CN209959727U - 锁紧防松装置及航空发动机转子锁紧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锁紧防松装置及航空发动机转子锁紧系统，其中锁紧防松装置包括螺母端盖(1)、锁紧螺母(2)和压紧环(3)，锁紧螺母与待连接件螺纹连接，且锁紧螺母与螺母端盖压紧接触，压紧环用于压紧锁紧螺母，且压紧环与锁紧螺母之间的压紧配合面为锥面。航空发动机转子锁紧系统包括锁紧防松装置。本实用新型实施例中螺母端盖与压紧环分别从不同侧面压紧锁紧螺母，锁紧效果较好，有效防止连接松动，而且无需计算锁紧螺母内螺纹的起始点角度，可以实现锁紧螺母的任意角度装配，提高了装配的方便性；锁紧螺母与压紧环之间的配合面为锥面，锁紧螺母与压紧环之间的摩擦力会产生向内压的作用力，从而达到更好的锁紧效果。

Description

锁紧防松装置及航空发动机转子锁紧系统

技术领域

本实用新型涉及航空发动机转子件锁紧技术领域，尤其涉及一种锁紧防松装置及航空发动机转子锁紧系统。

背景技术

锁紧防松装置是航空发动机机械系统领域常见的一种结构，主要用于传动件与转子轴之间的锁紧。例如装配于转子轴上的齿轮、轴承等，在这类传动件受到轴向力时，必须使用锁紧防松装置进行锁紧，以防止其在工作中与转子轴之间发生相对窜动，影响整个系统的安全性和可靠性。

随着航空发动机的发展，对锁紧防松装置的可靠性及装配性要求越来越高。常见的锁紧防松装置由锁紧螺母和防松结构组成，锁紧螺母通过螺纹配合装配于转子轴上，在向锁紧螺母施加拧紧力矩后，拧紧力矩产生的轴向力向被锁紧件提供轴向压紧力，防止其和转子轴之间发生相对窜动。而为保证锁紧螺母在装配后不会有松动，即压紧力始终作用于被锁紧件上，则必须有防松结构作用于锁紧螺母上。防松结构有多种形式，目前常见的有双耳止动垫圈、卡齿防松垫片等机械防松的形式。

对于双耳止动垫圈，其锁片在折弯后容易出现裂纹，使用寿命短，只能单次使用，这就需要多次加工或采购，成本较高，且锁片折弯处有可能会产生微裂纹，在工作过程中受到振动冲击等影响可能会使裂纹扩展，最终断裂，影响产品可靠性；而且，当锁紧螺母按规定力矩装配时，在规定的力矩范围内，有可能出现锁紧螺母的卡槽和齿轮轴的卡槽无法对齐的现象，这就需要调节锁紧螺母的拧紧力矩，从而影响锁紧性能。

对于卡齿防松垫片，虽然解决了折弯式双耳止动垫圈只能单次使用且折弯处在工作中可能产生裂纹影响系统可靠性的缺点，但这种结构锥齿轮轴外螺纹与锁紧螺母内螺纹起始点角度需要通过精确加工保证与测量较难，误差较大；通过理论拧紧力矩推算出的锁紧螺母最终螺纹起点与卡槽之间的角度在实际安装过程中也存在较大误差，这两种误差累积最终会导致内齿和外齿无法同时装入卡槽的情况发生。

综上所述，传统的锁紧螺母防松结构虽然在一定程度上能够起到锁紧和防松作用，但仍存在一些不足，比如折弯式双耳止动垫圈只能单次使用，且折弯处在工作中可能产生微裂纹影响系统的可靠性，而卡齿式防松结构存在因材料、加工、装配等的误差积累导致防松卡齿无法装配到位等问题。因此，需要设计一种便于装配的锁紧装置，降低对材料、加工等方面的要求。

需要说明的是，公开于本实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种锁紧防松装置及航空发动机转子锁紧系统，以提高装配的方便性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种锁紧防松装置，包括：

