CN210423392U - 航空发动机转轴组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种航空发动机转轴组件，包括转轴和内套筒，内套筒内置于转轴中，内套筒的外周面与转轴的内周面采用过盈配合，内套筒的内周面设置有键槽，内套筒具有贯穿其内外侧的内连接孔，转轴具有贯穿其内外侧的外连接螺孔，定位螺钉穿过内连接孔与外连接螺孔连接，以连接固定内套筒和转轴；定位螺钉具有头部、末端以及连接头部和末端的杆部，末端设置有用于拆卸定位螺钉的内角结构，头部位于内套筒侧，末端位于转轴侧。上述航空发动机转轴组件可以为键槽联接提供一种更加易于加工的解决方案，还提供了一种内置套筒在高速运转的情况下的防松紧固方案。

Description

航空发动机转轴组件

技术领域

本实用新型涉及一种航空发动机转轴组件。

背景技术

花键联接或者键槽联接作为高承载能力联接结构，因具有定心精度高，导向性能好，结构紧凑且满足一定轴向滑移等特点，在高速转子和精密机器上被广泛运用，比如航空发动机。航空发动机转子是一种结构极其紧凑且需在高温高速高负荷工况下运转的转子，为补偿转子件因热态变形或轴向力方向变化引起的转子间轴向窜动，常采用键槽联接方式实现转子间扭矩传递。

然而，航空发动机转轴受空间限制通常直径小而长度长，而且航空发动机转子材料硬度大，加工性差，故而发动机细长转轴内加工高精度键槽结构诸如内花键/环形键槽/环形槽孔等的工艺难度就大，加工成本高，限制了内键槽结构的使用范畴，又或者，内键槽结构在航空发动机转轴内腔的运用因加工精度问题而受到极大限制。由于插齿刀具长度有限且工装夹具较大，导致细长转子内花键加工困难，精度无法保证。航空发动机转子需要长时间高速运转，每个零件的加工精度无法保证都将引入不平衡量而直接对转子件的振动和转子动力学产生较大影响，进而将降低发动机的性能及可靠性。

通常细长转子内腔无法加工高精度内键槽结构时，会采用先截断转子件，待加工好内键槽结构后进行转子焊接的方案，但发动机转轴需承受高载荷，焊接引起的残余应力将使高速转子存在巨大隐患。

很显然，发动机转轴内直接加工内花键/环形键槽/环形槽孔等结构加工难度极大，效率低且成品率低，因此需要提出一种可以有效解决航空发动机高速细长转轴内花键/环形键槽/环形槽孔等结构加工困难的方案，存在较大意义。

而且，航空发动机转轴成本昂贵，且转轴内键槽结构进行传递大扭矩或转子间高频轴向滑移，对内键槽结构的磨损较为严重，甚至出现内键槽结构破损故障，从而导致整个发动机转轴报废，换件维修成本极高。

另外，发动机转子结构紧凑且转速达到几万转每分钟，转子内套筒结构或者转轴类结构与内置套筒的周向定位困难。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是为这种键槽联接提供一种更加易于加工的解决方案。

本实用新型的另一目的是提供一种空心转轴类结构与内置套筒在高速运转的情况下的防松紧固方案。

本实用新型提供一种航空发动机转轴组件，包括转轴，所述转轴为空心结构，还包括内套筒，所述内套筒内置于所述转轴中，所述内套筒的外周面与所述转轴的内周面采用过盈配合，所述内套筒的内周面设置有键槽，所述内套筒具有贯穿其内外侧的内连接孔，所述转轴具有贯穿其内外侧的外连接螺孔，定位螺钉穿过所述内连接孔与所述外连接螺孔连接，以连接固定所述内套筒和所述转轴；所述定位螺钉具有头部、末端以及连接所述头部和所述末端的杆部，所述末端设置有用于拆卸所述定位螺钉的内角结构，所述头部位于所述内套筒侧，所述末端位于所述转轴侧。

