CN110206760A - 一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置 - Google Patents

一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置 Download PDF

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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
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Abstract

本发明公开一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，包括外支撑环、内支撑环和设置在外支撑环、内支撑环之间的可调静子叶片、主动齿轮、环齿轮、驱动所述环齿轮的伺服电机、设置在所述可调静子叶片端部的叶片端部齿轮，所述主动齿轮安装在伺服电机的转轴上，所述环齿轮的外环面设有与主动齿轮相啮合的弧形齿条，侧面设有与叶片端部齿轮相啮合的驱动齿条。本发明减少了复杂的伺服油压力调节装置，同时降低了高压液压油泄漏导致系统失效的风险，提高了发动机的可靠性；同时通过环齿轮构件进行各级可调静子叶片的角度独立调节能更好的实现发动机性能的最优化。

Description

一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置
技术领域
本发明涉及一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，特别应用于航空发动机、燃气轮机领域。
背景技术
目前航空发动机、燃气轮机的可调静子叶片均采用液压机械作动，液压油由液压泵进行增压，而液压泵由主发动机经过附件传动装置进行驱动，该装置的缺点是需要设计复杂的机械传动装置，涉及齿轮、轴承、润滑系统等构件，同时需要高压油管传递液压油，一旦油管存在断裂、泄漏等问题，则会导致可调静子叶片无法旋转，进而影响发动机的安全运行。
目前民航飞机的主发动机除了提供推动力外，还是飞机次级功率系统,即液压、气压和机械系统的原动力。全电飞机是一种用电力供电系统取代原来的液压、气压和机械系统的飞机，即所有的次级功率均用电的形式分配。用电力作动器取代液压作动器，用电力泵来取代齿轮箱驱动的滑油泵和燃油泵，用电动压气机来取代气压动机的空调压气机。全电飞机是飞机未来的发展趋势。
多电飞机是全电飞机发展过程的一个过渡，具体指用电力系统部分取代原来的液压、气压和机械系统的飞机，力求使所有的次级功率系统均用电的形式分配，采用多电设计的好处是重量轻、效率高、成本低、可靠性高、易于保障、易实现自检测和多余度等。
多电发动机是多电飞机的关键，其优点有：
(1)可靠性高：只需要以一种余度系统为所有用户提供可靠的动力源，电力作动方式可靠且具有容错能力；电力作动系统按需用电，与液压系统比较而言用电量少、发热小、部件磨损小。
(2)维修性好：电力作动系统中的微处理机具有很强的机内自检能力，提高了设备检测功能，降低了对维护人员的要求。
(3)生存能力强：与传统液压系统相比，电力作动系统损坏概率低；没有高压液压管道，不存在液压油可燃问题，更有安全性。
(4)保障性好：电力作动系统具有更高的可靠性和更好的维修性，这些有利于飞机保障性的提高。
(5)效率高：电力作动的效率较其他能量的传输方式要高。
总的来说，采用电力系统取代复杂的机械系统，可大大增强系统的功能性并降低系统的复杂程度，减轻发动机重量，节约成本，提高发动机性能，优化发动机的结构，获得更高的可靠性和维修性。
举例来说，电动燃油泵是多电发动机的重要部件。目前航空发动机的主燃油泵都是固定排量的齿轮泵，这种燃油泵可靠性很高。但由于齿轮泵的转速与发动机的转速直接相关，因此，在有些飞行状态下齿轮泵所提供的燃油远远高于发动机所需燃油量。为解决这个问题，需要大量的燃油重新流回燃油箱，这样做的结果是燃油的温度升高，因此需要对流回的燃油进行冷却，以防止燃油系统超温。具有智能控制器的电动燃油泵的速度与发动机的转速不相关，因此，可根据发动机的需要调整转速以提供发动机所需的燃油量，而无需燃油流回，这样既减轻了系统的重量，也降低了系统的复杂性。
电力作动器也是多电发动机的重要部件之一。传统航空发动机所采用的液压作动器始终有泄漏的问题，因此当发动机系统性能下降时，总是难以判断是不是液压作动器的泄漏造成。采用电力作动器则很容易进行故障识别，因为马达和功率电子设备都传递自己的信号。此外，传统机械液压作动器的拆除非常麻烦，需要有经验的维修人员执行操作，并需要地面保障设备的支持。而电力作动器的拆除非常简单，只需断开电路，拧下与作动器连接的螺栓即可。
可调静子叶片是压气机组件的一个重要装置，通过调节静子叶片出口角度使得压气机工作更顺畅，目前航空发动机的可调静子叶片驱动装置，不仅需要高压液压油进行驱动，同时采用了较为复杂的机械传动装置，使得系统维修性较差。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，包括外支撑环、内支撑环和设置在外支撑环、内支撑环之间的可调静子叶片、主动齿轮、环齿轮、驱动所述环齿轮的伺服电机、设置在所述可调静子叶片端部的叶片端部齿轮，所述主动齿轮安装在伺服电机的转轴上，所述环齿轮的外环面设有与主动齿轮相啮合的弧形齿条，侧面设有与叶片端部齿轮相啮合的驱动齿条。
进一步的技术方案是，所述可调静子叶片延伸至外支撑环外的端部上还设有用于紧固叶片端部齿轮与可调静子叶片的叶片端部调整螺母。
进一步的技术方案是，所述伺服电机上设有减速机构。
进一步的技术方案是，所述环齿轮包括至少2个环形段，其环形段通过法兰-螺栓连接成整体。
