CN108361348A - 一种圆弧端齿结构以及带有该圆弧端齿结构的动力涡轮 - Google Patents

一种圆弧端齿结构以及带有该圆弧端齿结构的动力涡轮 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆弧端齿结构以及带有该圆弧端齿结构的动力涡轮，所述圆弧端齿带有周向均布的半齿和缺口结构；所述圆弧端齿的端面为带有微小角度的斜锥面，半径方向表现为外侧高、中心低，提高了定心精度，并减小了接触面的应力。所述圆弧端齿还带有环槽结构；所述圆弧端齿通过装配啮合后，其中的半齿和缺口结构组成周向均布的通道，所述通道保证了动力涡轮轴及轮盘的引气和通风功能，同时减轻了重量。

Description

一种圆弧端齿结构以及带有该圆弧端齿结构的动力涡轮
技术领域
本发明涉及航空发动机的技术领域，具体涉及一种用于动力涡轮的圆弧端齿结构。此外，本发明还涉及一种带有上述圆弧端齿结构的动力涡轮。
背景技术
在现有航空发动机中，盘和轴、盘和盘之间常用圆弧端齿进行定心传扭。圆弧端齿可保证在热状态下可靠定心，同时具有拆装方便、维护简单等特点。因此，被广泛应用于涡轴及涡桨发动机中。
环槽型圆弧端齿在航空发动机的转子结构中广泛使用，环槽内一般设计有用于螺栓连接的通孔。现有的圆弧端齿为实心端齿，端面设计为平面。这样的圆弧端齿重量重，接触面挤压应力大，导致在高速运转中容易损坏。同时，现有圆弧端齿相互啮合过程中空隙较小，有时不能提供足够的气体流量为轴承腔充气以防止滑油泄漏。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明目的在于提供一种带有半齿和缺口结构的环槽型圆弧端齿结构以及带有该圆弧端齿结构的动力涡轮，以解决现有圆弧端齿重量过大、接触面挤压应力大、气流间隙过小导致供气不足的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种圆弧端齿结构，包括相互啮合装配的第一啮合侧和第二啮合侧，所述第一啮合侧和第二啮合侧的端面顶部均设置有沿整个周向分布并沿轴向延伸的多个圆弧端齿，所述第一啮合侧和第二啮合侧端面顶部的圆弧端齿相互啮合形成定心传扭结构，其特征在于，
所述第一啮合侧端面顶部的圆弧端齿中，沿周向等间隔地将若干相邻的两个圆弧端齿各去掉一半分别形成为半齿结构，相邻两个所述半齿之间形成第一啮合侧缺口，
所述第二啮合侧端面顶部的圆弧端齿中，沿周向等间隔地去掉若干完整的圆弧端齿，形成第二啮合侧缺口，
所述第一啮合侧缺口的数量与所述第二啮合侧缺口的数量相同，
所述第一啮合侧与第二啮合侧啮合装配后，各所述第一啮合侧缺口与对应的各所述第二啮合侧缺口之间形成若干兼具减重和引气通风功能的通道。
进一步地，由各所述第一啮合侧缺口与对应的各所述第二啮合侧缺口共同构成的若干通道沿周向均匀分布。
进一步地，各所述通道的形状可以为矩形、梯形或者圆形。
进一步地，所述第一啮合侧和第二啮合侧的端面均为斜锥面，沿着半径方向表现为：外侧高、中心低，提高了定心精度并且减小了接触面的应力。
优选地，所述斜锥面的倾斜角度为2～5°，优选角度为3°。
进一步地，所述第一啮合侧和第二啮合侧端面顶部的圆弧端齿中均设有环槽结构，为轴盘、盘盘之间的连接提供了螺栓安装孔。
根据本发明的另一方面，还提供了一种动力涡轮，所述动力涡轮的轴与轮盘之间或轮盘与轮盘之间的定心传扭结构采用本发明上述圆弧端齿结构。
同现有技术相比，本发明的圆弧端齿结构及具有该结构的动力涡轮具有以下有益效果：
本发明提供的圆弧端齿结构设有半齿和缺口结构特征，啮合后形成周向均布的若干个通道，为动力涡轮轴及轮盘保证了足够的供气，同时减轻了重量；
本发明提供的圆弧端齿结构具有环槽，为轴盘、盘盘之间的连接提供了螺栓安装孔；
本发明提供的圆弧端齿结构具有斜锥面作为端面，表现为外侧高、中心低；增大了接触面积，提高了定心精度，并且减小了接触面的挤压应力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例圆弧端齿结构示意图；
图2是本发明优选实施例圆弧端齿第一啮合侧的结构示意图；
图3是本发明优选实施例圆弧端齿第二啮合侧的结构示意图；
图4是本发明优选实施例圆弧端齿端面的结构示意图；
图5是本发明优选实施例带有该圆弧端齿的动力涡轮的转子系统结构示意图。
图例说明：
