悬臂式传动装置以及燃烧室燃气测量装置

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种悬臂式传动装置以及燃烧室燃气测量装置。

背景技术

发动机研制过程中，在关键技术攻关及部件验证阶段需要开展全环燃烧室试验支撑部件方案确定，通过全环燃烧室试验，验证燃烧室部件的总压损失、污染排放、出口温度分布等关键的重要性能指标，以上重要指标的测量对于评价该全环燃烧室试验件的性能、指导燃烧室部件优化设计以及节省试验资源等方面有着重要的作用。目前常用的一种测量方法为使用摆动式后测量段，即通过后测量段上的传动装置带动采样受感部绕中心轴回转遍历整个测量环面。由于全环燃烧室试验为高温高压试验，导致全环燃烧室试验中燃烧室试验件本体以及与试验段相连的后测量段均需承受高温高压燃气的冲刷，面临了较严峻的冷却问题。为提高后测量段中传动装置的使用寿命，常将传动装置装配于由水冷外机匣组成的空腔内，从而降低传动装置工作环境的温度，但是也产生了如下问题：

由于工作环境温度较高，长悬臂结构的传动装置在轴向上的热膨胀变形量较大，导致齿轮卡死、轴承损坏。

由于结构的空间限制，导致传动装置必须设计为长悬臂结构，其缺点为：重载下会易产生机械疲劳，在底部弯矩较大，降低了整改装置的使用寿命。

由于高温高压的试验环境，为保证试验的安全性，要求每次试验后均应拆卸该传动装置，检查水冷外机匣情况，拆装过程繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中容易卡死或轴承损坏的缺陷，提供一种悬臂式传动装置以及燃烧室燃气测量装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种悬臂式传动装置，用于燃烧室燃气测量装置，包括轴套、设于轴套中的齿轮轴，承载于所述轴套和齿轮轴之间的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承轴向分开布置，所述第一轴承被配置为：可容许所述齿轮轴与轴套间发生轴向相对位移，所述第二轴承被配置为：不限制所述齿轮轴与轴套间的轴向相对位移。

采用这样的结构，当齿轮轴在工作过程中受热膨胀时，由于第一轴承已经卡死，此时可以通过第二轴承的滑动来释放热膨胀的变形量，防止齿轮轴变形量无法释放导致的轴承内、外圈轴向错位严重，最终出现轴承损坏问题。

优选的，所述第一轴承相对所述轴套和齿轮轴轴向锁死，从而限制齿轮组和轴套间的相对位移，所述第二轴承的轴承外圈相对所述轴套轴向可滑动和/或所述第二轴承的轴承内圈相对所述齿轮轴轴向可滑动。

优选的，所述第一轴承靠近所述齿轮轴用于驱动的第一端，所述第二轴承靠近所述齿轮轴被驱动的第二端。由于用于驱动的第一端对运行的稳定性要求较高，采用这样的结构可更好的保证运行稳定性。

优选的，所述轴套和齿轮轴间构成内腔，所述内腔在靠近第二端处是封闭的，采用这样的结构可防止测量装置中的热气自内腔中漏出。

优选的，所述轴套上固定有法兰盘，所述齿轮轴上套设有密封套，所述法兰盘与密封套沿周向相抵接以在所述第二端处封闭所述内腔。由此实现对内腔的封闭。

优选的，所述法兰盘和密封套在轴向方向上的投影部分重叠，由此在投影重叠部分形成对置的轴向抵顶端面，该轴向抵顶端面中填充有密封垫片，以进一步提高密封性能。

优选的，所述轴套上固定有法兰盘，所述法兰盘沿所述轴套的径向延伸设置，所述法兰盘用于所述悬臂式传动装置和燃烧室燃气测量装置的连接装配。

优选的，所述轴套具有径向向外延伸的凸缘，所述凸缘与所述法兰盘的轴向面贴合并通过连接件实现连接，多个所述连接件沿所述凸缘的周向间隔布置。通过沿周向设置多个连接件可提高轴套和法兰盘的连接强度和连接稳定性。

