塞发动机扫气泵。

浮动隔板两侧腔室分别为压气机轮、泵体、浮动隔板间形成的腔室与浮动隔板、轴承座间形成的腔室。

所述浮动隔板面向轴承座一侧开有凹槽，所述凹槽用以设置所述具有弹性的密封圈；

优选的，所述凹槽为环形凹槽；所述密封圈为O型密封圈；

优选的，所述密封圈对浮动隔板施加的向转子方向的力，使浮动隔板在所述扫气泵的非工作状态下贴合在压气机轮上；

优选的，所述密封圈始终放置在所述凹槽中，另一端贴合在轴承座处，并且起到密封气体作用。

所述浮动隔板周向方向开有整周凹槽，涂抹黄油用于密封气体。

所述浮动隔板的面向压气机轮的一侧与转子贴合，并涂有由氧化铝和氧化镁纳米粉末组成的耐磨涂层，用于减少转子与浮动隔板之间的摩擦损耗。

所述两冲程航空活塞发动机扫气泵包括泵体、前轴承座、后轴承座。所述的前轴承座和后轴承座分别固定于所述泵体的两端，其特征在于，在所述前轴承座内设置有主动齿轮和从动齿轮，所述泵体内设置有主动压气机轮和从动压气机轮，所述主动齿轮与从动齿轮分别固定在主动转轴与从动转轴上，所述的主动压气机轮与从动压气机轮分别通过热套配合固定在主动转轴与从动转轴上；

所述主动齿轮和从动齿轮相啮合，所述主动压气机轮和从动压气机轮相啮合；

所述主动转轴和从动转轴安装于前轴承座和后轴承座的轴套中；

在所述压气机轮两侧各设置有一个浮动隔板。

所述浮动隔板外圆周与泵体内圆周之间构成间隙配合。

所述浮动隔板材料为航空铝合金7075，所述压气机轮材料为PET材料。

根据所述的端面间隙自动补偿装置进行断面间隙自动补偿的方法，非工作状态下所述的浮动隔板由于密封圈的弹性而贴合在压气机轮上，消除隔板与压气机轮之间的间隙；工作状态下隔板与压气机轮之间产生摩擦，并且由于温度升高，压气机轮轴向长度增大，即将隔板向两侧推动，随即压缩密封圈，由于密封圈的弹性始终将浮动隔板压在压气机轮上，压气机轮与浮动隔板之间既不会产生过度摩擦，也不会产生间隙，并且转子不会卡死，即形成间隙自动补偿。

本发明相对于现有技术的优点在于：

1.本发明的扫气泵采用浮动隔板与O型密封圈配合，浮动隔板可以以轴向移动，在传统的工业应用中，密封圈主要用作密封作用，如防止润滑油漏出及外物侵入等，并没有利用其弹性对部件施加作用力的应用，本发明创造性地利用密封圈的弹性作用，使得在温度升高，压气机轮轴向长度增大的场合下，密封圈的弹性始终将浮动隔板压在压气机轮上，达到端面间隙自动补偿的目的，并且密封圈相对于弹簧，其弹性力大小更合理，压气机轮与浮动隔板之间既不会产生过度摩擦，也不会产生间隙，并且转子不会卡死，即形成间隙自动补偿。使隔板与压机机轮之间的摩擦减小。

2.本发明浮动隔板开有压力平衡孔，使得腔室内压力自平衡，减小隔板所受轴向力。

3.本发明浮动隔板通过周向凹槽涂抹黄油与端面O型密封圈，起到密封气体的作用。

附图说明

图1为本发明实施例中扫气泵转子结构示意图。

图2为本发明实施例中扫气泵装配截面图。

图3为本发明实施例中浮动隔板结构示意图。

图4为图3中A-A向剖面图。

图中：1-主动转轴、2-主动压气机轮、3-从动压气机轮、4-从动转轴、5-后轴承座端盖、6-主动轴滚动轴承、7-从动轴滚动轴承、8-后轴承座、9-后浮动隔板、10-泵体、11-前浮动隔板、12-前轴承座、13-从动齿轮、14-齿轮键槽、15-皮带轮、16-轴承隔圈、17-主动齿轮、18-周向凹槽、19-轴向凹槽、20-轴孔、21-压力平衡孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如附图1-2所示，本发明扫气泵所采用的形式为三叶罗茨泵式。扫气泵包括泵体10、前轴承座12、后轴承座8。前轴承座12和后轴承座8分别由螺栓固定于所述泵体10的前后两端，后轴承座端盖5通过螺栓固定于后轴承座8处。前轴承座12内设置有主动齿轮17和从动齿轮13，泵体10内设置有主动压气机轮2和从动压气机轮3。主动齿轮17和从动齿轮13分别通过键14固定在主动转轴1与从动转轴4上，主动压气机轮2和从动压气机轮3通过热套配合固定在主动转轴1与从动转轴4上。

