一种新型传扭连接结构

技术领域

本发明涉及联轴节技术领域，具体涉及一种新型传扭连接结构。

背景技术

微型涡轮发动机是一个基于现代先进加工技术的一个新兴的研究领域。它是一种特殊的航空发动机，具有体积小、重量轻、推重比大的特点，在军用和民用领域具有广阔的应用前景。

联轴节又称联轴器，现有的联轴器由于接触点受力不均匀，联轴器与发动机转子接触时振动不可控，随着磨损增加，在传递扭矩同时也会同时传递震动，弯矩等非必要载荷，影响了传递效率和传递的稳定性；并且现有联轴器对加工精度和安装精度要求非常高，不利于制造生产。

基于上述情况，本发明提出了一种新型传扭连接结构，可有效解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型传扭连接结构。本发明提供的一种新型传扭连接结构，结构简单，设计合理，通过将涡轮发动机的动力经过主动轴传递给从动轴，从动轴与压气机转子相连，从而带动压气机一起旋转实现扭矩的传递，并产生相向拉紧轴向力，传递效率高，传递稳定性高；主动轴和从动轴通过3D打印技术一体成型，并且无需增加支撑结构，就可打印出球面齿和螺旋槽等复杂的功能性结构，降低了制造的难度；并且可以根据不同的材料、螺旋角等参数，可以自动匹配计算出所需要的球面数量和轴向力。

本发明通过下述技术方案实现：

一种新型传扭连接结构，包括与涡轮发动机连接的主动轴和与压气机连接的从动轴，所述主动轴和所述从动轴均呈中空的管状结构，并且所述主动轴套设于所述从动轴内；所述主动轴的外表面设有多个向外凸出呈半球形的球面齿，所述球面齿沿所述主动轴的轴向方向呈多个螺旋线分布；所述从动轴沿轴向方向的一端逐渐收缩形成收缩端，沿轴向方向的另一端逐渐放大形成开放端；所述从动轴的收缩端开设有用于装入所述主动轴的装配孔，所述从动轴的开放端开设有用于连接压气机的台阶孔；所述从动轴的内表面开设有多个螺旋槽，所述球面齿旋入至所述螺旋槽内。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述螺旋槽的进槽孔设置于所述从动轴的收缩端处，并且所述螺旋槽远离所述进槽孔的一端设置有球面齿限位面，所述球面齿限位面与所述台阶孔的台阶面之间存在一段距离。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，多个所述螺旋槽以所述从动轴的中心线为轴线沿所述从动轴的内表面呈等角度分布。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述螺旋槽的数量为8个。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述球面齿呈八等分螺旋分布在所述主动轴的外表面。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述主动轴和所述从动轴的材料均采用IN718。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述主动轴和所述从动轴均采用3D打印技术一体成型。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述球面齿的数量由以下公式确定：

n≈1.5T/(σ

其中：n为球面齿的数量，T为传递额定扭矩，σp材料许用挤压应力，r为球齿半径，R为转扭轴中心到球齿中心距离，μ为载荷不均匀系数。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述主动轴与所述从动轴处于旋紧状态下，轴向力由以下公式确定：

Fz＝T*μ/(tanβ*R)

其中：β为螺旋角。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明提供的一种新型传扭连接结构，结构简单，设计合理，通过设置球面齿和螺旋槽，将涡轮发动机的动力经过主动轴传递给从动轴，从动轴与压气机转子相连，从而带动压气机一起旋转实现扭矩的传递，并产生相向拉紧轴向力，传递效率高，传递稳定性高；主动轴和从动轴通过3D打印技术一体成型，并且无需增加支撑结构，就可打印出球面齿和螺旋槽等复杂的功能性结构，降低了制造的难度；并且可以根据不同的材料、螺旋角等参数，可以自动匹配计算出所需要的球面数量和轴向力。

附图说明

图1为本发明的爆炸示意图；

图2为本发明的从动轴的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明专利申请涉及涡轮发动机和压气机的具体结构等技术特征应被视为现有技术，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制得，其具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明的创新点所在，对于本领域技术人员来说，是可以理解的，本发明专利不做进一步具体展开详述。

实施例1：

一种新型传扭连接结构，包括与涡轮发动机连接的主动轴1和与压气机连接的从动轴2，所述主动轴1和所述从动轴2均呈中空的管状结构，并且所述主动轴1套设于所述从动轴2内；所述主动轴1的外表面设有多个向外凸出呈半球形的球面齿3，所述球面齿3沿所述主动轴1的轴向方向呈多个螺旋线分布；所述从动轴2沿轴向方向的一端逐渐收缩形成收缩端21，沿轴向方向的另一端逐渐放大形成开放端22；所述从动轴2的收缩端21开设有用于装入所述主动轴1的装配孔4，所述从动轴2的开放端22开设有用于连接压气机的台阶孔5；所述从动轴2的内表面开设有多个螺旋槽6，所述球面齿3旋入至所述螺旋槽6内。

