CN109489950A - 一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，包括支撑盘、模拟后轴和转接座；支撑盘中心设置有通孔，支撑盘的外侧套设有模拟后轴，模拟后轴与支撑盘通过花键连接；转接座为中心有孔的盘状，转接座套设在模拟后轴外侧，转接座与模拟后轴通过花键连接；试件设置在支撑盘内，二者之间设置有外隔圈和内隔圈通过过渡配合、过盈配合连接，试件的中心孔后端部分与转接座过盈配合连接，试件是通过端面承受的轴向力、圆柱过盈配合面的压力所产生的摩擦力矩实现传扭和同步旋转。本发明设计的连接结构，有效提高了压气机盘试验部件的实用性，且减轻了压气机盘试验部件重量，同时降低了压气机盘试验部件使用和维护成本。

Description

一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构
技术领域
本发明属于航空发动机试验领域，涉及一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构。
背景技术
航空发动机压气机轮盘尺寸大、转速高，是发动机的关键件，其使用寿命直接影响发动机的使用寿命。因此，寿命预测对保证压气机轮盘的安全可靠工作具有十分重要的意义。某发动机高压压气机由1～X级盘结构组成，如果采取1～X级盘整体转子试验，风险太大。且X级盘热应力远大于其他盘，很难调整一个合适的超应力系数，因此X级盘只能采用单盘定寿试验。由于试验条件的限制，只能采用超转速、常温、真空条件下进行疲劳寿命试验。ANSYS有限元应力计算结果表明，螺栓孔处应力较高，试验过程中在应力集中的作用下，盘螺栓孔部位会先于中心孔发生破坏，无法达到对中心孔进行试验强度考核的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，包括支撑盘、模拟后轴和转接座；支撑盘中心设置有通孔，支撑盘的外侧套设有模拟后轴，模拟后轴与支撑盘通过花键连接；转接座套设在模拟后轴外侧，转接座与模拟后轴通过花键连接；
进一步的，转接座为中心有孔的盘状；试件设置在支撑盘内，试件的中心孔与转接座采用过盈配合连接。
进一步的，模拟后轴与转接座之间由内向外依次设置有杯型垫圈和空气严封圈。
进一步的，模拟后轴的一端设置有锯齿形螺纹，锯齿形螺纹上套设有螺母，螺母将杯型垫圈和空气严封圈固定。
进一步的，空气严封圈、转接座通过花键与模拟后轴连接。
进一步的，试件的边缘处与支撑盘之间设置有外隔圈和内隔圈；试件的中心孔后端与转接座外圆止口过盈配合。
进一步的，试件的上缘板偏下方设置有外隔圈和内隔圈，试件与外隔圈止口过渡配合，试件与内隔圈止口过盈配合。
进一步的，支撑盘与外隔圈和内隔圈分别是过渡配合和间隙配合。
进一步的，转接座靠近模拟后轴的一侧厚度大于边缘的厚度。
进一步的，转接座上厚度大的一端到厚度小的一端平滑过渡。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明模拟了盘在发动机上的结合方式，实现了在试验室条件下对盘进行疲劳试验，达到了压气机盘间与试验组件连接结构简单，使用和维护便捷，省力省时，可靠性较高，成本较低，而且装配所需空间显著减小，可应用于航空发动机及地面燃气轮机用更多种类盘的疲劳试验中。对航空发动机压气机盘类似结构的疲劳试验具有一定的可借鉴作用。
本发明设计的连接结构，取消轮盘间的连接螺栓和螺母，消除了轮盘幅板上的连接孔，依靠摩擦传扭方式，使连接结构简单、新颖，使用和维护便捷，省力省时，有效提高了压气机盘试验部件的实用性，且减轻了压气机盘试验部件重量，同时降低了压气机盘试验部件使用和维护成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明局部放大图；
图3为本发明径向剖面图；
其中：1.外隔圈；2.内隔圈；3.支撑盘；4.试验盘；5.转接座；6.空气封严圈；
7.杯型垫圈；8.螺母；9.模拟后轴。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图3，一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，包括支撑盘3、模拟后轴9和转接座5；支撑盘3中心设置有通孔，支撑盘3的外侧套设有模拟后轴9，模拟后轴9与支撑盘3通过花键连接；转接座5为中心有孔的盘状，转接座5套设在模拟后轴9外侧，转接座5与模拟后轴9通过花键连接；试件设置在支撑盘3内，试件的中心孔与转接座5连接。
模拟后轴9与转接座5之间由内向外依次设置有杯型垫圈6和空气严封圈6；模拟后轴9的一端设置有锯齿形螺纹，锯齿形螺纹上套设有螺母8，螺母8将杯型垫圈6和空气严封圈6固定；空气严封圈6与转接座5通过花键连接。
试件的边缘处与支撑盘3之间设置有外隔圈1和内隔圈2。
转接座5靠近模拟后轴9的一侧厚度大于边缘的厚度。
工作过程中，力矩由支撑盘组件传给盘试验组件，一部分力矩通过内(外)隔圈与试件上端过渡配合、过盈配合面连接部位，传扭给试件；另一部分力矩通过模拟后轴、转接座之间的花键及试件过盈配合面部位，传递给试件。传扭主要是依靠转接座花键、试件与转接座(内(外)隔圈)相接触的3个端面承受的轴向力、3个圆柱过盈配合面的压力所产生的摩擦力矩。
本发明对试验盘结构设计主要有以下3方面：
1)试验盘上去除螺栓孔，有效降低螺栓孔处的应力水平。
2)对盘腹板等部位进行局部加厚，使试验盘组件在没有空气封严圈联接支撑情况下，保持与原盘组合件的刚性和相同载荷下的应变基本一致。
3)为排除工作叶片气动力的影响，消除装配、分解叶片的繁琐和减少试验零件种类的数量，用增大盘盘缘尺寸的环体来替代89个X级工作叶片、锁片等。
按照ANSYS有限元应力计算数据确定了具体设计方案。盘腹板上不加工螺栓孔，盘缘不加工榫槽，槽底以外为外径ф474mm、前后端面各加厚2mm的实心圆环。内、外隔圈之间，轮盘腹板前、后面各加厚1mm。轮毂以外腹盘前端圆弧段圆滑过渡，局部加厚约0.84mm。
本发明对转接座结构设计主要在结构上增加花键、精密孔，使其成为主要传扭和定心的部件。原来的转接座属于弹性支撑零件，与空气封严圈组合起柔性支撑的作用。为了保证转接座的原有刚性(即零件的弹性系数K值不变)，在满足定位孔前端面相邻外圆直径增大要求和方便机加工艺的条件下，将原锐角加圆角，设计为等边宽键槽加圆角结构；转接座前端下部增加精密孔，适当增加外圆直径、壁厚和长度，以提高该部位的结构强度；转接座后端下部增加了花键结构和长度，以保证花键、精密孔组合定心、传扭和强度的要求。
本发明对空气封严圈结构设计主要是去除螺栓孔及盘体部分，将其设计为起平衡作用的弹性元件，与转接座组合起柔性支撑的作用。要保持空气封严圈试验件的原有刚性(即零件的弹性系数K值不变)，零件下部的结构基本与原件一致。为满足转接座传扭花键的最低强度的要求，将空气封严圈花键部位的轴向厚度减少一半约3mm，形成台阶沉孔可与转接座紧密相连，使转接座上的花键宽度尺寸可增加到需要的数值(4.9mm)。
本发明对模拟后轴结构设计主要是将其内圆与支撑盘组件外圆配合保证精密配合定心。后轴的中心剖面结构呈现一个“Z”字，前端内孔和外圆中部均有内花键、外花键结构。由于模拟后轴与设计的转接座之间花键定心的轴向有效尺寸较短、必须在其前安装边的最大外圆处设计一个圆柱台阶，形成定位止口，以保证与转接座的内花键、定位孔组合定心、传扭的可靠性。
本发明能实现无螺栓连接的盘依靠与组件接触端面间的工作轴向力及圆柱配合面间的过盈压力产生摩擦力矩来传扭，依靠渐开线花键定心，同时还要保证原来压气机组合件状态时的强度和刚度。
盘试验组件定心、传扭克服了依靠螺栓孔内螺栓与盘的固定连接形式对试验的影响，其定心主要是依靠转接座的花键、前端精密孔组合定心，传扭主要是依靠转接座花键、盘与转接座(内(外)隔圈)相接触的个端面和承受的轴向力、圆柱过盈配合面的压力所产生的摩擦力矩。其连接紧固性好，可以有效实现压气机轮盘的可靠试验。