螺母端盖；

锁紧螺母，与待连接件螺纹连接，且与螺母端盖压紧接触；和

压紧环，用于压紧锁紧螺母，且与锁紧螺母之间的压紧配合面为锥面。

可选地，锁紧螺母与螺母端盖之间的压紧配合面为平面。

可选地，螺母端盖的靠近锁紧螺母的端面设有沿轴向延伸的第一凹槽，锁紧螺母设置在第一凹槽内。

可选地，螺母端盖的靠近压紧环的端面与压紧环的靠近螺母端盖的端面之间具有间隙。

可选地，螺母端盖的靠近锁紧螺母的端面设有沿轴向延伸的第一凹槽，锁紧螺母设置在第一凹槽内，第一凹槽沿轴向的深度小于锁紧螺母沿轴向的长度，以形成间隙。

可选地，锁紧防松装置还包括连接件，压紧环与螺母端盖通过连接件连接。

可选地，锁紧防松装置还包括螺套，螺母端盖设有第一连接孔，压紧环设有第二连接孔，螺套旋入第一连接孔内，连接件穿过第二连接孔并旋入螺套内。

可选地，螺母端盖的内周和待连接件的外周中的一个设有凸块，螺母端盖的内周和待连接件的外周中的另一个设有卡槽，凸块与卡槽相互配合，以防止螺母端盖与待连接件之间发生相对转动。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种航空发动机转子锁紧系统，包括上述的锁紧防松装置。

可选地，航空发动机转子锁紧系统还包括转子轴和轴承，转子轴与轴承的内圈连接，锁紧防松装置中的螺母端盖与轴承的内圈端盖顶紧。

基于上述技术方案，本实用新型实施例通过锁紧螺母与螺母端盖压紧，压紧环与锁紧螺母压紧，可以实现对待连接件的锁紧和防松效果，螺母端盖与压紧环分别从不同侧面压紧锁紧螺母，锁紧效果较好，有效防止连接松动，而且无需计算锁紧螺母内螺纹的起始点角度，可以实现锁紧螺母的任意角度装配，不需要调整锁紧螺母的周向位置，从而不需要调整锁紧螺母的拧紧力矩，大大提高了装配的方便性；另外，锁紧螺母与压紧环之间的配合面为锥面，锁紧螺母与压紧环之间的摩擦力会产生向内压的作用力，从而达到更好的锁紧效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本实用新型锁紧防松装置一个实施例的爆炸图。

图2为本实用新型锁紧防松装置一个实施例中部分结构的剖视图。

图3为本实用新型锁紧防松装置一个实施例中螺母端盖的结构示意图。

图4为本实用新型锁紧防松装置一个实施例中锁紧螺母的结构示意图。

图5为本实用新型锁紧防松装置一个实施例中压紧环内侧的结构示意图。

图6为本实用新型锁紧防松装置一个实施例中压紧环外侧的结构示意图。

图7为本实用新型锁紧防松装置一个实施例中部分结构的尺寸标示图。

图8为实用新型锁紧防松装置一个实施例中锁紧螺母与压紧环的受力示意图。

图中：

1、螺母端盖；2、锁紧螺母；3、压紧环；4、螺套；5、连接件；6、转子轴；7、轴承；

11、第一配合面；12、凸块；13、第一连接孔；

21、第一锥面；22、第二配合面；23、内螺纹；

31、第二锥面；32、压紧端面；33、第二连接孔；

61、外螺纹；62、卡槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。

如图1所示，在本实用新型提供的锁紧防松装置的一个示意性实施例中，该锁紧防松装置包括螺母端盖1、锁紧螺母2和压紧环3，螺母端盖1、锁紧螺母2和压紧环3均套设在待连接件的外周，锁紧螺母2与待连接件螺纹连接，且锁紧螺母2与螺母端盖1压紧接触，压紧环3用于压紧锁紧螺母2，且压紧环3与锁紧螺母2之间的压紧配合面为锥面。

在上述示意性实施例中，通过锁紧螺母2与螺母端盖1压紧，压紧环3与锁紧螺母2压紧，可以实现对待连接件的锁紧和防松效果，螺母端盖1与压紧环3分别从不同侧面压紧锁紧螺母2，锁紧效果较好，有效防止连接松动，而且无需计算锁紧螺母内螺纹的起始点角度，可以实现锁紧螺母的任意角度装配，不需要调整锁紧螺母的周向位置，从而不需要调整锁紧螺母的拧紧力矩，大大提高了装配的方便性；另外，锁紧螺母2与压紧环3之间的配合面为锥面，锁紧螺母2与压紧环3之间的摩擦力会产生向内压的作用力，从而达到更好的锁紧效果。

如图2所示，锁紧螺母2与螺母端盖1之间的压紧配合面为平面，在保证压紧效果的前提下，降低加工要求。

如图3所示，螺母端盖1的靠近锁紧螺母2的端面设有沿轴向延伸的第一凹槽，锁紧螺母2设置在第一凹槽内。通过设置第一凹槽，可以将锁紧螺母2设置在螺母端盖1的内部，通过螺母端盖1可以将锁紧螺母2向内侧压，提升压紧效果。

