CN111946403B - 一种用于航空转子连接的联轴器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于航空转子连接的联轴器,包括风扇轴、涡轮转子轴、套齿螺母、凹球面垫圈、凸球面垫圈、花键衬套、弹簧、限动衬套、销子,花键衬套在涡轮转子轴前端的轴孔内,花键衬套前端面圆周上有外花键,花键衬套外圆周面上有弹簧挡边,限动衬套在花键衬套后端面,弹簧挡边与限动衬套之间形成弹簧安装槽,弹簧安装在其中,花键衬套后端的外圆周面上有长条形通孔,限动衬套上有销子孔,销子穿过销子孔及长条形通孔,将限动衬套、花键衬套固定在涡轮转子轴上,套齿螺母前端内壁面上有内花键,花键衬套与套齿螺母通过内外花键连接,套齿螺母与涡轮转子轴螺纹连接,套齿螺母后端在环形连接槽内,凹球面垫圈与凸球面垫圈配合在环形连接槽内。
Description
技术领域
本发明属于叶轮机械技术领域,具体涉及,一种用于航空转子连接的联轴器。
背景技术
航空燃气涡轮风扇发动机中,高、低压涡轮转子的功能是将高温、高压燃气的能量转换为机械功,机械功通过涡轮转子的转轴传递给风扇或压气机,带动风扇或压气机旋转并对气体做功,这样就在发动机内部形成了能量循环的通道。这里高、低压涡轮转子为驱动部件、风扇或压气机为被驱动部件,中间通过各种形式的联轴器来连接传递扭矩。联轴器的种类很多,从连接刚度分,可分为刚性联轴器和绕性联轴器;从连接形式分,可分为齿式联轴器、刚性凸缘联轴器、花键联轴器等。
对于双转子航空发动机,低压转子一般含3个以上的轴承支承,对于低压转子的连接,除了考虑传递扭矩外,还应考虑转子不对中,补偿轴向、角向和径向位移的影响,联轴器的设计对整个转子的动力学特性和稳定性有着重要的影响,因此,在对航空发动机的转子设计,需要对联轴器的类型、结构参数、不对中补偿能力等进行匹配设计。
发明内容
发明目的:针对某型航空燃气涡轮风扇发动机中低压涡轮转子与风扇的连接要求,发明一种联轴器。
技术方案:一种用于航空转子连接的联轴器,包括风扇轴和涡轮转子轴,还包括套齿螺母、凹球面垫圈、凸球面垫圈、花键衬套、弹簧、限动衬套、销子,所述的花键衬套设置在涡轮转子轴前端的轴孔内,所述的花键衬套前端面圆周上设置有均匀分布的外花键,所述的花键衬套外圆周面上设置有一圈弹簧挡边,所述的限动衬套活动设置在花键衬套后端面,所述的弹簧挡边与限动衬套之间形成弹簧安装槽,所述的弹簧安装在弹簧安装槽上,所述的花键衬套后端的外圆周面上设置有长条形通孔,所述的限动衬套上设置有与所述长条形通孔位置相对应的销子孔,所述的销子穿过所述销子孔及长条形通孔,将限动衬套、花键衬套固定在涡轮转子轴上,所述的套齿螺母前端内壁面上设置有与所述外花键相适配的内花键,所述的花键衬套与套齿螺母通过内外花键连接,所述的套齿螺母内壁设置有内螺纹,所述的涡轮转子轴外表面设置有与所述内螺纹相适配的外螺纹,套齿螺母与涡轮转子轴螺纹连接,所述的套齿螺母后端设置在风扇轴的环形连接槽内,所述的凹球面垫圈的与凸球面垫圈配合设置在风扇轴的环形连接槽内,且凹球面垫圈与凸球面垫圈位于套齿螺母后端,实现风扇轴和涡轮转子轴的连接。
进一步的,所述的花键衬套后端的外圆周面上设置有四个长条形通孔,所述的四个长条形通孔均匀分布。
进一步的,所述的限动衬套上也设置有四个与长条形通孔位置相对应的销子孔。
