CN116398472A - 一种叶片调节装置及压气机 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种叶片调节装置及压气机。叶片调节装置应用于压气机，压气机包括机匣、位于机匣内侧的轮毂以及设在机匣和轮毂之间的叶片，叶片调节装置包括：作动机构、联动环、摇臂以及关节轴承，作动机构用于驱动联动环沿着联动环的周向转动，摇臂的第一端与叶片的轴颈连接，摇臂的第二端通过关节轴承与联动环转动连接，摇臂的第二端与所述关节轴承滑动连接。本申请提供的叶片调节装置可以简化调节叶片安装角的运动，提高叶片调节过程的传动效率及调节叶片安装角的设计精度。

Description

一种叶片调节装置及压气机

技术领域

本申请涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种叶片调节装置及压气机。

背景技术

为了发动机中压气机稳定工作，需要根据实际运行工况对压气机的流量进行调节，为此将压气机中静子叶片设置为可调节结构，通过叶片调节装置使静子叶片转动，通过改变静子叶片的安装角，以实现对压气机流量的调节。

但是，现有的叶片调节装置的调节过程包括一系列复杂的三维空间运动，导致在对静子叶片的安装角进行调节时，设计精度比较低，同时，叶片调节过程的传动效率低，也影响了叶片调节的稳定性和可靠性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种叶片调节装置及压气机，以简化调节叶片安装角的运动，提高叶片调节的传动效率及调节叶片安装角的设计精度。

为了实现上述目的，本申请提供一种叶片调节装置，应用于压气机，所述压气机包括机匣、轮毂以及设在所述机匣和所述轮毂之间的叶片，所述轮毂位于所述机匣内侧，所述叶片调节装置包括：作动机构、联动环、摇臂以及关节轴承，所述作动机构用于驱动所述联动环沿着所述联动环的周向转动，所述摇臂的第一端与所述叶片的轴颈连接，所述摇臂的第二端通过所述关节轴承与所述联动环转动连接，所述摇臂的第二端与所述关节轴承滑动连接。

与现有技术相比，本申请提供的叶片调节装置中，作动机构驱动联动环沿着联动环的周向转动，联动环与摇臂的第二端通过关节轴承转动连接，因此，在作动机构驱动联动环沿着联动环的周向转动时，联动环可以带动摇臂的第二端运动。因为摇臂的第一端与叶片的轴颈连接，因此当联动环带动摇臂的第二端运动时，摇臂的第一端可以带动叶片的轴颈转动，实现对叶片的安装角度的调节。

同时，本申请提供的叶片调节装置在调节叶片过程中，联动环仅沿自身的周向转动，联动环会带动摇臂的第二端运动，因为摇臂的第一端与叶片的轴颈连接，且摇臂的第二端通过关节轴承与联动环转动连接，因此摇臂的第一端位置固定不变，关节轴承会跟随联动环周向转动，而本申请中摇臂第二端与关节轴承滑动连接，在叶片调节装置调节叶片的过程中，摇臂第二端可以与关节轴承产生相对位移，以补偿摇臂的第一端到关节轴承中心点之间的距离变化。在叶片调节装置调节叶片的过程中，联动环和摇臂的运动可以简化为平面运动，简化了调节叶片安装角的运动，提高了叶片调节的设计精度；并且，因为联动环仅沿自身的周向转动，叶片轴颈的轴线与联动环之间的距离保持不变，因此，叶片调节过程的传动力臂大小不变，减小了力矩的损失，提高传动效率，保证叶片调节的稳定性和可靠性。

本申请还提供一种压气机，包括机匣、轮毂、叶片以及上述技术方案的叶片调节装置，所述轮毂位于所述机匣的内侧，所述叶片设在所述机匣和所述轮毂之间，所述叶片调节装置含有的摇臂与所述叶片的轴颈连接。

与现有技术相比，本申请提供的压气机的有益效果与上述技术方案所述叶片调节装置的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请示例性实施例的叶片调节装置结构示意图；

