CN210118168U - 低压涡轮轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种低压涡轮轴，其结构可以降低加工、制造难度。为实现所述目的的低压涡轮轴，用于航空发动机涡轮转子，包括与风扇轴连接的花键，其还包括至少两段轴零件，其中的一个轴零件具有所述花键；所述至少两段轴零件首尾分别焊接，所述花键距离所述一个轴零件的用于焊接的端面的最小距离为20mm。

Description

低压涡轮轴

技术领域

本实用新型涉及低压涡轮轴。

背景技术

低压涡轮轴是航空发动机涡轮转子中的关键轴类零件，低压涡轮轴与风扇轴之间采用花键连接，低压涡轮转子的扭矩通过低压涡轮轴上的花键齿传递给风扇转子，带动风扇和增压级旋转。低压涡轮轴一般选用钢类材料和高温合金材料等，如C250、GH4169等。

低压涡轮轴为典型的空心长轴类零件，结构复杂，其头部有与轴承座等配合的轴颈、内外螺纹，杆部有花键、键槽等。内部非工作表面的形状也较为复杂，包括具有斜度和用于转接的台阶孔，孔内还有安装轴间轴承的配合表面。

该类零件尺寸较大，尤其是大型民用航空发动机的低压涡轮轴，其长度一般会达到2.6m～3m，零件壁厚差要求不大于0.1mm。一种低压涡轮轴是采用整体机加，由于零件较长，加工过程中容易弯曲变形，再加上深孔加工、花键加工、形位公差精度高，表面质量的要求严格，加工的难度很大。

目前，该零件的主要加工工序为：毛坯钻孔、扩孔、固溶+时效或淬火+回火、粗加工各型面、稳定处理、精加工各型面(包括花键加工)。这样安排的原因有：1)由于低压涡轮轴长度较长，为了减少其在长度方向上的变形，在进行热处理时，需将该零件竖直置于井式炉中，而不是平躺方式，由于竖直放置的真空热处理炉价格昂贵且资源很少，因此，最后一道工序的热处理需在空气井式炉中进行，并且在热处理之后再进行精加工。2)低压涡轮轴的小端有花键，且均为关键特性，对于花键的齿形、齿向、周节累计公差要求严格，所以为了保证精度，花键加工应在稳定化热处理之后进行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低压涡轮轴，其结构可以降低加工、制造难度。

为实现所述目的的低压涡轮轴，用于航空发动机涡轮转子，包括与风扇轴连接的花键，其还包括至少两段轴零件，其中的一个轴零件具有所述花键；所述至少两段轴零件首尾分别焊接，所述花键距离所述一个轴零件的用于焊接的端面的最小距离为20mm。

所述的低压涡轮轴的一个实施方式中，所述低压涡轮轴的长度大于2.6m。

所述的低压涡轮轴的一个实施方式中，所述焊接是惯性摩擦焊连接或者电子束焊连接。

所述的低压涡轮轴的一个实施方式中，所述轴零件的材料为马氏体时效钢C250。

所述的低压涡轮轴的一个实施方式中，所述低压涡轮轴被分成两段轴零件。

所述的低压涡轮轴的一个实施方式中，所述轴零件的材料为GH4169。

所述的低压涡轮轴的一个实施方式中，所述低压涡轮轴被分成3段轴零件。

低压涡轮轴分为至少两段轴零件，其中的一个轴零件具有所述花键；所述至少两段轴零件首尾分别焊接。按照分段后的尺寸制备毛坯，不但可以减少加工难度，也可以降低毛坯的制备难度，保证毛坯的质量，并且所述花键距离所述一个轴零件的用于焊接的端面的最小距离为20mm，即便多段轴零件之间焊接并对焊接处进行局部热处理，也能保证焊接和热处理工序不影响花键的精度。因此前述的低压涡轮轴，即便在缺乏真空井式炉和特种花键加工设备的情况下，也能通过局部热处理和普通花键加工设备被制造，降低了加工、制造难度。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是根据一个或多个实施方式的低压涡轮轴的半剖视图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。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。

如图1所示，低压涡轮轴用于航空发动机涡轮转子，包括与风扇轴连接的花键4，包括至少两段轴零件。在图1中，低压涡轮轴分成两段轴零件1、2，其中的一个轴零件1具有花键4，花键4的位置在图中通过黑色方框显示。两段轴零件1、2首尾分别焊接，花键4距离轴零件1的用于焊接的端面，即图中轴零件1的右端的端面，距离d最小为20mm。