进一步的,所述的花键衬套前端面的外花键与弹簧挡边之间形成一减重槽。
进一步的,所述的弹簧槽长度小于弹簧自由长度。
进一步的,所述的凹球面垫圈一侧为凹球面,另一侧为平面,所述的凸球面垫圈一侧为凸球面,另一侧也为平面,凹球面垫圈与凸球面垫圈配合时,凸球面设置在凹球面内,形成一个矩形垫圈结构。
进一步的,所述的套齿螺母后端、凹球面垫圈、凸球面垫圈与风扇轴的环形连接槽间隙配合,保证套齿螺母可以自由转动。
进一步的,所述的长条形通孔的长度大于花键衬套前端面到涡轮转子轴前端面的距离。
有益技术效果:提出一种用于航空转子连接的联轴器,总体采用花键联轴器的原理,为减少结构重量和连接可靠,将联轴器的连接和传递扭矩功能分开设计。在风扇轴和涡轮转子轴采用套接装配,其上分别设计成套的花键,实现传递扭矩的功能。本发明的联轴器,依靠一个套齿螺母拉紧两个转轴,依靠成对排列的球面垫圈实现对转子不对中的连接补偿,可滑动的花键衬套依靠弹簧弹力将拧紧的套齿螺母进行止动,联轴器只须实现连接的功能,本发明将联轴器的传递扭矩的功能剥离,联轴器只需实现连接功能,工作载荷小,结构简单,可靠性高,便于推广。
附图说明
图1为联轴器结构图;
其中:1-风扇轴,2-涡轮转子轴,3-套齿螺母,4-凹球面垫圈,5-凸球面垫圈,6-花键衬套,7-弹簧,8-限动衬套,9-销子。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等,作进一步详细的说明,以帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示,本发明的一种用于航空转子连接的联轴器,包括风扇轴1、涡轮转子轴2、套齿螺母3、凹球面垫圈4、凸球面垫圈5、花键衬套6、弹簧7、限动衬套8、销子9,所述的花键衬套6设置在涡轮转子轴2前端的轴孔内,所述的花键衬套6 前端面圆周上设置有均匀分布的外花键,所述的花键衬套6外圆周面上设置有一圈弹簧挡边,所述的限动衬套8活动设置在花键衬套6后端面,所述的弹簧挡边与限动衬套8之间形成弹簧安装槽,所述的弹簧7安装在弹簧安装槽上,所述的花键衬套6后端的外圆周面上设置有长条形通孔,所述的限动衬套8上设置有与所述长条形通孔位置相对应的销子孔,所述的销子9穿过所述销子孔及长条形通孔,将限动衬套8、花键衬套6固定在涡轮转子2轴上,所述的套齿螺母3前端内壁面上设置有与所述外花键相适配的内花键,所述的花键衬套6与套齿螺母3通过内外花键连接,所述的套齿螺母3内壁设置有内螺纹,所述的涡轮转子轴2外表面设置有与所述内螺纹相适配的外螺纹,套齿螺母3与涡轮转子轴2螺纹连接,所述的套齿螺母3后端设置在风扇轴1的环形连接槽内,所述的凹球面垫圈4的与凸球面垫圈5配合设置在风扇轴1的环形连接槽内,且凹球面垫圈4与凸球面垫圈5位于套齿螺母3后端,实现风扇轴1和涡轮转子轴2的连接。
花键衬套6后端的外圆周面上设置有四个长条形通孔,长宽尺寸为15mm×4mm,四个长条形通孔均匀分布,花键衬套6装配时,销子9插入长条形通孔,使得花键衬套6随涡轮转子轴2一起转动,长条形的设计使得在发动机分解装配过程中,花键衬套6能够在轴向自由滑动。
限动衬套8上也设置有四个与长条形通孔位置相对应的销子孔,孔直径为4mm,保证装配时销子9能够穿过该孔,限动衬套8能够装配于花键衬套6和涡轮转子轴2之间,形成弹簧槽的后挡边。