主动转轴1通过两处主动轴滚动轴承6安装与支撑，并且在靠近皮带轮15处的支撑包含两个滚动轴承，目的是为了加强稳定性并改善受力；从动转轴4通过两处从动轴滚动轴承7安装与支撑。四处滚动轴承6、7均通过轴承隔圈16定位，并通过两侧12、8与轴承隔圈16固定在相应转轴上。

传动路线如下：皮带—皮带轮15—主动转轴1(主动压气机轮2)—键14—主动齿轮17—从动齿轮13—键14—从动转轴4(从动压气机轮3)，压气机轮的转动使得空气由进口进入并经增压后由出口排出。

如附图3-4所示，本发明浮动隔板结构示意图，面向转子侧涂有由氧化铝和氧化镁纳米粉末组成的耐磨涂层，用于减少转子与浮动隔板之间的摩擦损耗；背向转子侧开有整圈环形凹槽19，用于放置O型密封圈，密封圈一方面起到端面间隙自动补偿的作用，另一方面可以起到密封气体的作用。沿周向开有整圈凹槽18，用于涂抹黄油起到密封气体的作用，浮动隔板开有两个压力平衡孔21，用于连通压气机轮、泵体、浮动隔板间形成的腔室与浮动隔板、轴承座间形成的腔室，使得腔室内压力自平衡，一定程度上减小浮动隔板所受轴向力。浮动隔板轴向方向加厚，避免隔板发生旋转倾斜而产生漏气，两侧面要求较高平行度形位公差。浮动隔板与泵体之间为间隙配合，便于浮动隔板与泵体相对轴向运动，以自动补偿端面间隙。浮动隔板由泵体凹台进行周向定位，由泵体轴向两端凹台处的两块近三角形平面进行轴向定位。

非工作状态下，O型密封圈在凹槽19中，另一端抵在前后轴承座12、8处，前后浮动隔板11、9与轴承座12、8之间存在空隙，即浮动隔板可轴向移动，密封圈此时处于轻微压缩状态，前后浮动隔板11、9由于密封圈的弹性而贴合在压气机轮2、3上。

工作状态下，压气机轮2、3转动，与浮动隔板11、9产生摩擦，由于浮动隔板的材料为航空铝合金7075，为铝镁锌铜合金，属于超硬铝合金，有良好的耐磨性，具有良好的机械性能，所述压气机轮的材料为PET材料，耐蠕变、耐抗疲劳性、耐磨擦和尺寸稳定性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性，因此零件不会产生过度磨损，并且转子不会卡死。

工作状态下由于温度的升高，导致压气机轮2、3轴向长度增大，会向两侧推动浮动隔板11、9，随即挤压O型密封圈，由于密封圈的弹性，允许浮动隔板11、9向两侧移动，但也是由于O型密封圈的弹性，浮动隔板11、9会始终贴合在压气机轮2、3上。摩擦损失与摩擦力直接相关，而摩擦力与正压力直接相关，由于浮动隔板11、9轴向移动一段距离并且始终贴合在转子处，因此始终存在一定的较小的正压力，从而不会产生过度磨损并且不会形成间隙而导致漏气损失。其中所述的O型密封圈的作用类似于一圈弹簧，提供将浮动隔板压在压气机轮上的力。上述即为本发明端面间隙自动补偿原理。

为便于浮动隔板11、9沿轴向的移动，所以浮动隔板11、9外圆周与泵体10内圆周之间为间隙配合，也是由于间隙配合，所以轴向可能产生漏气损失，因此浮动隔板11、9周向开有整圈凹槽18用于涂抹黄油，进行气体密封。由于间隙配合并且轴向力不均匀，所以浮动隔板11、9可能会发生微小旋转倾斜，导致产生间隙、漏气损失，因此浮动隔板适当加厚并且开有两个压力平衡孔21。