图2示出了本申请示例性实施例的叶片调节装置局部放大结构示意图；

图3示出了本申请示例性实施例的摇臂和联动环的装配结构示意图；

图4示出了本申请示例性实施例的联动环和叶片在调节后的结构示意图；

图5示出了本申请示例性实施例的在调节叶片前后关节轴承中心点的位置示意图；

图6示出了本申请示例性实施例的关节轴承的运动轨迹示意图；

图7示出了本申请示例性实施例的轴颈和转接结构的装配结构示意图。

附图标记：

100-机匣，110-第一滚道槽，200-轮毂，300-叶片，310-轴颈，320-转接结构，321-转动装配件，400-作动机构，410-驱动电机，420-直线运动机构，421-丝杆，422-第一支座，430-柔性联轴器，440-第二支座，500-联动环，510-联动环本体，521-安装孔，511-第二滚道槽，520-联动环盖板，600-摇臂，700-关节轴承，710-内圈，720-外圈，800-滚道轴承，900-支撑轴承，910-轴承盖板。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1示出了本申请示例性实施例的叶片调节装置结构示意图。图2示出了本申请示例性实施例的叶片调节装置局部放大结构示意图。如图1和图2，本申请实施例提供一种压气机，包括机匣100、轮毂200、叶片300以及叶片调节装置，该叶片调节装置可以调节叶片300的安装角度。

如图1所示，本申请实施例的轮毂200设在机匣100内侧，叶片300可以设在机匣100和轮毂200之间，叶片调节装置与叶片300的轴颈310连接，叶片调节装置可以控制叶片300的轴颈310转动，实现调节叶片300的安装角。该叶片调节装置的调节动作简单，传动效率高，且叶片调节的精度高。

如图1和图2所示，本申请实施例的叶片调节装置包括：作动机构400、联动环500、摇臂600以及关节轴承700。作动机构400用于驱动联动环500沿着联动环500的周向转动。应理解，作动机构400驱动联动环500运动，联动环500可以仅做沿其周向的转动，同时联动环500并不会沿其轴向运动。

在实际使用时，联动环500可以滑动套设在机匣100的外周壁，同时在机匣100外侧可以设置限位机构，以保证联动环500运动时仅能做周向转动，无法沿轴向运动。举例来说，限位机构可以包括设置在机匣100外周壁的环形导向槽，联动环500与环形导向槽的槽底滑动配合，环形导向槽的槽壁可以限制联动环500沿其轴向运动。

图3示出了本申请示例性实施例的摇臂和联动环的装配结构示意图。如图3所示，上述摇臂600的第一端可以与叶片300的轴颈310连接。此处摇臂600的第一端可以通过连接销等连接件与轴颈310的连接孔间隙配合实现转动连接。

当叶片300为多个时，多个叶片300可以沿着周向设在机匣100和轮毂200之间，此时，每个叶片300的轴颈310与一个摇臂600的第一端连接。上述摇臂600的第二端可以通过关节轴承700与联动环500转动连接。应理解，当多个叶片300沿着周向设在机匣100和轮毂200之间时，因为每个叶片300的轴颈310连接一个摇臂600的第一端，因此，多个叶片300的轴颈310连接多个摇臂600，此时，多个摇臂600的第二端均通过关节轴承700与联动环500转动连接，这样，在作动机构驱动联动环500周向转动时，联动环500可以带动多个叶片300的轴颈310同时转动，实现对多个叶片安装角度的同步调节。

上述摇臂600的第二端与关节轴承700滑动连接。此时，摇臂600的第二端可以相对于关节轴承700发生相对滑移，改变摇臂600第二端到关节轴承中心点Cj的距离。

在实际使用时，如图3所示，关节轴承700可以包括内圈710和外圈720，内圈710与外圈720配合，内圈710和外圈720同心，且内圈710可以在外圈720内旋转(做调心运动)，外圈720设在联动环500内，外圈720相对联动环500固定，摇臂600的第二端与内圈710的装配通孔间隙配合，摇臂600的第二端可以相对于内圈710进行滑移。

叶片调节装置调节叶片300的安装角度的过程如下：参考图1和图3，作动机构400驱动联动环500周向转动时，联动环500可以带动摇臂600的第二端沿着周向运动，摇臂600的第二端相对于内圈710滑移，同时摇臂600的第二端可以带动摇臂600的第一端绕着叶片300的轴颈310做摆动。

通过上述的叶片调节装置的结构和具体实施过程可知，通过作动机构400驱动联动环500沿着联动环500的周向转动，联动环500可以带动摇臂600，进而摇臂600可以带动叶片300的轴颈310转动，实现对叶片300的安装角度的调节。在上述对叶片300的安装角度调节过程中，联动环500仅沿自身的周向转动，可以将联动环500与摇臂600的运动简化为平面运动，使得整个调节装置运动传递得以简化，提高了叶片调节装置的设计精度；并且，因为联动环500不沿其轴线运动，轴颈310的轴线到联动环500的平面距离不变，调节过程的传动力臂大小不变，因此可以减小力矩的损失，提高传力效率，保证调节的稳定性和可靠性。

