一种自适应弹性变形轴类连接结构及发动机转子组件

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，具体是一种自适应弹性变形轴类连接结构及发动机转子组件。

背景技术

航空发动机在在起动、巡航、应急等不同工作状态下，存在轴承、主轴、中心轴等多层轴系结构不同热变形引起的连接不可靠问题，如轴承内环、涡轮轴、压气机轴等零件因工作温度不同，会产生相对位移、热膨胀差异等，无法保证在不同工作状态下轴承内环和涡轮盘后段轴等零件同时处于压紧状态，从而容易引起发动机振动故障或者轴承磨损故障。

目前，通常采用螺母、螺母锁片等结构来保证涡轮轴与其他轴类零件的端面贴合以及轴向压紧，如图1所示某发动机局部示意图，从图中我们可以看出其涡轮轴4’的后段抵住在轴承内环5’上，然后采用螺母61’+螺母锁片62’结构来保证轴承内环5’以及涡轮轴4’的后段的轴向压紧在低压气机轴3’上。或如图2所示，为另某发动机局部示意图，从图中我们可以看出其涡轮轴4”的后段抵住在轴承内环上，然后采用螺母61”+螺母锁片结62”的结构来保证轴承内环5”的轴向压紧，另单独采用螺母63”+止动垫圈64”结构来保证涡轮轴4”轴向压紧中心拉杆3”上。发动机如想采用图2所示的连接方式时，也必须在结构不受限的情况下，即有较多的安装空间的情况下，否则也无法如图2所示采用两套螺母压紧结构来保证所有零件的轴向压紧。

专利文献(中国专利公开号：CN109209641B)公开了一种发动机转子组件的连接结构，其轴向结构就太长，应用在航空发动机领域，会占据较大空间。

发明内容

本发明一方面在于提供一种自适应弹性变形轴类连接结构，用于保证轴类结构之间的紧促可靠连接，不会因为热变形产生间隙后，两轴连接位置连接强度降低，造成不可靠的情况发生。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种自适应弹性变形轴类连接结构，包括限位部，所述限位部包括依次连接的第一轴挡段、弹性连接段和第二轴挡段。限位部用于对待连接的轴类零件进行限位，第一轴挡段用于对该连接结构一侧的待连接的轴类零件进行压紧限位，第二轴挡段用于对该连接结构另一侧的待连接的轴类零件进行压紧限位，弹性连接段用于提供压紧限位的预压力和通过自身弹性形变来补偿因加热等导致的轴类零件长度产生的变化量。

进一步的方案中，该连接结构还包括弹性密封部，弹性密封部连接在限位部上，用于对待连接轴类零件的径向提供自适应弹性变形，弹性密封部可为具有弹性和密封功能的封严蓖齿环，即通过封严蓖齿环与其他零件连接，连接过程中，通过封严蓖齿环与待连接零件之间产生的弹力，使得调整封严蓖齿环两侧待连接零件件的间隙，提高密封强度，通过封严蓖齿环自身弹性形变来补偿与之连接的轴类零件如压气机轴因加热等导致的径向长度的变化量。

进一步的方案中，所述第二轴挡段内侧壁上设置有凹槽，凹槽的槽底面上设置有通孔。

进一步的方案中，所述通孔多排平行布置。

进一步的方案中，所述通孔的排数为两排，且两排通孔上下错开均匀间隔布置。

进一步的方案中，所述弹性连接段为设置有多个环形通槽的连接段。

进一步的方案中，所述环形通槽为多排平行布置的条形腰槽。

进一步的方案中，所述环形通槽的排数为两排，且上下错开均匀间隔布置。

本发明的有益效果：

通过弹性连接段，提供锁紧补偿，使得轴类零件之间连接更可靠，不会因热变形间隙过大而产生连接不可靠的情况发生，相比现有本应压紧的零件因热变形不可靠连接，造成一定的安全隐患的轴类连接方式方式，该轴类连接方式使用更安全，可提高弹性变形轴类相关连接零件的使用寿命。

本发明的另一方面在于提供一种发动机转子组件，包括压气机转子轴、涡轮机转子轴、轴承件、轴端锁紧件和上述方案中的连接结构，所述涡轮机转子轴连接在压气机转子轴的轴端上，所述连接结构连接在压气机转子轴和涡轮机转子轴的连接端上，压气机转子轴上依次设置有第一轴肩端面和第二轴肩端面，所述第二轴肩端面与涡轮机转子轴的一端端面间设置有轴向间隙，所述第一轴挡段的轴端面用于限位压气机转子轴上的第一轴肩端面,所述第二轴挡段的轴端面用于限位轴承件的一端端面，所述涡轮机转子轴的中部通过轴承件的另一端端面限位，所述轴端锁紧件锁紧在压气机转子轴末端，且用于限位涡轮机转子轴。

进一步的方案中，所述轴端锁紧件为锁紧螺母。

进一步的方案中，所述连接结构为一体成型的薄壁轴套件。

在发动机不同工作状态下，既能保证涡轮轴与压气机轴的可靠连接，保证轴承内环的轴向压紧，亦能在结构受限的情况下，采用较短的转子轴，来实现发动机的可靠工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有相关技术中一种发动机轴类零件的局部连接示意图；