在一个实施方式中，所述内连接孔为阶梯孔，所述定位螺钉的所述头部全部埋于所述阶梯孔中。

在一个实施方式中，所述定位螺钉的所述末端全部埋于所述外连接螺孔中。

在一个实施方式中，所述末端的所述内角结构为内六角结构。

在一个实施方式中，三组成对的所述内连接孔和所述外连接螺孔分别沿所述内套筒和所述转轴的周向均布，三个所述定位螺钉分别对应穿过所述内连接孔再与所述外连接螺孔连接，三个所述定位螺钉同时设置成所述内套筒的定心调节装置。

在一个实施方式中，所述内套筒的内周面设置有内花键、环形槽孔或者环形键槽。

在一个实施方式中，所述内套筒与所述转轴采用相同的材料。

在一个实施方式中，所述定位螺钉的所述头部为圆柱形，外径大于所述杆部，与所述杆部之间通过锥面过渡。

上述航空发动机转轴组件在确保转子高速运转性能可靠的情况下通过采用分体式结构为需要设计键槽结构的转轴诸如航空发动机高速转子提供了一套简单可靠的解决方案，使得例如在发动机细长转轴等高速转子内可以加工出高精度花键，实现转子间通过花键联接进行有效的扭矩传递或运动传递，并且满足转子间一定程度的轴向滑移。而且上述航空发动机转轴组件的键槽结构的可加工性高，加工成本低。

而且，上述航空发动机转轴组件的定位螺钉设计使得可以适应于发动机转子的高速运转以及结构紧凑的特点，利用离心力起到防松作用，而且紧固结构不干涉其它部件，还使得分体式结构的周向定位容易操作。

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是示出现有技术的转轴组件的示意图。

图2是示出根据本实用新型的转轴组件的示意图。

图3是图2所示的转轴组件的剖视图。

图4是图3所示的定位螺钉附近的局部放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。

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示例中重复附图标记和/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。

如本实用新型所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的器件，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的词语“下方”和“下面”能够包含上和下两个方向。器件也可能具有其他朝向(旋转90度或处于其他方向)，因此应相应地解释此处使用的空间关系描述词。此外，还将理解，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

图1示出了现有技术中航空发动机20中转轴组件10A的一种常见运用环境，其中涉及发动机转子内的细长转轴结构，这种转轴结构直径小且长度长，导致加工键槽难度大的情况。需要注意，文中仅作为示例，为了便于理解，而非限制转轴组件的运用环境，例如，现有技术的转轴组件10A以及后面详述的根据本实用新型的转轴组件10对于转轴内键槽结构加工空间有限等导致加工难度大、加工成本高的情况均可适用。

参见图1，航空发动机20的转轴组件10A包括转轴101。航空发动机20还包括轴承21和转轴件22。轴承21包括轴承内环211、轴承外环212、保持架213和滚动体214等。轴承21被压装于转轴件22上。转轴组件10A的转轴101采用过盈配合与转轴件22装配在一起，转轴件22、转轴101及轴承21利用调整垫23、24、25实现轴向定位，而轴承21传递过来的运动及转轴件22前端传递过来的力矩通过花键S2这种联接方式传递给转轴101。航空发动机20中零件装配极其紧凑。

为了检测发动机转子的运行状态，常常需要在转轴101内腔中布置测试引线Y。因而，常常在转轴101的内壁设计加工键槽S1，内腔B中的测试引线Y穿过键槽S1到达内腔A中，实现信号的沿程传递。此外，航空发动机20还包括轴心套管26，轴心套管26借助弹性卡圈27搭接于键槽S1的内周面上，以此实现轴心套管26与转轴101的固定。

图2、图3和图4示出了根据本实用新型的转轴组件10的示例构造，图2示出了根据本实用新型的转轴组件10应用于上述环境的示意图，图3示出了转轴组件10的截面图，图4示出了下面将会详述的定位螺钉4的局部放大图。其中，沿用了前述图1的元件标号与部分内容，采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照关于图1的描述，下面不再重复赘述。