可选地，第一凹槽沿轴向的截面为矩形，螺母端盖1与锁紧螺母2之间的与轴向方向平行的配合面为平面，且与轴向方向垂直的配合面也为平面。

螺母端盖1呈环形，中间设有通孔，通过通孔穿设在待连接件的外周。螺母端盖1的靠近压紧环3的端面为平面，该平面可以与压紧环3直接接触。

螺母端盖1上所设置的第一凹槽的周向面为第一配合面11。如图4所示，锁紧螺母2的外周为第二配合面22，第一配合面11与第二配合面22相互接触并压紧配合，螺母端盖1与锁紧螺母2之间可以采用零或较小的间隙配合。

如图4所示，锁紧螺母2也呈环形，中间设有通孔，通过该通孔穿设在待连接件的外周。锁紧螺母2的内侧周向侧面设有内螺纹23，锁紧螺母2通过该内螺纹23与待连接件螺纹连接。

锁紧螺母2的靠近压紧环3的一侧设有第一锥面21，如图6所示，压紧环3的内侧设有第二锥面31，锁紧螺母2与压紧环3通过第一锥面21和第二锥面31压紧配合。

压紧环3包括压紧端面32，压紧环3通过该压紧端面32与螺母端盖1接触。

可选地，锁紧防松装置还包括连接件5，压紧环3与螺母端盖1通过连接件5连接。通过连接件5将压紧环3与螺母端盖1连接，而锁紧螺母2被压紧在螺母端盖1和压紧环3之间，从而实现更加稳固的锁紧效果。连接件5可以采用螺栓或者螺钉等。

可选地，螺母端盖1的靠近压紧环3的端面与压紧环3的靠近螺母端盖1的端面之间具有间隙Δ。通过设置该间隙，可以在通过连接件5连接压紧环3和螺母端盖1时使压紧环3发生轻微变形，从而提高压紧力，压紧效果更好。

具体地，第一凹槽沿轴向的深度小于锁紧螺母2沿轴向的长度，以形成上述的间隙，提高锁紧效果。

锁紧防松装置还可以包括螺套4，如图3所示，螺母端盖1设有第一连接孔13，如图5所示，压紧环3设有第二连接孔33，螺套4旋入第一连接孔13内，连接件5穿过第二连接孔33并旋入螺套4内。通过设置螺套4，可以提高连接件5的连接可靠性。

如图5所示，压紧环3上设有第二凹槽，第二连接孔33设置在第二凹槽处，这样设置可以使连接件5的端头容纳在第二凹槽内，使连接件5不高于压紧环3的外侧面，避免连接件5受到剐蹭，保证了连接的可靠性。

如图1和图3所示，螺母端盖1的内周和待连接件的外周中的一个设有凸块12，螺母端盖1的内周和待连接件的外周中的另一个设有卡槽62，凸块12与卡槽62相互配合，以防止螺母端盖1与待连接件之间发生相对转动。

下面结合附图1～8对本实用新型锁紧防松装置的一个实施例的具体结构进行详细说明：

如图1所示，在该实施例中，锁紧防松装置包括一个螺母端盖1，一个锁紧螺母2，一个压紧环3，三个用于螺钉防松的选自HB6201-1989的锁紧型无折断钢丝螺套4和三个连接件5(具体规格根据需要选取)，该锁紧装置装配后的部分结构剖视图如图2所示。

该锁紧防松装置的装配顺序如下：

首先将螺母端盖1装配至轴承7的内圈端面上，装配时螺母端盖1的凸块12和转子轴6的卡槽62对齐；之后通过锁紧螺母2的内螺纹23和转子轴6的外螺纹61将锁紧螺母2装配至转子轴6上，装配时按规定拧紧力矩拧紧即可；下一步将螺套4装配至螺母端盖1的第一连接孔13内；之后装配压紧环3，装配时压紧环3的3个第二连接孔33和螺母端盖1的3个第一连接孔13相对齐；最后装配连接件5，连接件5的拧紧力矩可以按HB 6586-1992的要求施加。

该锁紧防松装置的工作原理如下：

安装时，连接件5的拧紧力矩向压紧环3提供轴向压紧力，通过锁紧螺母2的第一锥面21和压紧环3的第二锥面31的配合，压紧环3的第二锥面31将连接件5的轴向力传递给锁紧螺母2，使锁紧螺母2的第二配合面22产生径向变形，螺母端盖1的第一配合面11和锁紧螺母2的第二配合面22之间将由对零配合(或小间隙配合)变成过盈配合，工作时通过过盈配合传递扭矩。压紧过程中，由于间隙Δ的存在，压紧环3也会发生轻微变形。当锁紧螺母2和转子轴6有相对转动趋势时，通过螺母端盖1的第一配合面11和锁紧螺母2的第二配合面22之间的配合，将扭矩传递给螺母端盖1，螺母端盖1又通过卡在转子轴6卡槽62上的凸块12将扭矩传递给转子轴6，从而防止锁紧螺母2和转子轴6发生相对转动，达到锁紧的目的。