图2是现有相关技术中另一种发动机轴类零件的局部连接示意图；

图3是本发明实施例中一种自适应弹性变形轴类连接结构的局部连接示意图；

图4是本发明实施例中一种具有自适应弹性变形轴类连接结构的发动机的局部连接示意图。

图中：1、限位部；11、第一轴挡段；12、弹性连接段；121、环形通槽；13、第二轴挡段；131、凹槽；132、通孔；3、压气机转子轴；31、第一轴肩端面；32、第二轴肩端面；4、涡轮机转子轴；5、轴承件；6、轴端锁紧件；7、轴向间隙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，一种自适应弹性变形轴类连接结构，包括限位部1，所述限位部1包括依次连接的第一轴挡段11、弹性连接段12和第二轴挡段13。

其工作原理为，用限位部1去限位两个会产生热变形的轴或轴类结构，两个轴或轴类结构通过弹性连接段12配合锁紧件锁紧，对热变形后产生的间隙值提供一定的补偿，补偿使得连接结构的第一轴挡段11和第二轴挡段13始终对与之连接的两个轴或轴类结构进行压紧，保证轴类结构之间的可靠连接，不会因为热变形产生间隙后，两轴连接位置连接强度降低，造成不可靠的情况发生。

该连接结构还包括弹性密封部，弹性密封部连接在限位部上，用于对待连接轴类零件的径向提供自适应弹性变形，弹性密封部可为具有弹性和密封功能的封严蓖齿环，即通过封严蓖齿环与其他零件连接，连接过程中，通过封严蓖齿环与待连接零件之间产生的弹力，使得调整封严蓖齿环两侧待连接零件件的间隙，提高密封强度，通过封严蓖齿环自身弹性形变来补偿与之连接的轴类零件如压气机轴因加热等导致的径向长度的变化量。弹性封严蓖齿环的形状可根据待连接轴类零件的结构及安装位置来设定，本领域技术人员应该能够容易想到。

根据上述工作原理，优选的一些实施例的结构，如图3所示，第二轴挡段13内侧壁上设置有凹槽131，凹槽131的槽底面上设置有通孔132。凹槽131和通孔132可以在轴类自变形工作时对凹槽131内安装的涡轮机转子轴4散热，将热力及应变力导向弹性连接段12。

通孔132的排数为两排，且两排通孔132上下错开均匀间隔布置。这样弹性变形轴在变形时释放的应变力更均匀。本领域技术人员应该能够想到，这里通孔的排数是可根据涡轮机转子轴4的轴长来设计，因此可以为多排。

弹性连接段12为设置有多个环形通槽121的连接段。可提高弹性连接段12自适应的变形量，及降低自身因变形产生的应力集中。

环形通槽121的排数为两排条形腰槽，且上下错开均匀间隔布置。进一步提高了可提高弹性连接段12自适应的变形量。

本领域技术人员应理解，环形通槽121可为多种形状，如矩形、圆形、腰形等，均可用于对高温下轴类零件热膨胀差异进行补偿。弹性连接段12在高温下可通过环形通槽121的结构提供一定的变形补偿，选用不同形状的环形通槽可对应改变变形补偿大小，具体使用时，可根据使用时温度等设计要求具体限定。

根据上述连接结构的工作原理，将其应用到发动机转子组件中，明显的可以得到如图4所示的一种发动机转子组件，包括压气机转子轴3、涡轮机转子轴4、轴承件5、轴端锁紧件6和上述的连接结构，涡轮机转子轴4连接在压气机转子轴3的轴端上，连接结构连接在压气机转子轴3和涡轮机转子轴4的连接端上，压气机转子轴3上依次设置有第一轴肩端面31和第二轴肩端面32，第二轴肩端面32与涡轮机转子轴4的一端端面间设置有轴向间隙7，第一轴挡段11的轴端面用于限位压气机转子轴3上的第一轴肩端面31,第二轴挡段13的轴端面用于限位轴承件5的一端端面，涡轮机转子轴4的中部通过轴承件5的另一端端面限位，轴端锁紧件6锁紧在压气机转子轴3末端，且用于限位涡轮机转子轴4。

当螺母锁紧后，自适应弹性变形轴类连接结构根据自身独特的结构特点，能够利用具有的弹性连接段12提供一定的位移补偿，在轴端锁紧件6拉紧作用下，涡轮机转子轴4如图4所示的A面与压气机转子轴3的B面贴合；当热变形产生轴向尺寸变化时，自适应弹性变形轴类连接结构的补偿功能产生作用，轴承件5内环、涡轮机转子轴4的A面、压气机转子轴3的B面始终处于压紧状态，保证发动机轴系可靠连接。

在发动机不同状态下，当涡轮机转子轴4与压气机转子轴3产生热膨胀差异影响转子的连接可靠性时，弹性连接段12可以利用自身的弹性变形，对热膨胀差异进行补偿，始终保证涡轮轴与压气机轴、轴承内环等零件的可靠连接，从而提高发动机多层轴系结构的连接可靠性。

轴端锁紧件6为锁紧螺母。锁紧螺母为常用件更方便获得。

自适应弹性变形轴类连接结构为一体成型的薄壁轴套件。可以便于上述连接结构的加工，提高其连接强度和使用的可靠性，当然本领域人员还可以想到其他的组成方式或简单的形状适应性改变，也是根据本申请提供的上述连接结构通过常规技术手段变换下即可得到。

需要说明的是，本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。