Claims (10)

1.一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，包括支撑盘(3)、模拟后轴(9)和转接座(5)；支撑盘(3)中心设置有通孔，支撑盘(3)的外侧套设有模拟后轴(9)，模拟后轴(9)与支撑盘(3)通过花键连接；转接座(5)套设在模拟后轴(9)外侧，转接座(5)与模拟后轴(9)通过花键连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，转接座(5)为中心有孔的盘状；试件设置在支撑盘(3)内，试件的中心孔与转接座(5)采用过盈配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，模拟后轴(9)与转接座(5)之间由内向外依次设置有杯型垫圈(7)和空气严封圈(6)。
4.根据权利要求1所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，模拟后轴(9)的一端设置有锯齿形螺纹，锯齿形螺纹上套设有螺母(8)，螺母(8)将杯型垫圈(7)和空气严封圈(6)固定。
5.根据权利要求4所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，空气严封圈(6)、转接座(5)通过花键与模拟后轴(9)连接。
6.根据权利要求2所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，试件(4)的边缘处与支撑盘(3)之间设置有外隔圈(1)和内隔圈(2)；试件的中心孔后端与转接座(5)外圆止口过盈配合。
7.根据权利要求6所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，试件的上缘板偏下方设置有外隔圈(1)和内隔圈(2)，试件与外隔圈(1)止口过渡配合，试件与内隔圈(2)止口过盈配合。
8.根据权利要求7所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，支撑盘(3)与外隔圈(1)和内隔圈(2)分别是过渡配合和间隙配合。
9.根据权利要求1所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，转接座(5)靠近模拟后轴(9)的一侧厚度大于边缘的厚度。
10.根据权利要求8所述的一种用于发动机高压压气机盘疲劳试验的连接结构，其特征在于，转接座(5)上厚度大的一端到厚度小的一端平滑过渡。
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