花键衬套6前端面的外花键与弹簧挡边之间形成一减重槽,在保证花键衬套6的强度的前提下,减重槽的结构和形状可以有很多种,可以有效的减轻结构的重量。
弹簧槽长度小于弹簧7自由长度,弹簧7放在弹簧槽内,可以确保弹簧7始终处于压缩状态,始终给花键衬套6及套齿螺母3提供一个连接力,能够防止发动机工作时花键衬套6的外花键与套齿螺母3的内花键脱开。
本发明的凹球面垫圈4和凸球面垫圈5的结构是相适配的,凹球面垫圈4一侧为凹球面,另一侧为平面,凸球面垫圈5一侧为凸球面,另一侧也为平面,凹球面垫圈4与凸球面垫圈5配合时,凸球面设置在凹球面内,形成一个矩形垫圈结构,当联轴器两端的转子不同心时,矩形垫圈结构可以沿球面转动,对转子偏心进行补偿,确保连接处无异常的弯矩,保证连接可靠。
套齿螺母3后端、凹球面垫圈4、凸球面垫圈5与风扇轴1的环形连接槽间隙配合,保证套齿螺母3可以自由转动,凹球面垫圈4、凸球面垫圈5可以在小范围内进行相对转动。
长条形通孔的长度大于花键衬套6前端面到涡轮转子轴2前端面的距离,使得发动机转子在分解、装配过程中,花键衬套6能够整体压入涡轮转子轴2,使得花键衬套6上的外花键与套齿螺母3上的内花键完全脱开。
联轴器的工作过程为:
花键衬套6、弹簧7、限动衬套8利用销子9转配在涡轮转子轴2一端,弹簧7装配于花键衬套6和限动衬套8之间,弹簧7在自由状态属于压缩状态,保证花键衬套6属于顶出状态,套齿螺母3、凹球面垫圈4、凸球面垫圈5转配于风扇轴1内的连接环槽上,装配好后应保证套齿螺母3可以灵活转动。
发动机装配时,涡轮转子轴2一端插入风扇轴1内,先利用工具将花键衬套6压入涡轮转子轴2内,用内花键转动套齿螺母3,利用套齿螺母3和涡轮转子轴2上螺纹的旋进运动,使得涡轮转子轴2与风扇轴1拉紧,当涡轮转子轴2与风扇轴1拉紧时,松开花键衬套 6,在弹簧力作用下,花键衬套6伸出涡轮转子轴2,花键衬套6上的外花键插入套齿螺母3 上的内花键,花键配合使得套齿螺母3不松动,保证涡轮转子轴2与风扇轴1的可靠连接。
发动机工作时,始终处于压缩状态的弹簧7为花键衬套6提供了稳定的弹力,保证花键衬套6上的外花键与套齿螺母3上的内花键不脱开,当被连接的两个轴拉紧时,松开花键衬套6,在弹簧力的作用下,花键衬套6的外花键推入套齿螺母3上的内花键,锁住套齿螺母3,防止套齿螺母3工作时松动而使转子脱开,这样就实现了联轴器的连接功能,同时,拧套齿螺母3时,将花键衬套6压入涡轮转子轴2,这时拧动套齿螺母3,涡轮转子轴2与风扇轴1距离拉近,成套使用的凹、凸球面垫圈能够对联轴器两端的转子不同心进行角度补偿,消除由转子不同心带来的异常弯矩,保证了转子连接可靠。
发动机分解时,先利用工具将花键衬套6压入涡轮转子轴2内,使得花键衬套6上的外花键与套齿螺母3上的内花键完全脱开,反向旋转套齿螺母3,涡轮转子轴2与风扇轴1 脱开,完成发动机分解。
本发明提出一种用于航空转子连接的联轴器,总体采用花键联轴器的原理,为减少结构重量和连接可靠,将联轴器的连接和传递扭矩功能分开设计。在风扇轴1和涡轮转子轴2 采用套接装配,其上分别设计成套的花键,实现传递扭矩的功能。本发明的联轴器,依靠一个套齿螺母3拉紧两个转轴,依靠成对排列的球面垫圈实现对转子不对中的连接补偿,可滑动的花键衬套6依靠弹簧弹力将拧紧的套齿螺母3进行止动,联轴器只须实现连接的功能,本发明将联轴器的传递扭矩的功能剥离,联轴器只需实现连接功能,工作载荷小,结构简单,可靠性高,便于推广。