示例性的，图4示出了本申请示例性实施例的联动环和叶片在调节后的结构示意图。参考图4，假设叶片调节装置在调节叶片300的安装角前，叶片300处于初始状态时，此时摇臂的轴线Xl与联动环的轴线Xc在垂直于叶片轴颈的轴线Xv的平面上的投影之间的夹角记为α₀，那么在垂直于叶片轴颈的轴线Xv的平面上，轴颈的轴线Xv与关节轴承中心点Cj之间的投影距离为d/cosα₀，其中d为在垂直于轴颈的轴线Xv的平面上沿联动环轴线Xc方向，关节轴承中心点Cj与轴颈的轴线Xv之间的投影距离。

图5示出了本申请示例性实施例的在调节叶片前后关节轴承中心点的位置示意图。叶片调节装置在调节叶片300的安装角后，叶片300处于最终工作状态，如图5所示，此时摇臂的轴线Xl与联动环的轴线Xc在垂直于叶片轴颈的轴线Xv的平面上的投影之间的夹角为α，那么在垂直于叶片轴颈的轴线Xv的平面上，轴颈的轴线Xv与关节轴承中心点Cj之间的投影距离为d/cosα。

可见，叶片调节装置在调节叶片的安装角前后，叶片轴颈的轴线Xv到关节轴承中心点Cj的距离发生了改变。本实施例在叶片调节装置调节叶片安装角的过程中，当作动机构400驱动联动环500周向转动时，摇臂600可以随着联动环500运动，摇臂600的第二端可以相对于内圈710发生滑移，即摇臂第二端的端部与关节轴承的中心点Cj之间的距离发生改变，该改变量可以补偿叶片300的轴颈310的轴线Xv到关节轴承中心点Cj的距离。

图6示出了本申请示例性实施例的关节轴承的运动轨迹示意图。

需要注意的是，当作动机构400驱动联动环500周向转动时，摇臂600可以随着联动环500运动，关节轴承700绕着联动环轴线Xc做摆动，参考图6，关节轴承中心点Cj的运动轨迹为圆弧轨迹Cl，该圆弧轨迹Cl的旋转半径r为关节轴承中心点Cj与联动环轴线Xc在垂直于联动环轴线Xc的平面上连线的投影Sl长度。当叶片300处于初始状态时，关节轴承中心点Cj与联动环轴线Xc在垂直于联动环轴线Xc的平面上连线的投影Sl与轴颈的轴线Xv之间的夹角记为β₀；如图6所示，当叶片300处于最终工作状态时，在垂直于联动环轴线Xc的平面上，关节轴承中心点Cj与联动环轴线Xc在垂直于联动环轴线Xc的平面上连线的投影Sl与轴颈的轴线Xv之间的夹角记为β。因为联动环500与关节轴承700连接，它们的相对位置固定，因此，在叶片调节装置调节叶片300的前后，关节轴承中心点Cj与联动环轴线Xc在垂直于联动环轴线Xc的平面上连线的投影Sl与轴颈的轴线Xv之间的夹角变化量Δβ也是联动环500沿周向转过的角度。

因为在叶片调节装置调节叶片300的前后，摇臂的轴线Xl与联动环的轴线Xc在垂直于叶片轴颈的轴线Xv的平面上的投影之间的夹角变化量为Δα＝α-α₀，而该夹角变化量Δα也是叶片轴颈在调节前后所转动的角度，因此在叶片调节装置调节叶片300的前后，叶片300的安装角变化量为Δα＝α-α₀。

叶片调节装置在调节叶片300的前后过程中，叶片300的安装角变化量Δα可以通过如下公式计算：

式中，r为关节轴承中心点Cj的运动轨迹半径；d为在垂直于轴颈的轴线Xv的平面上沿联动环轴线Xc方向，关节轴承中心点Cj与轴颈的轴线Xv之间的投影距离；Δβ为在叶片300调节前后，联动环500沿周向转过的角度；β₀为在叶片300的安装角为0°时，关节轴承中心点Cj与联动环轴线Xc在垂直于联动环轴线Xc的平面上连线的投影Sl与轴颈的轴线Xv之间的夹角；α₀为在叶片安装角为0°时，摇臂的轴线Xl与联动环的轴线Xc在垂直于叶片轴颈的轴线Xv的平面上的投影之间的夹角。