进一步的技术方案是，所述叶片端部齿轮上设有用于进行叶片旋转角度闭环控制的角位移传感器。
进一步的技术方案是，所述弧形齿条、驱动齿条、主动齿轮、叶片端部齿轮均采用精度齿轮，以保证高精度传动。
进一步的技术方案是，所述环齿轮仅对应于一排需要调节的静子叶片；多排静子叶片需要调节需要多个环齿轮驱动；通过环齿轮可以进行多级可调静子叶片的角度独立调节，能更好的实现发动机性能的最优化。
本发明的有益效果：本发明通过采用伺服电机作为可调静子叶片驱动机构的原动力，较传统的液压机械装置减少了复杂的伺服油压力调节装置，同时降低了高压液压油泄漏导致系统失效的风险，提高了发动机的可靠性；同时通过环齿轮构件进行各级可调静子叶片的角度独立调节能更好的实现发动机性能的最优化。
附图说明
图1是一种传统技术可调静子叶片的结构示意图；
图2是本发明伺服电机驱动环齿轮结构示意图；
图3是本发明伺服电机驱动环齿轮结构放大图。
图中所示：1-伺服电机及减速机构、2-主动齿轮、3-外支承环、4-环齿轮、5-叶片端部齿轮、6-叶片端部调整螺母、7-可调静子叶片、8-内支承环。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
图1是一种传统技术可调静子叶片的结构示意图，由液压作动器通过曲柄装置组合调节4级可调静子叶片的角度，各级的调节角度耦合在一起。
如图2和3所示，本发明的一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，包括外支撑环3、内支撑环8和设置在外支撑环3、内支撑环8之间的可调静子叶片7、主动齿轮2、环齿轮4、驱动所述环齿轮4的伺服电机1、设置在所述可调静子叶片7端部的叶片端部齿轮5，所述主动齿轮2安装在伺服电机1的转轴上，所述环齿轮4的外环面设有与主动齿轮2相啮合的弧形齿条，侧面设有与叶片端部齿轮5相啮合的驱动齿条，其弧形齿条加工位置与长度根据可调静子叶片7的旋转角度范围可以方便的定出来，不需要整个圆弧都加工成齿条，同时为保证传动精度，环齿轮4应在设计时保证轴向的精确定位。
如图3所示，所述可调静子叶片7延伸至外支撑环3外的端部上还设有用于紧固叶片端部齿轮5与可调静子叶片7的叶片端部调整螺母6，其中为保证装配顺利，叶片端部调整螺母6应先处于非固紧状态，待整圈叶片对应的叶片端部齿轮5与环齿轮4侧面上的驱动齿轮均实现良好啮合后再固紧。
本实施例的工作流程为：伺服电机1驱动主动齿轮2；主动齿轮2通过齿轮-齿条连接驱动环齿轮4；环齿轮4通过侧面的驱动齿条驱动叶片端部齿轮5；叶片端部齿轮5的转动随即带动可调静子叶片7的旋转。由此达到了采用伺服电机控制可调静子叶片7精确旋转的功能。
上述实施例中，所述环齿轮4仅对应于一排需要调节的静子叶片；多排静子叶片需要调节需要多个环齿轮4驱动；通过环齿轮4可以进行多级可调静子叶片的角度独立调节，能更好的实现发动机性能的最优化。
本实施例中，所述伺服电机1上设有减速机构，并且伺服电机1及减速机构应保证驱动功率、驱动扭矩和旋转精度。
本实施例中，为方便拆装，环齿轮4包括至少2个环形段，其各个相邻环形段之间通过法兰-螺栓连接成整体。
本实施例中，驱动机构可以采用图3的示意做成开环控制，也可以在一个或多个叶片端部齿轮5上安装角位移传感器，以进行旋转角度的闭环控制。
其中优选的是，所述弧形齿条、驱动齿条、主动齿轮2、叶片端部齿轮5均采用精度齿轮，以保证高精度传动。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但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简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，包括外支撑环(3)、内支撑环(8)和设置在外支撑环(3)、内支撑环(8)之间的可调静子叶片(7)，其特征在于，还包括主动齿轮(2)、环齿轮(4)、驱动所述环齿轮(4)的伺服电机(1)、设置在所述可调静子叶片(7)端部的叶片端部齿轮(5)，所述主动齿轮(2)安装在伺服电机(1)的转轴上，所述环齿轮(4)的外环面设有与主动齿轮(2)相啮合的弧形齿条，侧面设有与叶片端部齿轮(5)相啮合的驱动齿条。
2.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，其特征在于，所述可调静子叶片(7)上还设有叶片端部调整螺母(6)。
3.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，其特征在于，所述伺服电机(1)上设有减速机构。
4.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，其特征在于，所述环齿轮(4)包括至少2个环形段，其环形段通过法兰-螺栓连接成整体。
5.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，其特征在于，所述叶片端部齿轮(5)上设有角位移传感器。
6.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，其特征在于，所述弧形齿条、驱动齿条、主动齿轮(2)、叶片端部齿轮(5)均采用精度齿轮，以保证高精度传动。
7.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动可调静子叶片机械装置，其特征在于，所述环齿轮(4)仅对应于一排需要调节的静子叶片；多排静子叶片需要调节需要多个环齿轮(4)驱动；通过环齿轮(4)可以进行多级可调静子叶片(7)的角度独立调节，能更好的实现发动机性能的最优化。
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