CN202851613U - 圆弧倒圆结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种圆弧倒圆结构，其包括第一轴段、轴径小于第一轴段的第二轴段，及顺次连接第一轴段和第二轴段的多段弧线，相邻两段弧线之间均平滑过渡连接，弧线和第二轴段相切过渡连接。本实用新型的圆弧倒圆结构的第一轴段和第二轴段之间通过平滑过渡的多段弧线连接，可明显降低第一轴段和第二轴段转接处的应力集中系数，改善应力集中现象，提高轴的疲劳强度及寿命，且加工简单，易于实现，不受结构布局的限制。
Description
技术领域
本实用新型涉及涡轮发动机动力涡轮轴领域，特别地，涉及一种圆弧倒圆结构。
背景技术
航空燃气涡轮发动机的转子轴在运行过程中需承受较大的弯曲载荷和扭转载荷，使得其在不同直径的轴段转接处极易出现应力集中现象。尤其是中小型航空涡轴/涡桨发动机，其转子轴受结构布局的限制，通常设计为细长台阶轴，此细长台阶轴的轴段转接处是极易出现应力集中的部位。
现在通常在转子轴轴段的台阶处，采用单个倒圆弧过渡连接两个不同直径的轴段来改善此处的应力集中。但在实际的工程设计中，单个倒圆弧受轴向长度和径向高度的实际尺寸限制，倒圆半径不可能增大很多，因此对改善应力集中的能力有限。而对于使用工况较复杂的转子轴而言，应力集中将严重影响其疲劳强度、降低使用寿命，进而影响整个发动机的使用性能和使用寿命。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种圆弧倒圆结构，以解决转子轴的台阶轴段转接处易出现应力集中影响疲劳强度、降低使用寿命的技术问题。
为实现上述目的，根据本实用新型提供了一种圆弧倒圆结构，包括第一轴段、轴径小于第一轴段的第二轴段，圆弧倒圆结构还包括顺次连接第一轴段和第二轴段的多段弧线，相邻两段弧线之间均平滑过渡连接，弧线和第二轴段相切过渡连接。
进一步地，多段弧线为两段弧线，两段弧线为第一弧线和第二弧线。
进一步地，第一弧线和第二弧线相交连接于第二交点，第一弧线和第二弧线于第二交点处相切。
进一步地，第二弧线和第二轴段相交连接于第三交点，第二弧线和第二轴段于第三交点处相切。
本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的圆弧倒圆结构的第一轴段和第二轴段之间通过平滑过渡的多段弧线连接，可明显降低第一轴段和第二轴段转接处的应力集中系数，改善应力集中现象，提高轴的疲劳强度及寿命，且加工简单，易于实现，不受结构布局的限制。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例的圆弧倒圆结构示意图；
图2是本实用新型优选实施例的图1的a处局部放大示意图；
图3是本实用新型优选实施例的圆弧倒圆结构中涉及的相关参数曲线示意图；
图4是本实用新型优选实施例的圆弧倒圆结构中涉及的相关参数曲线示意图；以及
图5是本实用新型优选实施例的圆弧倒圆结构中涉及的相关参数曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1，本实用新型提供了一种圆弧倒圆结构，其包括第一轴段1、轴径小于第一轴段1的第二轴段2、顺次连接第一轴段1和第二轴段2的多段弧线，相邻两段弧线之间均平滑过渡，弧线和第二轴段2相切过渡连接。
本实用新型的优选实施例中，多段弧线为两段弧线，即第一弧线3和第二弧线4，第一弧线3和第二弧线4顺次连接第一轴段1和第二轴段2，既降低了轴肩转接处的应力，又方便加工。
结合参见图2，第一轴段1和第一弧线3相交连接于第一交点31，第一弧线3和第二弧线4相交连接于第二交点32，第二弧线4和第二轴段2相交连接于第三交点41。优选地，第一弧线3和第二弧线4于第二交点32处相切。优选地，第二弧线4和第二轴段2于第三交点41处相切过渡。
其中，第一弧线3的半径为r1，第二弧线4的半径为r2，第一交点31和第三交点41的轴向和径向距离分别为Lx和Ly，r1和r2的取值需受Lx和Ly的约束限制。经第二交点32和第三交点41的垂直于轴线形成的截面分别为截面I和截面II，截面I和截面II的应力集中系数分别为KtI和KtII。根据模拟仿真和有限元分析可知，本实用新型的圆弧倒圆结构在截面I和截面II两处为较大的应力集中区，第一弧线3的半径r1和第二弧线4的半径r2的大小分别影响截面I和截面II的应力的大小。
优选地，在满足Lx和Ly约束范围的情况下，优化得到最大的r1和r2使得KtI和KtII相等，此时截面I和截面II处的剪切应力最小。实际工程的具体设计时，对于给定的轴段，已知第一轴段1和第二轴段2的直径分别为D和d，先假定采用单个倒圆结构的应力集中系数为Kt。再根据轴段选定的安全系数和极限应力等参数，并假设KtI=KtII的前提下，来推导出KtI和KtII的值。通过经验和分析的变化规律得出变化的相关曲线，参见图3和图4，可以得出r2/r1的比值。最后，定义Ly=(D-d)/2，参见图5的曲线，得出r2的取值，再根据上述r2/r1的比值得出r1的值。按上述方法进行多次的有限元分析验证的评估，从而得出最优的r1和r2。
本实用新型的圆弧倒圆结构的第一轴段1和第二轴段2之间通过平滑过渡的多段弧线连接，可明显降低第一轴段1和第二轴段2转接处的应力集中系数，改善应力集中现象，提高轴的疲劳强度及寿命，且加工简单，易于实现，不受结构布局的限制。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种圆弧倒圆结构，包括：第一轴段（1）、轴径小于所述第一轴段（1）的第二轴段（2），其特征在于，所述圆弧倒圆结构还包括顺次连接所述第一轴段（1）和所述第二轴段（2）的多段弧线，相邻两段所述弧线之间均平滑过渡连接，所述弧线和所述第二轴段（2）相切过渡连接。
2.根据权利要求1所述的圆弧倒圆结构，其特征在于，所述多段弧线为两段弧线，所述两段弧线为第一弧线（3）和第二弧线（4）。
3.根据权利要求2所述的圆弧倒圆结构，其特征在于，所述第一弧线（3）和所述第二弧线（4）相交连接于第二交点（32），所述第一弧线（3）和所述第二弧线（4）于所述第二交点（32）处相切。
4.根据权利要求3所述的圆弧倒圆结构，其特征在于，所述第二弧线（4）和所述第二轴段（2）相交连接于第三交点（41），所述第二弧线（4）和所述第二轴段（2）于所述第三交点（41）处相切。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201220498566 CN202851613U (zh) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 圆弧倒圆结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 201220498566 CN202851613U (zh) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 圆弧倒圆结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN202851613U true CN202851613U (zh) | 2013-04-03 |
Family
ID=47982819
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN202851613U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105805147A (zh) * | 2015-01-21 | 2016-07-27 | 住友重机械工业株式会社 | 齿轮轴 |
-
2012
- 2012-09-27 CN CN 201220498566 patent/CN202851613U/zh not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105805147A (zh) * | 2015-01-21 | 2016-07-27 | 住友重机械工业株式会社 | 齿轮轴 |
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