在低压涡轮轴选用马氏体时效钢C250时，推荐低压涡轮轴分成两段轴零件。当低压涡轮轴选用GH4169来成型时，推荐低压涡轮轴分成三段轴零件。

如图1所示，焊缝3将轴零件1、2连接，推荐的焊缝结构为惯性摩擦焊或者电子束焊焊缝。

由于前述结构设计，使得在至少两段轴零件中，可以做到仅具有花键4的那个轴零件为真空热处理零件。

以下通过两个加工工艺的实施例说明前述结构设计可以降低低压涡轮轴的制造、加工难度。

实施例1

步骤一：如图1所示，整个低压涡轮轴分为2段，即轴零件1和轴零件2，材料均为马氏体时效钢C250，加工后完整的花键4在其中一段轴上，即在轴零件1上，并且距离端部的最小距离d为20mm；

步骤二：制造轴零件1和轴零件2的毛坯；

步骤三：对2件毛坯进行钻孔加工；

步骤四：对2件毛坯进行去应力处理；

步骤五：粗加工内外各型面；

步骤六：对2件粗加工毛坯进行固溶+时效热处理；

步骤七：对花键进行加工；

步骤八：采用惯性摩擦焊将轴零件1和轴零件2进行焊接，形成一个整体，并去除焊缝飞边；

步骤九：采用感应加热方法对焊缝位置进行局部热处理，局部热处理制度为C250钢的时效热处理温度，保温1h-2h；

步骤十：对花键外的其它部分进行精加工，完成整个低压涡轮轴的加工。

实施例2

步骤一：整个低压涡轮轴分为3段，材料为GH4169，应保证加工后完整的花键在其中一段轴上，并且距离端部的最小距离为20mm，可保证焊接和热处理工序中花键的精度；

步骤二：制造3件毛坯，花键对应的毛坯可以采用普通花键设备进行加工，按照分段后的尺寸制备毛坯，不但可以减少加工难度，也可以降低毛坯的制备难度，保证毛坯的质量；

步骤三：对3件毛坯进行钻孔加工；

步骤四：对3件毛坯进行固溶+时效处理；

步骤五：粗加工内外各型面；

步骤六：对3件粗加工毛坯进行去应力处理；

步骤七：对花键进行加工；

步骤八：采用惯性摩擦焊将3段轴进行焊接，形成一个整体，并去除焊缝飞边；

步骤九：采用感应加热方法对焊缝位置进行局部热处理，局部热处理制度为720℃±10℃，保温8h；

步骤十：对花键外的其它部分进行精加工，完成整个低压涡轮轴的加工。

对于长度大于2.6m的低压涡轮轴，采用传统的整体机加方式，存在以下问题：

1)加工难度大，尺寸精度难以保证；

2)在部分地区尚无对整个零件进行花键加工的设备，且该设备价格昂贵，大大增加零件的制造成本；

3)如果将花键加工工序放在热处理前，为了保证花键精度，需要将花键加工前的热处理改为真空热处理，但在部分地区又缺乏真空井式炉。

因此，以上情况严重限制了低压涡轮轴的加工和制造水平，影响发动机的性能；同时使得零件的制造成本大大增加，不满足航空发动机低成本的要求。

但是在前述实施例中，由于带花键的轴零件距离端部的最小距离为20mm，即便后面的焊接和局部热处理，也不会导致花键以及花键更左边的零件有变形，可以保证其精度，在局部热处理之后，对其它部分进行精加工，无需对花键进行精加工，整个工艺也无需真空热处理，因此可以降低整个低压涡轮轴的加工难度。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (7)

1.低压涡轮轴，用于航空发动机涡轮转子，包括与风扇轴连接的花键，其特征在于，包括至少两段轴零件，其中的一个轴零件具有所述花键；所述至少两段轴零件首尾分别焊接，所述花键距离所述一个轴零件的用于焊接的端面的最小距离为20mm。

2.如权利要求1所述的低压涡轮轴，其特征在于，所述低压涡轮轴的长度大于2.6m。

3.如权利要求1所述的低压涡轮轴，其特征在于，所述焊接是惯性摩擦焊连接或者电子束焊连接。

4.如权利要求1所述的低压涡轮轴，其特征在于，所述轴零件的材料为马氏体时效钢C250。

5.如权利要求4所述的低压涡轮轴，其特征在于，所述低压涡轮轴被分成两段轴零件。

6.如权利要求1所述的低压涡轮轴，其特征在于，所述轴零件的材料为GH4169。

7.如权利要求6所述的低压涡轮轴，其特征在于，所述低压涡轮轴被分成3段轴零件。

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