优选的，所述第一轴承为能够用于承受径向和轴向双向载荷的双向推力角接触球轴承，所述第一轴承的轴承外圈被所述轴套上的第一限位结构轴向限位，所述第一轴承的轴承内圈被所述齿轮轴上的第二限位结构轴向限位。

优选的，所述第一限位结构包括设于轴套内壁上的第一限位台阶、设于轴套中的轴承挡圈和旋设于轴套上的轴承端盖，当所述轴承端盖旋紧时，所述轴承挡圈可在所述轴承端盖推动下向第一限位台阶方向轴向移动，进而与所述第一限位台阶配合实现对所述轴承外圈的抵顶限位。

优选的，所述第二限位结构包括周设于所述齿轮轴上的第二限位台阶以及旋设于所述齿轮轴上的螺母，所述螺母在旋紧时可向第二限位台阶移动进而与所述第二限位台阶配合实现对所述轴承内圈的抵顶限位。

优选的，所述螺母和第一轴承之间具有用于实现所述螺母与所述齿轮轴间旋转止动的止动垫片。

优选的，所述止动垫片具有卡入所述齿轮轴轴向凹槽中的第一止动突起和卡入所述螺母轴向凹槽中的第二止动突起。由此实现螺母和齿轮轴的旋转止动。

优选的，所述第二轴承为深沟球轴承，所述第二轴承的轴承内圈与所述齿轮轴锁紧配合，轴承外圈与所述轴套间隙配合。

优选的，所述轴套和齿轮轴间具有用于限制所述第二轴承轴向行程的第三限位结构。

优选的，所述第三限位结构包括设于所述齿轮轴上的第三限位台阶和设于所述轴套和齿轮轴间的弹性挡圈，所述第二轴承置于由所述第三限位台阶和弹性挡圈构成的轴承腔中，所述第二轴承的厚度小于所述轴承腔的轴向长度。由此实现对第二轴承的行程限位。

优选的，所述齿轮轴的第一端伸出轴套外并与锥齿轮相连。

优选的，所述齿轮轴的第一端与锥齿轮花键连接。

优选的，所述齿轮轴与所述锥齿轮间具有轴向间隙，所述轴向间隙中填充有厚度可变的调节垫片。

一种燃烧室燃气测量装置，包括测量耙、容纳测量耙的内机匣、上述的悬臂式传动装置和容纳所述悬臂式传动装置的外机匣，所述测量耙相对所述内机匣可转动，所述测量耙与所述悬臂式传动装置传动连接，所述内机匣中还设有对所述悬臂式传动装置进行支撑的支撑装置，所述支撑装置的支撑位置位于所述悬臂式传动装置靠近测量耙的一端。