其中，为使锁紧螺母2受力时更多的产生径向变形，配合锥面处的锥角α应尽量小，一般取0.5°～2.5°。

该锁紧防松装置的拆卸顺序如下：

拆卸时，首先将3个连接件5拆除，之后按顺序将压紧环3、螺套4、锁紧螺母2、螺母端盖1拆除即可。

下面通过计算对本实用新型锁紧防松装置的原理进行说明：

假设在最大负载条件下，锁紧螺母2受到的外力矩为T′，若想要达到锁紧效果，则锁紧螺母2和螺母端盖1之间的过盈可以传递的力矩应大于锁紧螺母2所受的外力矩T′，即：

T＞T′ (1)

根据机械设计手册第二册，若锁紧螺母2和螺母端盖1之间的过盈最小可传递的力矩为T，则过盈段之间的结合力P_f至少为(记为P_fmin)：

其中：d_f为结合直径，如图7所示；l_f为结合长度；μ为摩擦系数。

结合力P_fmin对应的过盈量δ_min为：

其中：E_a为螺母端盖1的弹性模量；E_i为锁紧螺母2的弹性模量；C_a为螺母端盖1的过盈量系数，见式4；c_i为螺母端盖1的过盈量系数，见式5。

式(4)和式(5)中：q_a为螺母端盖1的直径比，见式(6)；q_i为锁紧螺母2的直径比，见式(7)；v_a为螺母端盖1的泊松比；v_i：锁紧螺母2的泊松比。

式6和式7中：d_a为螺母端盖1的外径，如图7所示；d_i为锁紧螺母2的内径，如图7所示。

如图8所示，正压力P和受到的过盈段结合力Pf之间的关系为：

P＝P_f·tanα (8)

为使锥面配合更多的用于产生径向变形，增大过盈量，α应尽量小，一般取0.5°～2.5°。

压紧环3的轴向压紧力P和连接件5的拧紧力矩T₀之间的关系为：

其中，d为连接件5的公称直径；n为连接件5的个数，此方案中n＝3，也可根据需要调整；K为扭矩系数，一般近似取K＝0.2。

最终得出连接件5的拧紧力矩T₀应满足(假设有n个连接件5)：

最后根据拧紧力矩选择相应规格连接件5即可。

下面讨论螺母端盖1和锁紧螺母2之间的过盈量δ和锁紧螺母2的轴向变形量的关系。

锁紧螺母2在正压力P的作用下，发生的轴向变形ΔX为：

其中，L为锁紧螺母2的轴向长度，m；E为锁紧螺母2的弹性模量，Pa；A为锁紧螺母2的有效受力面积，m²。

径向方向的变形量为：

其中，v_i为锁紧螺母2的泊松比。

当锁紧螺母2初始时以零间隙装配至螺母端盖1时，ΔY就是变形后的过盈量，ΔY应满足：

ΔY＞δ_min (13)

下面举例说明本实施例的可行性。

以某型发动机接齿轮箱主动锥齿轮球轴承锁紧螺母为例，该锁紧螺母在最大工况下受801N的轴向力，假设此轴向力全部用于产生锁紧螺母2的外力矩，不考虑其他因素的情况下，设μ＝0.3，R＝50mm，则外力矩T′为：

T′＝μF′R＝0.3x801x0.05＝12.015N.m (14)

取α＝0.5°(为使锥面配合更多的用于产生过盈，α应尽量小)，d_f＝0.06m，l_f＝0.01m，连接件5的螺纹为MJ6(本方案中共3处连接件5，即n＝3)，制动力矩T应满足：

在HB 6586-1992中，MJ6螺纹规定的拧紧力矩最高为T₀＝8.3～10N.m(对应螺纹抗拉强度为1470Mpa)，因此完全可以满足要求。

下面讨论在此拧紧力矩下产生的过盈量。

取T₀＝10Nm，则正压力P：

取L＝0.01m，E＝193Gpa，A＝1.5×10^-4m²，锁紧螺母2在此正压力下产生的轴向变形ΔX为：

取v_i＝0.28，则竖直方向上的变化量ΔY为：

而若传递最大制动力矩12.015N.m，需要的过盈量δ_min为：

显然：

ΔY＞＞δ_min (20)