1、第一啮合侧；2、第二啮合侧；3、半齿结构；4、第一啮合侧缺口；5、第二啮合侧缺口；6、通道；7、环槽；8、斜锥面；9、圆弧端齿结构；10、轮盘；11、涡轮轴。
具体实施方式
现将结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由所限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1到图5，本发明实施例公开了一种圆弧端齿结构9，该圆弧端齿结构9用于航空发动机，尤其是应用于涡轴或涡桨发动机的轴与轮盘、轮盘与轮盘之间。考虑到减重和引气，该圆弧端齿周向等间隔地去除了若干个齿，但在两个啮合侧中去除的方式不同，形成了两个不同的啮合侧，包括第一啮合侧1和第二啮合侧2，参见图1，第一啮合侧1和第二啮合侧2的端面顶部均设置有沿周向分布并沿轴向延伸的多个圆弧端齿，第一啮合侧1和第二啮合侧2端面顶部的圆弧端齿相互啮合形成定心传扭结构。通过装配，圆弧端齿两个啮合侧一起构成了通道6，既能减重又能引气通风。
在第一啮合侧1，参见图1和图2，去除方式是周向等间隔地将相邻的两个圆弧端齿各去掉一半，形成半齿结构3，相邻两个半齿结构3之间形成形状为矩形的第一啮合侧缺口4。在本实施例中，第一啮合侧1的两圈圆弧端齿(环槽7两边的内、外两圈圆弧端齿)上各去除了6个齿，内、外两圈圆弧端齿上各形成12个半齿结构3以及6个第一啮合侧缺口4，参见图2。
在第二啮合侧2，参见图1和图3，去除方式是周向等间隔地将完整的圆弧端齿去掉，形成了第二啮合侧缺口5。在本实施例中，第二啮合侧的两圈圆弧端齿上各去除了6个齿，内、外两圈齿上各形成了6个第二啮合侧缺口5，参见图3。
除此之外，第一啮合侧缺口4和第二啮合侧缺口5以及通道6的形状并不限制，它们的形状可以设计为梯形、圆形，等等。
类似地，圆弧端齿结构9中去除的齿的数量并不限制，即第一啮合侧缺口4和第二啮合侧缺口5的数量并不限制，只要保证两啮合侧能够匹配即可。
应当理解的是，所述周向均布地去除若干个齿的方式可以应用于不同形状的圆弧端齿中，并不限制于特定类型的圆弧端齿。
本实施例中，参见图2和图3，圆弧端齿9结构中带有环槽7，为螺栓连接提供了安装孔。
本实施例中，参见图4，圆弧端齿的端面是具有微小角度的斜锥面8，沿着半径方向表现为：外侧高、中心低。本实施例中，斜锥面8的角度为3°，实际上形成一个带有微小角度的锥面。因为斜锥面具有斜度，面积比无斜度时的要大，该特点提高了圆弧端齿的定心精度，并减小了接触面的挤压应力。
根据本发明的另一方面，还提供了一种带有所述圆弧端齿结构9的动力涡轮，参见图5，其中的涡轮轴11和轮盘10、或者轮盘10和轮盘10之间，至少一处通过圆弧端齿结构9啮合连接。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种圆弧端齿结构，包括相互啮合装配的第一啮合侧和第二啮合侧，所述第一啮合侧和第二啮合侧的端面顶部均设置有沿整个周向分布并沿轴向延伸的多个圆弧端齿，所述第一啮合侧和第二啮合侧端面顶部的圆弧端齿相互啮合形成定心传扭结构，其特征在于，
所述第一啮合侧端面顶部的圆弧端齿中，沿周向等间隔地将若干相邻的两个圆弧端齿各去掉一半分别形成为半齿结构，相邻两个所述半齿之间形成第一啮合侧缺口，
所述第二啮合侧端面顶部的圆弧端齿中，沿周向等间隔地去掉若干完整的圆弧端齿，形成第二啮合侧缺口，
所述第一啮合侧缺口的数量与所述第二啮合侧缺口的数量相同，
所述第一啮合侧与第二啮合侧啮合装配后，各所述第一啮合侧缺口与对应的各所述第二啮合侧缺口间形成若干兼具减重和引气通风功能的通道。
2.根据上述权利要求所述的圆弧端齿结构，其特征在于，各所述通道的形状可以为矩形、梯形或者圆形。
3.根据上述权利要求所述的圆弧端齿结构，其特征在于，所述第一啮合侧和第二啮合侧的端面均为半径方向外侧高、中心低的斜锥面，以提高定心精度并减小接触面的应力。
4.根据上述权利要求所述的圆弧端齿结构，其特征在于，所述斜锥面的倾斜角度为2～5°，优选角度为3°。
5.根据上述权利要求所述的圆弧端齿结构，其特征在于，所述所述第一啮合侧和第二啮合侧端面顶部的圆弧端齿中均设有环槽结构，为轴盘、盘盘之间的连接提供了螺栓安装孔。
6.一种动力涡轮，所述动力涡轮的轴与轮盘之间或轮盘与轮盘之间的定心传扭结构采用上述任一项权利要求所述的圆弧端齿结构。
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