对于两冲程航空活塞发动机，需要的是高可靠性、高温度压力适应性、高性能参数。本发明增加的零件数少、加工简单、可靠性高；处于不同温度工作状态下，转子产生膨胀或收缩而产生的间隙，均可由浮动隔板及O型密封圈自动补偿；处于不同压力工作状态下，浮动隔板开有两个压力平衡孔，减小所受轴向力；通常状况下，转子与浮动隔板之间贴合间隙为零，减少漏气损失，提高扫气泵的容积效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于发动机泵的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，包括浮动隔板，所述的浮动隔板位于压气机轮的转子与轴承座之间，所述浮动隔板一侧与转子贴合，另一侧与轴承座之间存在空隙，且浮动隔板的另一侧与轴承座之间设有具有弹性的密封圈；

浮动隔板在受力时可沿着轴向向轴承座方向移动，所述具有弹性的密封圈对浮动隔板施加向转子方向的力，使浮动隔板贴合在压气机轮上；

所述的浮动隔板开有压力平衡孔，所述平衡孔连通浮动隔板两侧的腔室，使得两侧腔室内压力自平衡，减小浮动隔板所受轴向力。

2.根据权利要求1所述的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，所述的发动机泵为两冲程航空活塞发动机扫气泵。

3.根据权利要求1或2所述的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，浮动隔板两侧腔室分别为压气机轮、泵体、浮动隔板间形成的腔室与浮动隔板、轴承座间形成的腔室。

4.根据权利要求1或2所述的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，所述浮动隔板面向轴承座一侧开有凹槽，所述凹槽用以设置所述具有弹性的密封圈；

优选的，所述凹槽为环形凹槽，所述密封圈为O型密封圈；

优选的，所述密封圈对浮动隔板施加的向转子方向的力，使浮动隔板在所述扫气泵的非工作状态下贴合在压气机轮上；

优选的，所述密封圈始终放置在所述凹槽中，另一端贴合在轴承座处，并且起到密封气体作用。

5.根据权利要求1-4任一项所述的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，所述浮动隔板周向方向开有整周凹槽，涂抹黄油用于密封气体。

6.根据权利要求1所述的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，所述浮动隔板的面向压气机轮的一侧与转子贴合，并涂有由氧化铝和氧化镁纳米粉末组成的耐磨涂层，用于减少转子与浮动隔板之间的摩擦损耗。

7.根据权利要求3所述的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，所述两冲程航空活塞发动机扫气泵包括泵体、前轴承座、后轴承座。所述的前轴承座和后轴承座分别固定于所述泵体的两端，其特征在于，在所述前轴承座内设置有主动齿轮和从动齿轮，所述泵体内设置有主动压气机轮和从动压气机轮，所述主动齿轮与从动齿轮分别固定在主动转轴与从动转轴上，所述的主动压气机轮与从动压气机轮分别通过热套配合固定在主动转轴与从动转轴上；

所述主动齿轮和从动齿轮相啮合，所述主动压气机轮和从动压气机轮相啮合；

所述主动转轴和从动转轴安装于前轴承座和后轴承座的轴套中；

在所述压气机轮两侧各设置有一个浮动隔板。

8.根据权利要求1-7任一项所述的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，所述浮动隔板外圆周与泵体内圆周之间构成间隙配合。

9.根据权利要求1-8任一项所述的端面间隙自动补偿装置，其特征在于，所述浮动隔板材料为航空铝合金7075，所述压气机轮材料为PET材料。

10.根据权利要求1-9任一项所述的端面间隙自动补偿装置进行断面间隙自动补偿的方法，其特征在于，非工作状态下所述的浮动隔板由于密封圈的弹性而贴合在压气机轮上，消除隔板与压气机轮之间的间隙；工作状态下隔板与压气机轮之间产生摩擦，并且由于温度升高，压气机轮轴向长度增大，即将隔板向两侧推动，随即压缩密封圈，由于密封圈的弹性始终将浮动隔板压在压气机轮上，压气机轮与浮动隔板之间既不会产生过度摩擦，也不会产生间隙，并且转子不会卡死，即形成间隙自动补偿。