由此，通过上述的叶片调节装置的结构和具体实施过程可知，叶片调节装置在调节叶片300的安装角时，可以控制联动环500沿周向的转动角度量Δβ，精确控制调节后的叶片300的安装角，因此，本实施例提供的叶片调节装置能够提高了叶片安装角度的设计精度。

在一种可选方式中，参考图1，作动机构400包括驱动电机410和与驱动电机410柔性传动连接的直线运动机构420，直线运动机构420与联动环500连接。应理解，通过柔性传动连接既能够使驱动电机410驱动直线运动机构420做直线运动，又能够允许直线运动机构420沿着直线运动的方向伸缩、折转和在垂直于直线运动方向上产生一定位移量，因此直线运动机构420能够带动联动环500发生周向转动。基于此，驱动电机410可以驱动直线运动机构420做直线运动，进而直线运动机构420可以带动联动环500周向转动。

继续参考图1，上述直线运动机构420包括丝杆421以及螺纹连接在丝杆421上的第一支座422，第一支座422与联动环500连接，驱动电机410与丝杆421柔性传动连接。基于此，驱动电机410可以驱动丝杆421转动，第一支座422可以沿着丝杆421的轴线方向平移，此时，因为驱动电机410与丝杆421柔性传动连接，因此第一支座422可以带动联动环500沿周向转动。

继续参考图1，作动机构400还包括：柔性联轴器430、第二支座440以及设在第二支座440的转动连接件，所述驱动电机410通过柔性联轴器430与所述丝杆421连接，所述丝杆421通过转动连接件与第二支座440连接。基于此，柔性联轴器和转动连接件可以共同起到丝杆421带动联动环500转动的柔性补偿件，保证联动环500周向转动平稳，此外，第二支座440也可以起到支撑丝杆421和增加丝杆421强度的作用。在实际使用时，转动连接件可以为可沿径向和轴向运动的轴承件。

作为一种可选方式，如图3所示，机匣100的外侧具有第一滚道槽110，联动环500的底部具有第二滚道槽511，第一滚道槽110与第二滚道槽511形成滚道腔体，叶片调节装置还包括滚道轴承800，滚道轴承800位于滚道腔体内。应理解，滚道轴承800的内圈与第一滚道槽110的槽底配合安装，滚道轴承800的外圈与联动环500的第二滚道槽511的槽底配合安装。基于此，联动环500沿着周向在机匣100的外壁转动时，可以减小联动环500与机匣100之间摩擦；并且，通过滚道轴承800，联动环500在轴向上的自由度被约束，其在轴向上的位置是固定的。

作为一种可选方式，联动环500包括联动环本体510和联动环盖板520，联动环盖板520设有安装孔521，关节轴承700的外圈720设在联动环本体510内，摇臂600的第二端通过安装孔521与关节轴承700的内圈710滑动连接。基于此，联动环盖板520能够起到对内圈710的限位作用，确保内圈710在偏移外圈720产生位移时，不会从外圈720中脱离。

在一种可选方式中，图7示出了本申请示例性实施例的轴颈和转接结构的结构示意图。如图7所示，叶片调节装置还包括转接结构320和转动装配件321，摇臂600的第一端与转接结构320转动连接。应理解，摇臂600的第一端可以采用连接销与转接结构320实现转动连接。

示例性的，图7示出了本申请示例性实施例的轴颈和转接结构的结构示意图。上述转接结构320与轴颈310卡接。例如：转接结构320和轴颈310的相对端采用止口配合的方式进行卡接，如图7所示，转接结构320具有凸台部，轴颈310具有与凹槽部，通过凹槽部与凸台部配合装配，可以实现转接结构320与叶片300的轴颈310之间的连接。

上述转动装配件321将转接结构320和轴颈310固定在一起。此时，转动装配件321可以为螺栓、螺钉或其他装配件。示例性的，如图3所示，当转动装配件321为螺钉时，轴颈310可以具有螺纹盲孔，转接结构320可以具有安装通孔，通过螺钉穿设在螺纹盲孔和安装通孔中可以实现转接结构320和轴颈310的可靠固定连接。

如图3所示，叶片调节装置还包括支撑轴承900和轴承盖板910。该机匣100的外侧具有机匣沉孔，支撑轴承900设在机匣沉孔内。应理解，支撑轴承900的外圈与机匣沉孔的孔壁装配连接。

上述支撑轴承900的内环分别与轴颈310和转接结构320连接。应理解，至少有部分轴颈310和转接结构320的外径大小相同，该部分的轴颈310和转接结构320的外颈与支撑轴承900的内圈配合连接。在摇臂600第一端带动转接结构320转动时，因为转接结构320与轴颈310固定在一起，进而叶片300的轴颈310能够跟随摇臂600第一端转动；在转接结构320和叶片300的轴颈310同步转动的过程中，通过支撑轴承900可以减小转接结构320和叶片300轴颈310与机匣沉孔的孔壁之间的摩擦。