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于航空转子连接的联轴器,包括风扇轴(1)和涡轮转子轴(2),其特征在于:包括套齿螺母(3)、凹球面垫圈(4)、凸球面垫圈(5)、花键衬套(6)、弹簧(7)、限动衬套(8)、销子(9),所述的花键衬套(6)设置在涡轮转子轴(2)前端的轴孔内,所述的花键衬套(6)前端面圆周上设置有均匀分布的外花键,所述的花键衬套(6)外圆周面上设置有一圈弹簧挡边,所述的限动衬套(8)活动设置在花键衬套(6)后端面,所述的弹簧挡边与限动衬套(8)之间形成弹簧安装槽,所述的弹簧(7)安装在弹簧安装槽上,所述的花键衬套(6)后端的外圆周面上设置有长条形通孔,所述的限动衬套(8)上设置有与所述长条形通孔位置相对应的销子孔,所述的销子(9)穿过所述销子孔及长条形通孔,将限动衬套(8)、花键衬套(6)固定在涡轮转子轴(2)上,所述的套齿螺母(3)前端内壁面上设置有与所述外花键相适配的内花键,所述的花键衬套(6)与套齿螺母(3)通过内外花键连接,所述的套齿螺母(3)内壁设置有内螺纹,所述的涡轮转子轴(2)外表面设置有与所述内螺纹相适配的外螺纹,套齿螺母(3)与涡轮转子轴(2)螺纹连接,所述的套齿螺母(3)后端设置在风扇轴(1)的环形连接槽内,所述的凹球面垫圈(4)与凸球面垫圈(5)配合设置在风扇轴(1)的环形连接槽内,且凹球面垫圈(4)与凸球面垫圈(5)位于套齿螺母(3)后端,实现风扇轴(1)和涡轮转子轴(2)的连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于航空转子连接的联轴器,其特征在于:所述的花键衬套(6)后端的外圆周面上设置有四个长条形通孔,所述的四个长条形通孔均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种用于航空转子连接的联轴器,其特征在于:所述的限动衬套(8)上也设置有四个与长条形通孔位置相对应的销子孔。
4.根据权利要求1所述的一种用于航空转子连接的联轴器,其特征在于:所述的花键衬套(6)前端面的外花键与弹簧挡边之间形成一减重槽。
5.根据权利要求1所述的一种用于航空转子连接的联轴器,其特征在于:所述的弹簧槽长度小于弹簧(7)自由长度。
6.根据权利要求1所述的一种用于航空转子连接的联轴器,其特征在于:所述的凹球面垫圈(4)一侧为凹球面,另一侧为平面,所述的凸球面垫圈(5)一侧为凸球面,另一侧也为平面,凹球面垫圈(4)与凸球面垫圈(5)配合时,凸球面设置在凹球面内,形成一个矩形垫圈结构。
7.根据权利要求1所述的一种用于航空转子连接的联轴器,其特征在于:所述的套齿螺母(3)后端、凹球面垫圈(4)、凸球面垫圈(5)与风扇轴(1)的环形连接槽间隙配合,保证套齿螺母(3)可以自由转动。
8.根据权利要求1所述的一种用于航空转子连接的联轴器,其特征在于:所述的长条形通孔的长度大于花键衬套(6)前端面到涡轮转子轴(2)前端面的距离。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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