CN114909381A

CN114909381A - 一种螺栓防转装配结构及采用该装配结构的航空发动机

Info

Publication number: CN114909381A
Application number: CN202110177044.1A
Authority: CN
Inventors: 刘洋; 严冬青; 姚玉花
Original assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2021-02-07
Filing date: 2021-02-07
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2041-02-07
Also published as: CN114909381B

Abstract

本发明提出了一种螺栓防转装配结构，采用了具有凸圆柱面和凸球面的异形头部结构的防转螺栓，并在装配部件上开具与异形头部相匹配的凹槽结构，螺栓头部的圆柱面能够使防转螺栓不会产生沿螺栓孔周向的转动，对防转螺栓起到了限位作用，球面可确保防转螺栓和防转凹槽之间有充分的面接触，相较于传统的D头螺栓方案中的线接触，能够极大减小局部应力集中与塑性变形，并且对原安装边的凸台特征的取消，也减轻了装配部件的重量，从而达到了减重效果。

Description

一种螺栓防转装配结构及采用该装配结构的航空发动机

技术领域

本发明涉及航空发动机转子盘装配技术，尤其涉及一种转子盘螺栓装配结构。

背景技术

当前航空发动机的轴流式压气机结构中，有大量转子盘与机匣结构，这些结构通常通过螺栓螺母等方式互相固定。因轴流式发动机或燃气轮机在装配过程中普遍采用立式安装(即中心轴线在垂直方向)，且操作空间狭窄，为了防止拧紧过程中螺栓自转，通常需采用防转措施。常见的防转措施有设计专用防转工装，或在螺栓、转子盘或机匣结构上设计防转特征。专用防转工装工作量较大，成本较高，且难以通用化。

在螺栓、转子盘或机匣结构上设计防转特征通常为采用异形螺栓头，并在转子盘或机匣的法兰边上设计防转凸台特征，装配时通过二者限位达到防转效果。

以转子盘为例，如图1和图2所示，常见的转子盘螺栓装配拧紧方式中，转子盘通过螺栓与螺母连接，其中螺栓上设有凹槽，其上配有卡圈，用于立式装配时防止掉落。螺栓通常为D头螺栓，其上有D头特征，在相配的转子盘安装边设有凸台特征，通过二者的限位实现在装配螺母的过程中对螺栓的限位。

但对于转子盘而言，其拧紧力矩通常较大，这种限位方式存在造成严重的应力集中甚至产生局部塑性变形的风险。此外，在转子盘或机匣处的防转凸台特征也增大了零件重量，在螺栓孔中心圆远离鼓筒时这种影响尤为明显。

因此，需要对防转螺栓装配结构进行改进以改善上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种螺栓防转装配结构，使螺栓装配结构能够同时具备防转和减少应力集中的效果，并有效减轻装配部件的重量。

为了解决以上问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种螺栓防转装配结构，包括防转螺栓和防转凹槽，

所述防转螺栓的头部具有第一表面、第二表面和第三表面，其中，

所述第一表面包括凸圆柱面和与所述圆柱面的一侧圆弧边连接的凸球面，所述凸球面和所述凸圆柱面的直径相同，所述凸球面的中心位于所述凸球面与所述凸圆柱面相连接的圆弧边所在的平面，

所述第二表面为垂直于所述凸圆柱面的轴线的平面，并与所述凸圆柱面的另一侧圆弧边相连，

所述第三表面为平行于所述凸圆柱面的轴线的平面，并与所述第一表面和所述第二表面相连，

所述防转螺栓的杆部从所述头部的所述第一表面沿与所述第三表面垂直的方向向外延伸，

所述防转凹槽设置在装配部件上与所述防转螺栓相配合的螺栓孔位置处，所述防转凹槽具有与所述凸球面相匹配的凹球面和与所述凸圆柱面相匹配的凹圆柱面，所述防转凹槽被配置为当所述防转螺栓插入所述装配部件的螺栓孔时，所述头部相匹配地嵌入所述防转凹槽。

优选的，所述防转螺栓的所述杆部设有卡圈槽，用以安装卡圈。

优选的，所述防转螺栓的所述头部与所述杆部为一体成型。

优选的，所述防转螺栓的所述头部与所述杆部为连接固定。

优选的，所述防转凹槽的所述凹圆柱面的轴线沿所述装配部件的径向布置。

优选的，所述防转凹槽的所述凹球面沿所述装配部件的径向方向位于所述凹圆柱面的外侧。

优选的，所述头部的所述凸球面的中心位于所述杆部的轴线上，所述防转凹槽的所述凹球面的中心位于所述螺栓孔的轴线上。

优选的，设置有所述防转凹槽的所述装配部件是航空发动机的转子盘。

优选的，设置有所述防转凹槽的所述装配部件是航空发动机的机匣。

根据本发明的第二个方面，提供了一种航空发动机，包括转子盘和机匣，所述转子盘和/或所述机匣采用如前述的螺栓防转装配结构进行装配。

与现有技术相比，本发明采用的螺栓防转装配结构的螺栓采用具有球面+柱面的异形特征的头部结构，并在转子盘或机匣的安装边上设计凹槽，该凹槽与螺栓头部的异形特征正好相对应，可使螺栓头部正好部分嵌入其中，其柱面起到了螺栓防转作用，球面增大了接触面积，能够避免局部的应力集中与塑性变形，并且相对于传统的防转结构避免了不必要的突台特征，减轻了发动机部件的重量。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1是现有技术中的转子盘连接示意图；

