CN117346935B - 基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统 - Google Patents
基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及压气机试验技术领域,公开了基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,采用中间轴将压气机试验器驱动端的扭矩和转速传递至压气机转子,并带动压气机转子运转;其中,中间轴的外轴套两端分别通过第一双膜盘轮毂与压气机转子同轴连接,通过第二双膜盘轮毂与测扭器的测扭轴同轴连接,实现扭矩和转速传递的同时,能够吸收一定量的压气机转子与推力平衡轴之间的不同轴度和热变形,抑制因不同轴产生的振动问题;此外,中间轴内的推力拉杆将推力平衡轴产生的向后的轴向力传递至压气机转子,能够抵消一部分压气机转子因气动负荷产生的向前的轴向力,从而降低压气机转子轴承承受向前的轴向力,提高其压气机转子轴承使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及压气机试验技术领域,公开了基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统。
背景技术
航空发动机的压气机试验器具有转速高的特点,通常超过10000r/min,对设备各支点的对中要求较高。为进一步降低各支点同轴度对设备高速运转带来的振动影响,通常情况下,将传动轴设计为弹性轴;但该弹性轴长度有限,只能传递扭矩和转速;并且弹性轴只在常温环境下工作,不需要考虑温度变化产生的热变形。
在轴向力平衡方面,目前大多数压气机试验主要依靠其轴承来承担转子产生的轴向力,但轴承可承受的轴向力有限,仅适用于常规的压气机的试验要求;而针对高负荷、大功率压气机来讲,其运行过程中轴向力负载过大,其轴承难以完全承受,一些试验条件下即使对其进行进口节流控制也无法满足要求,需要借助于其他装置或系统进行平衡。
在加温加压压气机试验器中,由于排气温度较高,传动轴无法在试验器排气系统中设置支撑点,只能穿过试验器排气系统直接与被试压气机连接,这就导致弹性轴长度较长;同时为了平衡一部分压气机转子产生的向前气动力来降低轴承所承受的轴向力,在加温加压压气机试验器的驱动端还设计了推力平衡轴,能产生可调节的向后轴向力,该向后的轴向力需要通过传动轴传递给压气机转子。然而在试验过程中,排气系统周围的环境温度较高,传动轴将产生一定的热变形。
发明内容
本发明的目的在于提供基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,实现扭矩和转速传递的同时,能够吸收一定量的压气机转子与推力平衡轴之间的不同轴度和热变形,抑制因不同轴产生的振动问题,还能抵消一部分压气机转子因气动负荷产生的向前的轴向力,从而降低压气机转子轴承承受向前的轴向力,提高其压气机转子轴承使用寿命。
为了实现上述技术效果,本发明采用的技术方案是:
一种基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,包括压气机转子、推力平衡轴、中间轴和测扭器,所述中间轴通过第一双膜盘轮毂与压气机转子同轴连接,所述中间轴通过第二双膜盘轮毂与测扭器的测扭轴的一端同轴固定连接,所述测扭轴的另一端与推力平衡轴同轴连接,所述推力平衡轴设置于压气机驱动装置的驱动端;所述中间轴包括推力拉杆以及套设于推力拉杆外侧的外轴套,所述外轴套与推力拉杆同轴设置;所述第一双膜盘轮毂、所述第二双膜盘轮毂均包括带有轮毂的前膜盘以及带有法兰安装边的后膜盘,所述外轴套的两端分别通过法兰安装边与第一双膜盘轮毂以及第二双膜盘轮毂的后膜盘同轴刚性连接;所述推力拉杆上靠近两端头的位置分别设置有限位凸肩,每个所述前膜盘的轮毂上均设置有位于轮毂轴心的安装槽,所述推力拉杆的两端分别穿过对应的安装槽,且通过锁紧螺母将所述前膜盘的轮毂固定于所述推力拉杆的两端;所述安装槽的直径大于所述推力拉杆对应端头的直径。