实施例2：

一种新型传扭连接结构，包括与涡轮发动机连接的主动轴1和与压气机连接的从动轴2，所述主动轴1和所述从动轴2均呈中空的管状结构，并且所述主动轴1套设于所述从动轴2内；所述主动轴1的外表面设有多个向外凸出呈半球形的球面齿3，所述球面齿3沿所述主动轴1的轴向方向呈多个螺旋线分布；所述从动轴2沿轴向方向的一端逐渐收缩形成收缩端21，沿轴向方向的另一端逐渐放大形成开放端22；所述从动轴2的收缩端21开设有用于装入所述主动轴1的装配孔4，所述从动轴2的开放端22开设有用于连接压气机的台阶孔5；所述从动轴2的内表面开设有多个螺旋槽6，所述球面齿3旋入至所述螺旋槽6内。

本发明通过设置球面齿3和螺旋槽6，将涡轮发动机的动力经过主动轴1传递给从动轴2，从动轴2与压气机转子相连，从而带动压气机一起旋转实现扭矩的传递，并产生相向拉紧轴向力，传递效率高，传递稳定性高。

进一步地，在另一个实施例中，所述螺旋槽6的进槽孔61设置于所述从动轴2的收缩端21处，并且所述螺旋槽6远离所述进槽孔61的一端设置有球面齿限位面62，所述球面齿限位面62与所述台阶孔5的台阶面51之间存在一段距离。

通过采用上述技术方案，球面齿限位面62的设置，增加了螺旋槽6对球面齿3的位置限位，补偿了主动轴1和从动轴2配合旋转之间的相对位移，并且起到缓冲和减震作用。

进一步地，在另一个实施例中，多个所述螺旋槽6以所述从动轴2的中心线为轴线沿所述从动轴2的内表面呈等角度分布。

进一步地，在另一个实施例中，所述螺旋槽6的数量为8个。

进一步地，在另一个实施例中，所述球面齿3呈八等分螺旋分布在所述主动轴1的外表面。

通过采用上述技术方案，螺旋槽6的数量为八个且呈等角度分布，同时球面齿3呈八等分螺旋分布，这样可以有效防止主动轴1与从动轴2传递扭矩的同时传递震动，从而增加了传递扭矩时的稳定性。

进一步地，在另一个实施例中，所述主动轴1和所述从动轴2的材料均采用IN718。

通过采用上述技术方案，IN718具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性。

进一步地，在另一个实施例中，所述主动轴1和所述从动轴2均采用3D打印技术一体成型。

通过采用上述技术方案，主动轴1和从动轴2通过3D打印技术一体成型，并且无需增加支撑结构，就可打印出球面齿3和螺旋槽6等复杂的功能性结构，降低了制造的难度。

进一步地，在另一个实施例中，所述球面齿3的数量由以下公式确定：

N＝1.5T/(σ

其中：n为球面齿3的数量，T为传递额定扭矩，σp材料许用挤压应力，r为球齿半径，R为转扭轴中心到球齿中心距离，μ为载荷不均匀系数。

通过采用上述技术方案，可以根据不同的材料、扭矩等参数，可以自动匹配计算出所需要的球面数量。

本发明中其具体参数优选为：

进一步地，在另一个实施例中，所述主动轴1与所述从动轴2处于旋紧状态下，轴向力由以下公式确定：

Fz＝T*μ/(tanβ*R)

其中：β为螺旋角。

通过采用上述技术方案，可以根据不同的扭矩、螺旋角、转扭轴半径等参数，可以自动匹配计算出轴向力。

需要说明的是：以上两个公式不仅适用于涡轮发动机，还适合所有要求减震，且仅传递扭矩的旋转运动类零部件，无具体行业限制。仅需根据自己实际情况适时调整参数即可满足使用要求。

本发明的具体参数如下所示：

材料：IN718；

材料许用挤压应力σ

传递扭矩T＝200Nm；

螺旋槽旋转方向：右旋(顺时针旋转)；

螺旋角β＝11°；

球面齿3分布形式：八等分分布在主动轴1外表面；

球面齿3半径r＝3mm；

球面齿3受力中心半径R＝16mm(受主动轴内径限制)；

载荷不平均系数μ＝0.018；

根据上述参数可得：

球面齿3的数量n＝1.5T/(σ

＝1.5*200/(1100*10

＝33.5

实际取值：n＝40。(实际取值以球面齿3的分布形式决定)

轴向力Fz＝T*μ/(tanβ*R)

＝200*0.018/(tan11°*0.016)

＝1157.5N

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种新型传扭连接结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。