参见图2，转轴组件10包括转轴1和内套筒3。转轴1为空心结构，内套筒3内置于转轴1中。内套筒3的外周面31与转轴1的内周面11可以采用过盈配合。例如，可以在转轴1内的待装配内套筒3的内腔位置，加工一直径略小于内径的高精度配合面，内套筒3的外径与转轴1的该高精度配合面直径相同且采用过盈配合的公差，转轴1局部加热，待内套筒3冷凝处理后压装至转轴1的内周面11(具体地，高精度配合面)处。

内套筒3的内周面设置有键槽S1，例如，内套筒3的内周面可以设置有内花键、环形槽孔或者环形键槽。键槽S1包括齿形结构S5和介于相邻的齿形结构S5之间的槽口S3，齿形结构S5包括齿面S4，前述测试引线Y可以通过槽口S3穿过内套筒3，而轴心套管26可以在齿面S4与内套筒3搭接固定。内套筒3可以与转轴1采用相同的材料。

将包括带键槽S1的转轴101的转轴组件10A设计成带有分体式结构(转轴1和内套筒3)的转轴组件A，特别提升了发动机细长转轴内键槽结构的工艺性，确保了键槽加工精度而且同时降低了加工成本，扩宽了转轴内键槽结构的使用范围，而且结构简单。

此外，键槽结构可单独拆装减少了因键槽结构损坏导致整个发动机转轴的报废率，有效降低了发动机维修难度和维修成本。

参见图3，内套筒3具有贯穿其内外侧的内连接孔P2，转轴1具有贯穿其内外侧的外连接螺孔P1，定位螺钉4穿过内连接孔P2与外连接螺孔P1连接，以连接固定内套筒3和转轴1。

图3所示的实施方式中，三组成对的内连接孔P2和外连接螺孔P1分别沿内套筒3和转轴1的周向C0均布，三个定位螺钉41、42、43分别对应穿过内连接孔P2再与外连接螺孔P1连接。转轴1与内套筒3通过三个定位螺钉41、42、43实现周向定位及扭矩传递。周向均布的三个定位螺钉41、42、43还可以对转轴1与内套筒3的装配起到自动定心的作用，也即，三个定位螺钉41、42、43同时设置成内套筒3的定心调节装置。

参见图4，定位螺钉4具有头部5、末端6和杆部7，杆部7连接头部5和末端6。定位螺钉4的头部5位于内套筒3一侧(或者，内套筒侧，图4中的下侧)，末端6位于转轴1一侧(或者，转轴侧，图4中的上侧)。定位螺钉4的末端6还设置有用于拆卸定位螺钉4的内角结构P3，图中，内角结构P3为内六角结构。

定位螺钉4采用从内向外的装配方案，可以防止定位螺钉4因离心力作用而飞脱，随着发动机高速转动，离心力越大则定位螺钉4的联接越牢固，离心力为定位螺钉41起到了防松作用，如上所述，航空发动机20中零件装配极其紧凑，这样可以避免在结构紧凑的转轴1内采取防松措施。而定位螺钉41的末端6或称作螺杆端面设计内角结构P3，拆装时只需在转轴1外侧借助螺杆端面的内角结构P3即可对定位螺钉41拧紧或者拆卸，使内套筒3的拆装工艺更加简易。

继续参见图4，内连接孔P2为阶梯孔，定位螺钉4的头部5全部埋于作为内连接孔P2的阶梯孔中。换言之，内连接孔P2具有靠近内套筒侧的大直径部P21和靠近转轴侧的小直径部P22，大直径部P21和小直径部P22的直径分别比定位螺钉4的头部5或者称作螺帽的直径和杆部7或者称作螺杆的直径略大。

图4中，定位螺钉4的头部5为圆柱形，头部5或者称作螺帽的外径大于杆部7的直径，与杆部7之间通过锥面57过渡。相应地，内连接孔P2的大直径部P21和小直径部P22通过内锥面P23连接。