进一步地,所述安装槽与推力拉杆对应端头之间的间隙大于压气机转子轴与测扭轴的最大同轴度的0.5倍。
进一步地,所述前膜盘轮毂延伸至所述后膜盘的法兰安装边的内侧,且所述后膜盘的法兰安装边内壁与所述前膜盘轮毂外壁之间为间隙配合,后膜盘法兰安装边内壁与所述前膜盘轮毂外壁之间的间隙值大于压气机转子轴与测扭轴的最大同轴度的0.5倍,且小于2Lsin(β/2),其中L为前膜盘轮毂根部到所述前膜盘轮毂外壁与后膜盘的法兰安装边之间的间隙配合最远点的距离,β为前膜盘和后膜盘组成的双膜盘结构沿轴向最大允许变形偏转角。
进一步地,还包括第一套齿盘和第二套齿盘,所述第一套齿盘一端与压气机转子同轴固定连接,所述第一套齿盘另一端通过第一锥面法兰与所述第一双膜盘轮毂的前膜盘同轴固定连接;所述第二套齿盘一端与测扭轴固定连接,所述第二套齿盘另一端通过第二锥面法兰与所述第二双膜盘轮毂的前膜盘同轴固定连接;所述第一锥面法兰与压气机转子轴向夹角为30-60°,所述第二锥面法兰与压气机转子轴向夹角为30-60°。
进一步地,所述第一套齿盘与压气机转子轴外壁之间通过套齿啮合,且所述第一套齿盘与压气机转子轴端面通过螺钉固定。
进一步地,所述推力拉杆中部位置设置有凸出部,所述外轴套的内壁固定有浮动支撑架,所述浮动支撑架与所述凸出部之间间隙配合。
进一步地,所述浮动支撑架的截面为U型结构,所述浮动支撑架的U形结构开口沿压气机转子轴向设置,所述浮动支撑架的外环面与外轴套内壁通过铆钉固定,所述浮动支撑架的内环面与所述凸出部间隙配合,且所述浮动支撑架与所述凸出部之间间隙内设置有弹性垫圈。
与现有技术相比,本发明所具备的有益效果是:本发明通过位于压气机试验器驱动端的推力平衡轴与压气机转子之间的中间轴将压气机试验器驱动端的扭矩和转速传递至压气机转子,并带动压气机转子运转;其中,中间轴的外轴套两端分别通过第一双膜盘轮毂与压气机转子同轴连接,通过第二双膜盘轮毂与测扭器的测扭轴同轴连接,实现扭矩和转速传递的同时,能够吸收一定量的压气机转子与推力平衡轴之间的不同轴度和热变形,抑制因不同轴产生的振动问题;此外,中间轴内的推力拉杆将推力平衡轴产生的向后的轴向力传递至压气机转子,能够抵消一部分压气机转子因气动负荷产生的向前的轴向力,从而降低压气机转子轴承承受向前的轴向力,提高其压气机转子轴承使用寿命。
附图说明
图1为实施例中基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统结构示意图;
图2为实施例中中间轴的结构示意图;
图3为实施例中第一双膜盘轮毂或第二双膜盘轮毂结构示意图;
图4为图3中局部A的放大示意图;
图5为实施例中浮动支撑架与中间轴的外轴套安装结构示意图;
其中,1、压气机转子;2、推力平衡轴;3、中间轴;4、测扭器;5、第一双膜盘轮毂;6、第二双膜盘轮毂;7、推力拉杆;8、外轴套;9、前膜盘;10、后膜盘;11、限位凸肩;12、安装槽;13、锁紧螺母;14、第一套齿盘;15、第二套齿盘;16、第一锥面法兰;17、第二锥面法兰;18、凸出部;19、浮动支撑架;20、弹性垫圈;21、限位螺母;22、测扭轴;23、凸台面。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
参见图1-图5,一种基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,包括压气机转子1、推力平衡轴2、中间轴3和测扭器4,所述中间轴3通过第一双膜盘轮毂5与压气机转子1同轴连接,所述中间轴3通过第二双膜盘轮毂6与测扭器4的测扭轴22的一端同轴固定连接,所述测扭轴22的另一端与推力平衡轴2同轴连接,所述推力平衡轴2设置于压气机驱动装置的驱动端;所述中间轴3包括推力拉杆7以及套设于推力拉杆7外侧的外轴套8,所述外轴套8与推力拉杆7同轴设置;所述第一双膜盘轮毂5、所述第二双膜盘轮毂6均包括带有轮毂的前膜盘9以及带有法兰安装边的后膜盘10,所述外轴套8的两端分别通过法兰安装边与第一双膜盘轮毂5以及第二双膜盘轮毂6的后膜盘10同轴刚性连接;所述推力拉杆7上靠近两端头的位置分别设置有限位凸肩11,每个所述前膜盘9的轮毂上均设置有位于轮毂轴心的安装槽12,所述推力拉杆7的两端分别穿过对应的安装槽12,且通过锁紧螺母13将所述前膜盘9的轮毂固定于所述推力拉杆7的两端;所述安装槽12的直径大于所述推力拉杆7对应端头的直径。