优选的，所述支撑位置位于所述悬臂式传动装置的两侧。

优选的，所述支撑装置包括连接外机匣壁的安装座和置于安装座上的支板，所述支板具有与所述悬臂式传动装置相接合的弧状接合面。由此实现对悬臂式传动装置的可旋转支撑限位。

本发明的积极进步效果在于：

第二轴承轴向可滑动、释放形变量，避免出现卡死或轴承损坏；

悬臂式传动装置与内机匣间通过法兰盘连接，便于拆装；

通过设于轴套上的径向凸缘与法兰盘螺栓固定，连接强度高。

附图说明

图1为本发明一实施例的悬臂式传动装置剖视图；

图2为本发明一实施例的悬臂式传动装置前视图；

图3为本发明一实施例的燃烧室燃气测量装置装配视图；

图4为本发明一实施例中燃烧室燃气测量装置的支撑装置立体图；

附图标记说明：

内机匣10

外机匣20

测量耙30

悬臂式传动装置40

支撑装置50

安装座51

支板52

轴套100

法兰盘110

密封垫片111

凸缘120

连接件130

第一限位结构140

第一限位台阶141

轴承挡圈142

轴承端盖143

齿轮轴200

第一端210

花键211

锥齿轮212

调节垫片213

紧固螺钉214

第二端220

密封套230

第二限位结构240

第二限位台阶241

螺母242

止动垫片243

第一止动突起244

第三限位结构250

第三限位台阶251

弹性挡圈252

轴向凹槽260

第一轴承300

第二轴承400

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

如图1所示，一种悬臂式传动装置，用于燃烧室燃气测量装置，包括轴套100、设于轴套100中的齿轮轴200，承载于轴套100和齿轮轴200之间的第一轴承300和第二轴承400，该第一轴承300和第二轴承400轴向分开布置，该第一轴承300被配置为：能够限制齿轮轴200与轴套100间的轴向相对位移，该第二轴承400被配置为：可容许齿轮轴200与轴套100间发生轴向相对位移。

采用这样的结构，当齿轮轴200在工作过程中受热膨胀时，由于第一轴承300已经卡死，此时可以通过第二轴承400的滑动来释放热膨胀的变形量，防止齿轮轴200变形量无法释放导致的轴承内、外圈轴向错位严重，最终出现轴承损坏问题。

具体的，该第一轴承300的轴承内圈相对该轴套100轴向锁死定位，该第一轴承300的轴承外圈相对该齿轮轴200轴向锁死定位，由此实现对齿轮轴200与轴套100间相对位移的限位。第二轴承400的轴承外圈相对所述轴套100轴向可滑动和/或第二轴承400的轴承内圈相对所述齿轮轴200轴向可滑动。从而实现轴套100和齿轮轴200的相对位移。具体在本实施例中，该第二轴承400的轴承内圈于齿轮轴200间过盈配合，该第二轴承400的轴承外圈与轴套100件间隙配合。

该齿轮轴200包括用于驱动的第一端210和被驱动的第二端220，该第一轴承300设于齿轮轴200的第一端210，该第二轴承400设于齿轮轴200的第二端220。采用该结构的原因在于，该用于驱动的第一端210对运行的稳定性要求较高，齿轮轴200的轴向或径向位移可能会影响传动的效率和稳定性。将轴向锁死的第一轴承300置于齿轮轴200的第一端210能够更好的保证运行的稳定性。

该轴套100和齿轮轴200间构成内腔，该内腔在靠近第二端220处是封闭的，采用这样的结构，可避免测量装置中的热气自轴套100和齿轮轴200间的缝隙中漏出。

该内腔第二端220处的封闭通过如下方式实现：该轴套100上连接有法兰盘110，该齿轮轴200上套有密封套230，该法兰盘110和密封套230沿周向相抵接以在第二端220处封闭该内腔。该法兰盘110和密封套230在轴向方向上的投影部分重叠，由此在投影重叠部分形成对置的轴向抵顶端面，该轴向抵顶端面中填充有密封垫片111，以进一步提高密封性能，防止热气从内腔中泄出。

如图2所示，该法兰盘110沿轴套100的径向方向延伸，法兰盘110的外周缘处间隔布置有多个安装孔，能够通过穿过安装孔的螺栓实现悬臂式传动装置40和燃烧室燃气测量装置的连接装配。采用这样的结构，在每次试验后分解检查过程中均能简单、快速的拆卸该悬臂式传动装置，检查内部水冷机匣情况，提高装配效率。

结合图1和图2，轴套100与法兰盘110的连接结构如下：该轴套100具有径向向外延伸的环形凸缘120，该法兰盘110的轴向面上设有内凹的阶梯部。该凸缘120装入该阶梯部中并使法兰盘110表面和凸缘120表面齐平。该凸缘120与法兰盘110通过连接件130实现连接，多个连接件130沿凸缘120的周向间隔布置。

采用这样的结构，能够增强轴套100和法兰盘110的连接强度，从而使传动装置在重载下具有足够的疲劳强度及抗弯能力，提高其使用寿命。该连接件130可以是螺栓或者铆钉等。在本发明中，该连接件130为沿凸缘120周向均匀间隔布置的八处沉头螺钉。