可见，当锁紧螺母2产生的径向变形量只需有δ_min的部分用于产生过盈量时，锁紧防松装置可以满足使用要求。

最后，讨论压紧环3压紧力的产生，压紧环3通过自身的弹性变形向锁紧螺母2提供压紧力，装配时，压紧环3的压紧端面32和螺母端盖1的端面先接触，压紧环3的压紧端面32和螺母端盖1的端面之间留有间隙△，△大于等于压紧力使锁紧螺母2产生的变形，即：

Δ≥ΔX (21)

综上可知，本实用新型提供的锁紧防松装置是可行的，可以实现较好的锁紧和防松效果。

通过对本实用新型锁紧防松装置的多个实施例的说明，可以看到本实用新型锁紧防松装置实施例具有良好的加工性、装配性和可靠性。与传统的防松锁紧装置相比，本实用新型实施例解决了双耳止动垫圈只能单次使用且折弯处在工作中易产生裂纹影响系统可靠性的缺点；也不需要调整锁紧螺母的周向位置，进而不需调整锁紧螺母的拧紧力矩，提高了整套装置的装配性及锁紧性；同时，降低了对机加精度的要求，提高了机加成品率，降低了机加成本。

基于上述的锁紧防松装置，本实用新型还提出一种航空发动机转子锁紧系统，该航空发动机转子锁紧系统包括上述的锁紧防松装置。

如图1所示，航空发动机转子锁紧系统还包括转子轴6和轴承7，转子轴6与轴承7的内圈连接，锁紧防松装置中的螺母端盖1与轴承7的内圈端盖顶紧。转子轴6上设有外螺纹61，锁紧螺母2与转子轴6通过螺纹连接。

上述各个实施例中锁紧防松装置所具有的积极技术效果同样适用于航空发动机转子锁紧系统，这里不再赘述。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种锁紧防松装置，其特征在于，包括：

螺母端盖(1)；

锁紧螺母(2)，与待连接件螺纹连接，且与所述螺母端盖(1)压紧接触；和

压紧环(3)，用于压紧所述锁紧螺母(2)，且与所述锁紧螺母(2)之间的压紧配合面为锥面。

2.根据权利要求1所述的锁紧防松装置，其特征在于，所述锁紧螺母(2)与所述螺母端盖(1)之间的压紧配合面为平面。

3.根据权利要求1所述的锁紧防松装置，其特征在于，所述螺母端盖(1)的靠近所述锁紧螺母(2)的端面设有沿轴向延伸的第一凹槽，所述锁紧螺母(2)设置在所述第一凹槽内。

4.根据权利要求1所述的锁紧防松装置，其特征在于，所述螺母端盖(1)的靠近所述压紧环(3)的端面与所述压紧环(3)的靠近所述螺母端盖(1)的端面之间具有间隙。

5.根据权利要求4所述的锁紧防松装置，其特征在于，所述螺母端盖(1)的靠近所述锁紧螺母(2)的端面设有沿轴向延伸的第一凹槽，所述锁紧螺母(2)设置在所述第一凹槽内，所述第一凹槽沿轴向的深度小于所述锁紧螺母(2)沿轴向的长度，以形成所述间隙。

6.根据权利要求1所述的锁紧防松装置，其特征在于，还包括连接件(5)，所述压紧环(3)与所述螺母端盖(1)通过所述连接件(5)连接。

7.根据权利要求6所述的锁紧防松装置，其特征在于，还包括螺套(4)，所述螺母端盖(1)设有第一连接孔(13)，所述压紧环(3)设有第二连接孔(33)，所述螺套(4)旋入所述第一连接孔(13)内，所述连接件(5)穿过所述第二连接孔(33)并旋入所述螺套(4)内。

8.根据权利要求1所述的锁紧防松装置，其特征在于，所述螺母端盖(1)的内周和所述待连接件的外周中的一个设有凸块(12)，所述螺母端盖(1)的内周和所述待连接件的外周中的另一个设有卡槽(62)，所述凸块(12)与所述卡槽(62)相互配合，以防止所述螺母端盖(1)与待连接件之间发生相对转动。

9.一种航空发动机转子锁紧系统，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的锁紧防松装置。

10.根据权利要求9所述的航空发动机转子锁紧系统，其特征在于，还包括转子轴(6)和轴承(7)，所述转子轴(6)与所述轴承(7)的内圈连接，所述锁紧防松装置中的螺母端盖(1)与所述轴承(7)的内圈端盖顶紧。

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