在本实施例中,通过位于压气机试验器驱动端的推力平衡轴2与压气机转子1之间的中间轴3将压气机试验器驱动端的扭矩和转速传递至压气机转子1,并带动压气机转子1运转;其中,中间轴3的外轴套8两端分别通过第一双膜盘轮毂5与压气机转子1同轴连接,通过第二双膜盘轮毂6与测扭器4的测扭轴22同轴连接,实现扭矩和转速传递的同时,能够吸收一定量的压气机转子1与推力平衡轴2之间的不同轴度和热变形,抑制因不同轴产生的振动问题;此外,中间轴3内的推力拉杆7将推力平衡轴2产生的向后的轴向力传递至压气机转子1,能够抵消一部分压气机转子1因气动负荷产生的向前的轴向力,从而降低压气机转子1轴承承受向前的轴向力,提高其压气机转子1轴承使用寿命。
本实施例中,所述安装槽12与推力拉杆7对应端头之间的间隙大于压气机转子1轴与测扭轴22的最大同轴度的0.5倍,用于吸收不同轴度产生的端面和径向变形。
本实施例中,前膜盘9轮毂外壁设置有凸台面23,所述凸台面23设置在后膜盘10法兰安装边对应的内侧位置,凸台面23的表面粗糙度小于R1.6,所述后膜盘10的法兰安装边内壁与凸台面23之间为间隙配合,用于限位后膜盘10法兰安装边的内壁面,能够进一步实现对双膜盘结构的变形进行限位保护,而且通过间隙来进一步吸收不同轴度和热变形,尽可能保持推力拉杆7水平传力,保证压气机转子1在高速旋转中测扭器的测量数据的准确性。本实施例中限位间隙值大于压气机转子1轴与测扭轴22的最大同轴度的0.5倍,且小于2Lsin(β/2),其中L为前膜盘9轮毂根部到所述前膜盘9轮毂外壁与后膜盘10的法兰安装边之间的间隙配合最远点的距离,β为前膜盘9和后膜盘10组成的双膜盘结构沿轴向最大允许变形偏转角。
本实施例中,还包括第一套齿盘14和第二套齿盘15,所述第一套齿盘14一端与压气机转子1同轴固定连接,所述第一套齿盘14另一端通过第一锥面法兰16与所述第一双膜盘轮毂5的前膜盘9同轴固定连接;所述第二套齿盘15一端通过限位螺母21与测扭轴22同轴固定连接,所述第二套齿盘15另一端通过第二锥面法兰17与所述第二双膜盘轮毂6的前膜盘9同轴固定连接;所述第一锥面法兰16与压气机转子1的轴向夹角为30-60°,所述第二锥面法兰17与压气机转子1的轴向夹角为30-60°,可以使得测扭结构紧凑,占用空间小,而且可以将轴向力进行分解,能够改善测扭系统的转子动力学特性。
本实施例中的所述第一套齿盘14与压气机转子1轴外壁之间通过套齿啮合,且所述第一套齿盘14与压气机转子1轴端面通过螺钉固定,实现将第一套齿盘14和前膜盘9连接紧固,用于传递来自压气机试验器驱动端的扭矩和转速。第二套齿盘15与第一套齿盘14结构和作用类似。
本实施例所述外轴套8的内壁固定有浮动支撑架19,浮动支撑架19的半径切面呈U型槽钢结构形式,U形结构开口沿压气机转子1轴向设置,采用铆钉穿过外轴套8及浮动支撑架19外环面的铆钉孔的形式,将中间轴3的外轴套8和浮动支撑架19紧固连接在一起;所述推力拉杆7中部位置设置有凸出部18,所述浮动支撑架19与所述凸出部18之间间隙配合,且所述浮动支撑架19与所述凸出部18之间间隙内设置有弹性垫圈20。能够提高中间轴3的刚度的同时,也能进一步降低中间轴3挠度,进一步确保中间轴3能够吸收一定量的压气机转子1与推力平衡轴2之间的不同轴度和热变形。