上述轴承盖板910将支撑轴承900的外环压在机匣沉孔内。应理解，支撑轴承900的一端与机匣沉孔的端面抵接，支撑轴承900的另一端与轴承盖板910抵接。

示例性的，如图3所示，转接结构320可以具有凸缘，凸缘端面可以抵接在支撑轴承900的端面，可以实现支撑轴承900的可靠连接；此外也可以保证在压气机中，避免气流从叶片300轴颈310与机匣100的连接处泄露。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种叶片调节装置，其特征在于，应用于压气机，所述压气机包括机匣、位于所述机匣内侧的轮毂以及设在所述机匣和所述轮毂之间的叶片，所述叶片调节装置包括：作动机构、联动环、摇臂以及关节轴承，所述作动机构用于驱动所述联动环沿着所述联动环的周向转动，所述摇臂的第一端与所述叶片的轴颈连接，所述摇臂的第二端通过所述关节轴承与所述联动环转动连接，所述摇臂的第二端与所述关节轴承滑动连接。

2.如权利要求1所述的叶片调节装置，其特征在于，所述作动机构包括驱动电机和与所述驱动电机柔性传动连接的直线运动机构，所述直线运动机构与所述联动环连接。

3.如权利要求2所述的叶片调节装置，其特征在于，所述直线运动机构包括丝杆以及螺纹连接在所述丝杆上的第一支座，所述第一支座与所述联动环连接，所述驱动电机与所述丝杆柔性传动连接。

4.如权利要求3所述的叶片调节装置，其特征在于，所述作动机构还包括：柔性联轴器、第二支座以及设在所述第二支座的转动连接件，所述驱动电机通过柔性联轴器与所述丝杆连接，所述丝杆通过转动连接件与第二支座连接。

5.如权利要求1所述的叶片调节装置，其特征在于，所述机匣的外侧具有第一滚道槽，所述联动环的底部具有第二滚道槽，所述第一滚道槽与所述第二滚道槽形成滚道腔体，所述叶片调节装置还包括滚道轴承，所述滚道轴承位于所述滚道腔体内。

6.如权利要求1所述的叶片调节装置，其特征在于，所述联动环包括联动环本体和联动环盖板，所述联动环盖板设有安装孔，所述关节轴承包括内圈和外圈，所述内圈与所述外圈配合，所述外圈设在所述联动环本体内，所述摇臂的第二端通过所述安装孔与所述内圈滑动连接。

7.如权利要求1-6任一项所述的叶片调节装置，其特征在于，所述叶片调节装置还包括转接结构和转动装配件，所述摇臂的第一端与所述转接结构转动连接，所述转接结构与所述轴颈卡接，所述转动装配件将所述转接结构和所述轴颈固定在一起。

8.如权利要求7所述的叶片调节装置，其特征在于，所述叶片调节装置还包括支撑轴承和轴承盖板，所述机匣的外侧具有机匣沉孔，所述支撑轴承设在所述机匣沉孔内，所述支撑轴承的内环分别与所述轴颈和所述转接结构连接，所述轴承盖板将所述支撑轴承的外环压在所述机匣沉孔内。

9.如权利要求7所述的叶片调节装置，其特征在于，所述叶片的安装角变化量与所述联动环周向转动的角度变化量之间的关系满足：

其中，r为关节轴承中心点的运动轨迹半径；d为在垂直于轴颈的轴线的平面上沿联动环轴线方向，关节轴承中心点与轴颈的轴线之间的投影距离；Δβ为在叶片调节前后，联动环沿周向转过的角度；β₀为在叶片的安装角为0°时，关节轴承中心点与联动环轴线在垂直于联动环轴线的平面上连线的投影与轴颈的轴线之间的夹角；Δα为在叶片调节前后，叶片的安装角变化量；α₀为在叶片安装角为0°时，摇臂的轴线与联动环的轴线在垂直于叶片轴颈的轴线的平面上的投影之间的夹角。

10.一种压气机，其特征在于，包括机匣、轮毂、叶片以及如权要1-9任一项所述叶片调节装置，所述轮毂位于所述机匣的内侧，所述叶片设在所述机匣和所述轮毂之间，所述叶片调节装置含有的摇臂与所述叶片的轴颈连接。

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