该第一轴承300为能够用于承受径向和轴向双向载荷的双向推力角接触球轴承，该第一轴承300的轴承外圈被轴套100上的第一限位结构140轴向限位，该第一轴承300的轴承内圈被齿轮轴200上的第二限位结构240轴向限位。采用能够同时承受径向和双向轴向载荷的联合载荷的双向推力角接触轴承，能够很好适用于燃烧室燃气测量装置中测量耙30正、反转交替导致的复杂的双向轴向载荷与径向载荷共同作用的情况。

该第一限位结构140包括设于轴套100内壁上的第一限位台阶141、设于轴套100中的轴承挡圈142和旋设于轴套100上的轴承端盖143，当轴承端盖143旋紧时，轴承挡圈142可在轴承端盖143推动下向第一限位台阶141方向轴向移动，进而与第一限位台阶141配合实现对轴承外圈的轴向抵顶限位。该轴承端盖143及轴承挡圈142的设计，一方面可以起到固定双向推力角接触球轴承外圈的作用，另一方面可以减少外来杂质进入轴承座内腔中对轴承造成损伤。

该第二限位结构240包括周设于齿轮轴200上的第二限位台阶241以及旋设于齿轮轴200上的螺母242，该螺母242在旋紧时可向第二限位台阶241移动进而与第二限位台阶241配合实现对轴承内圈的抵顶限位。

通过第一限位结构140、第二限位结构240的联合作用，实现对第一轴承300的轴向抵顶限位。

结合图1和图2，为避免螺母242松动，优选在螺母242和第一轴承300之间设置用于实现螺母242与齿轮轴200间旋转止动的止动垫片243，该止动垫片243具有卡入齿轮轴200轴向凹槽中的第一止动突起244和卡入螺母242轴向凹槽中的第二止动突起(图中未显示)。由此实现螺母242和齿轮轴200的旋转止动，避免螺母242在运转时松动脱落。

该第二轴承400为深沟球轴承，该轴套100和齿轮轴200间具有用于限制第二轴承400轴向行程的第三限位结构250。该第三限位结构250包括设于齿轮轴200上的第三限位台阶251和设于轴套100和齿轮轴200间的弹性挡圈252，第二轴承400置于由第三限位台阶251和弹性挡圈252构成的轴承腔中，第二轴承400的厚度小于轴承腔的轴向长度。由此实现对第二轴承400的行程限位。

如图2所示，该齿轮轴200的第一端210伸出轴套100外，其伸出轴套100外的第一端210上设有花键211，锥齿轮212与该齿轮轴200通过花键211和紧固螺钉连接。本发明所采用的是矩形花键211，采用花键211连接的作用在于：花键211连接具有较高的承载能力，在重载情况下可以提高配合处两个相关零件的使用寿命，且定心精度高，有利于后续调试。

优选的，在该齿轮轴200和锥齿轮212之间具有轴向间隙，该轴向间隙中填充有厚度可变的调节垫片213，当锥齿轮212和用于传动的齿轮间的间隙不满足要求时，可往该轴向间隙中填充调节垫片213以使锥齿轮212和用于传动的齿轮间实现更好的配合。达到设计要求的齿轮间隙值。

如图3和图4所示，本发明还公开了一种燃烧室燃气测量装置，包括测量耙30、容纳测量耙30的内机匣10、上述的悬臂式传动装置40和容纳上述悬臂式传动装置40的外机匣20，测量耙30相对内机匣10可转动，测量耙30与悬臂式传动装置40传动连接。内机匣10中还设有对悬臂式传动装置40进行支撑的支撑装置50，支撑装置50的支撑位置位于悬臂式传动装置40靠近测量耙30的一端。通过对悬臂式传动装置40进行支撑，可以有效增强长悬臂结构传动装置刚度不足问题，提高了传动装置在重载下的使用寿命。

具体的，支撑装置50设于该悬臂式传动装置40的两侧，包括连接外机匣20壁的安装座51和置于安装座51上的支板52，该支板52具有与该悬臂式传动装置40相接合的弧状接合面。由此实现对悬臂式传动装置40的可旋转支撑限位。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。