阶梯式定位螺钉的独特设计使得拆装方便，而且巧妙地利用了转子离心力来进行防松，而且螺杆端面具有内角结构使得可以从外部拧紧装配，操作更加方便。定位螺钉4也可以称之为沉头式径向定位螺钉，这种沉头式径向定位螺钉设计不仅未额外占用转轴内的空间，而且为外部配合结构腾出更多空间，使发动机转子结构更加紧凑，一定程度上缩小了发动机转子尺寸。

图4中，外连接螺孔P1是通孔，定位螺钉4的末端6全部埋于外连接螺孔P1中。在转轴1外还需装配其它零件的时候，定位螺钉4的末端6全部埋于外连接螺孔P1中，可以防止定位螺钉4装在转轴1的外表面与装配的其它零件干涉。

上述航空发动机转轴组件中，将键槽结构与转轴本体结构设计成分体式，即，键槽结构相对转轴本体结构是独立的，两者通过螺钉或销钉等方式进行连接。单独的键槽结构诸如花键/环形键槽/环形槽孔结构等等具有更好的工艺性，避免了特别是细长转子内使用键槽结构的技术攻关问题，确保了较高的加工精度，保证发动机转子具有更好的振动特性和转子动力学特性。

与此同时，分体式环形键槽并没有增加发动机重量，还确保了加工转轴较高的产品合格率；而且，分体式键槽结构可从转轴本体中分解下来，有效解决了键槽结构损坏导致整个转轴报废的问题，降低发动机维修成本，可以通过更换独立的键槽结构确保转子间联接传动精密性和有效性，避免了因磨损导致的联接失效。

此外，阶梯式定位螺钉的设计很好地解决了在发动机转轴高速运转时产生极大离心力导致螺钉飞脱的问题，相反，极大的离心力为阶梯式螺钉起到了很好的防松作用。定位螺钉从里向外穿出而又可直接在转子外端进行拧紧的安装方式，不仅拆装简易便捷，而且不会影响转轴与其他外部结构的配合关系，使发动机转子结构更加紧凑。

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 (8)

1.一种航空发动机转轴组件，包括转轴，所述转轴为空心结构，其特征在于，还包括内套筒，所述内套筒内置于所述转轴中，所述内套筒的外周面与所述转轴的内周面采用过盈配合，所述内套筒的内周面设置有键槽，所述内套筒具有贯穿其内外侧的内连接孔，所述转轴具有贯穿其内外侧的外连接螺孔，定位螺钉穿过所述内连接孔与所述外连接螺孔连接，以连接固定所述内套筒和所述转轴；

所述定位螺钉具有头部、末端以及连接所述头部和所述末端的杆部，所述末端设置有用于拆卸所述定位螺钉的内角结构，所述头部位于所述内套筒侧，所述末端位于所述转轴侧。

2.如权利要求1所述的航空发动机转轴组件，其特征在于，所述内连接孔为阶梯孔，所述定位螺钉的所述头部全部埋于所述阶梯孔中。

3.如权利要求1所述的航空发动机转轴组件，其特征在于，所述定位螺钉的所述末端全部埋于所述外连接螺孔中。

4.如权利要求1所述的航空发动机转轴组件，其特征在于，所述末端的所述内角结构为内六角结构。

5.如权利要求1所述的航空发动机转轴组件，其特征在于，三组成对的所述内连接孔和所述外连接螺孔分别沿所述内套筒和所述转轴的周向均布，三个所述定位螺钉分别对应穿过所述内连接孔再与所述外连接螺孔连接，三个所述定位螺钉同时设置成所述内套筒的定心调节装置。

6.如权利要求1所述的航空发动机转轴组件，其特征在于，所述内套筒的内周面设置有内花键、环形槽孔或者环形键槽。

7.如权利要求1所述的航空发动机转轴组件，其特征在于，所述内套筒与所述转轴采用相同的材料。

8.如权利要求1所述的航空发动机转轴组件，其特征在于，所述定位螺钉的所述头部为圆柱形，外径大于所述杆部，与所述杆部之间通过锥面过渡。

Images