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,其特征在于,包括压气机转子(1)、推力平衡轴(2)、中间轴(3)和测扭器(4),所述中间轴(3)通过第一双膜盘轮毂(5)与压气机转子(1)同轴连接,所述中间轴(3)通过第二双膜盘轮毂(6)与测扭器(4)的测扭轴(22)的一端同轴固定连接,所述测扭轴(22)的另一端与推力平衡轴(2)同轴连接,所述推力平衡轴(2)设置于压气机驱动装置的驱动端;所述中间轴(3)包括推力拉杆(7)以及套设于推力拉杆(7)外侧的外轴套(8),所述外轴套(8)与推力拉杆(7)同轴设置;所述第一双膜盘轮毂(5)、所述第二双膜盘轮毂(6)均包括带有轮毂的前膜盘(9)以及带有法兰安装边的后膜盘(10),所述外轴套(8)的两端分别通过法兰安装边与第一双膜盘轮毂(5)以及第二双膜盘轮毂(6)的后膜盘(10)同轴刚性连接;所述推力拉杆(7)上靠近两端头的位置分别设置有限位凸肩(11),每个所述前膜盘(9)的轮毂上均设置有位于轮毂轴心的安装槽(12),所述推力拉杆(7)的两端分别穿过对应的安装槽(12),且通过锁紧螺母(13)将所述前膜盘(9)的轮毂固定于所述推力拉杆(7)的两端;所述安装槽(12)的直径大于所述推力拉杆(7)对应端头的直径。
2.根据权利要求1所述的基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,其特征在于,所述安装槽(12)与推力拉杆(7)对应端头之间的间隙大于压气机转子(1)轴与测扭轴(22)的最大同轴度的0.5倍。
3.根据权利要求1所述的基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,其特征在于,所述前膜盘(9)轮毂延伸至所述后膜盘(10)的法兰安装边的内侧,且所述后膜盘(10)的法兰安装边内壁与所述前膜盘(9)轮毂外壁之间为间隙配合,后膜盘(10)法兰安装边内壁与所述前膜盘(9)轮毂外壁之间的间隙值大于压气机转子(1)轴与测扭轴(22)的最大同轴度的0.5倍,且小于2Lsin(β/2),其中L为前膜盘(9)轮毂根部到所述前膜盘(9)轮毂外壁与后膜盘(10)的法兰安装边之间的间隙配合最远点的距离,β为前膜盘(9)和后膜盘(10)组成的双膜盘结构沿轴向最大允许变形偏转角。
4.根据权利要求1所述的基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,其特征在于,还包括第一套齿盘(14)和第二套齿盘(15),所述第一套齿盘(14)一端与压气机转子(1)同轴固定连接,所述第一套齿盘(14)另一端通过第一锥面法兰(16)与所述第一双膜盘轮毂(5)的前膜盘(9)同轴固定连接;所述第二套齿盘(15)一端与测扭轴(22)固定连接,所述第二套齿盘(15)另一端通过第二锥面法兰(17)与所述第二双膜盘轮毂(6)的前膜盘(9)同轴固定连接;所述第一锥面法兰(16)与压气机转子(1)轴向夹角为30-60°,所述第二锥面法兰(17)与压气机转子(1)轴向夹角为30-60°。
5.根据权利要求4所述的基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,其特征在于,所述第一套齿盘(14)与压气机转子(1)轴外壁之间通过套齿啮合,且所述第一套齿盘(14)与压气机转子(1)轴端面通过螺钉固定。
6.根据权利要求1所述的基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,其特征在于,所述推力拉杆(7)中部位置设置有凸出部(18),所述外轴套(8)的内壁固定有浮动支撑架(19),所述浮动支撑架(19)与所述凸出部(18)之间间隙配合。
7.根据权利要求6所述的基于大载荷轴心传力高速弹性联轴器的压气机测扭系统,其特征在于,所述浮动支撑架(19)的截面为U型结构,所述浮动支撑架(19)的U形结构开口沿压气机转子(1)轴向设置,所述浮动支撑架(19)的外环面与外轴套(8)内壁通过铆钉固定,所述浮动支撑架(19)的内环面与所述凸出部(18)间隙配合,且所述浮动支撑架(19)与所述凸出部(18)之间间隙内设置有弹性垫圈(20)。
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