图2是现有技术中的转子盘螺栓防转结构示意图；

图3是本发明一实施例的防转螺栓的示意图；

图4是与图3所示的防转螺栓匹配的防转凹槽的示意图；以及

图5是图3所示的防转螺栓的安装限位示意图。

附图标号说明：

1：防转螺栓

2：防转凹槽

3：头部

4：第一表面

5：凸圆柱面

6：凸球面

7：第二表面

8：第三表面

9：杆部

10：装配部件

11：螺栓孔

12：凹球面

13：凹圆柱面

14：卡圈槽

15：卡圈

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明提供了一种螺栓防转装配结构，可应用于航空发动机的转子盘和机匣，螺栓防转装配结构包括防转螺栓1和位于装配部件10螺栓孔11位置处的防转凹槽2，如图3和图4所示，防转螺栓1的头部3采用异形结构，防转凹槽2具有与防转螺栓1的头部3相匹配的异形凹槽结构，当防转螺栓1插入装配部件10的螺栓孔11时，头部3能够相匹配地嵌入防转凹槽2。

头部3具有第一表面4、第二表面7和第三表面8，其中，第一表面4包括凸圆柱面5和与圆柱面的一侧圆弧边连接的凸球面6，凸球面6和凸圆柱面5的直径相同，凸球面6的中心位于凸球面6与凸圆柱面5相连接的圆弧边所在的平面，第二表面7为垂直于凸圆柱面5的轴线的平面，并与凸圆柱面5的另一侧圆弧边相连，第三表面8为平行于凸圆柱面5的轴线的平面，并与第一表面4和第二表面7相连。防转凹槽2也相应地采用了凹球面12结合凹圆柱面13的形状，其中，凹球面12与防转螺栓1头部3的凸球面6相匹配，凹圆柱面13与防转螺栓1头部3的凸圆柱面5相匹配，凹球面12的直径与凹圆柱面13的直径相同，也与防转螺栓1头部3的凸球面6及凸圆柱面5的直径相同。

防转螺栓1的杆部9从头部3的第一表面4伸出并沿与第三表面8垂直的方向向外延伸，头部3与杆部9可以为一体成型，也可以为连接固定。在一较佳实施方式中，防转螺栓1头部3的凸球面6的中心位于杆部9的轴线上，相应地，防转凹槽2的凹球面12的中心与螺栓孔11的轴线处于装配部件10的同一径向高度上。进一步的，杆部9还可在与螺栓孔11接触的位置增设用以配合卡圈15的卡圈槽14，用于在立式装配时防止防转螺栓1从螺栓孔11中掉落。较佳的，防转凹槽2被设计为凹圆柱面13的轴线沿装配部件10的径向布置，同样较佳的是，凹球面12沿装配部件10的径向方向位于凹圆柱面13的外侧。当然，凹球面12沿装配部件10的径向方向位于凹圆柱面13的内侧也是可行的。

航空发动机的转子盘和/或机匣采用螺栓防转装配结构进行装配时，将防转螺栓1插入位于转子盘和/或机匣的安装边的螺栓孔11，螺栓的头部3嵌入螺栓孔11处的防转凹槽2，向螺栓杆部9的卡圈槽14装入卡圈，再向防转螺栓1装配螺母，得到如图5所示的装配结构。安装螺母的过程中，螺栓头部3的圆柱面能够使防转螺栓1不会产生沿螺栓孔11周向的转动，对防转螺栓1起到了限位作用。球面可确保防转螺栓1和防转凹槽2之间有充分的面接触，相较于传统的D头螺栓方案中的线接触，能够极大减小局部应力集中与塑性变形。卡圈具有良好的轴向限位，可保证接触面对螺栓的轴向反作用力不会使螺栓反向脱出。并且，对原安装边的凸台特征的取消，也减轻了装配部件10的重量，从而达到了减重效果。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换，例如不同规格的元器件的替换，也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims

1.一种螺栓防转装配结构，包括防转螺栓和防转凹槽，

2.如权利要求1所述的螺栓防转装配结构，其特征在于，所述防转螺栓的所述杆部设有卡圈槽，用以安装卡圈。

3.如权利要求1所述的螺栓防转装配结构，其特征在于，所述防转螺栓的所述头部与所述杆部为一体成型。

4.如权利要求1所述的螺栓防转装配结构，其特征在于，所述防转螺栓的所述头部与所述杆部为连接固定。

5.如权利要求1所述的螺栓防转装配结构，其特征在于，所述防转凹槽的所述凹圆柱面的轴线沿所述装配部件的径向布置。

6.如权利要求5所述的螺栓防转装配结构，其特征在于，所述防转凹槽的所述凹球面沿所述装配部件的径向方向位于所述凹圆柱面的外侧。

7.如权利要求1所述的螺栓防转装配结构，其特征在于，所述头部的所述凸球面的中心位于所述杆部的轴线上，所述防转凹槽的所述凹球面的中心位于所述螺栓孔的轴线上。

8.如权利要求1-7中任一项所述的螺栓防转装配结构，其特征在于，设置有所述防转凹槽的所述装配部件是航空发动机的转子盘。

9.如权利要求1-7中任一项所述的螺栓防转装配结构，其特征在于，设置有所述防转凹槽的所述装配部件是航空发动机的机匣。

10.一种航空发动机，包括转子盘和机匣，所述转子盘和/或所述机匣采用如权利要求1-7中任一项所述的螺栓防转装配结构进行装配。