轮盘圆弧端齿及其轮盘以及带有该轮盘的燃气涡轮发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种轮盘圆弧端齿及其轮盘以及带有该轮盘的燃气涡轮发动机，轮盘圆弧端齿包括齿顶、压力面和齿根，压力面处于齿顶与齿根之间，压力面与齿根之间设有用以缓冲应力和减轻应力集中的圆弧过渡区，圆弧过渡区的径向截面包括至少两段圆弧段。通过多圆弧段的方式可以降低应力，并使得圆弧端齿的齿根与相对圆弧端齿的齿顶相互配合效果更好，相互之间无干涉，更容易装配。利用三维有限元仿真分析对某一传统结构及本发明专利技术改进后的结构进行了对比分析，结果表明，本发明专利技术的应力下降了18％，寿命延长了200％。

【技术实现步骤摘要】
轮盘圆弧端齿及其轮盘以及带有该轮盘的燃气涡轮发动机
本专利技术涉及燃气涡轮发动机领域，特别地，涉及一种用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿。此外，本专利技术还涉及一种包括上述圆弧端齿的燃气涡轮发动机轮盘。本专利技术还涉及一种包括上述轮盘的燃气涡轮发动机。
技术介绍
现有燃气涡轮发动机转子由各级轮盘组成，各级轮盘一般通过中心拉杆两端压紧、轮盘与轮盘之间通过端齿连接以传递扭矩(功率)。这种结构由于具有自动定心能力强、拆装方便、维护简单等特点，在涡轴及涡桨发动机中被广泛应用。圆弧端齿位于轮盘的前后两个端面上，一般按周向均匀分布。装配时，相邻轮盘的端齿旋转一定角度后插入，此后在轮盘上施加轴向预紧力使得端齿压紧，这样轮盘间即可有效传递扭矩，从而输出功率。按周向展开后，一般由齿顶、齿根及压力面(工作面)组成，压力面与齿根间具有过渡区。工作时，最大应力点(即最小寿命点)一般位于过渡处。端齿主要承受离心载荷与压力载荷，其中离心载荷所产生的应力与转速平方成正t匕、与端齿半径成正比。压力载荷产生的压应力与轴向预紧力及扭矩成正比。一般来说，在压力载荷给定的情况下，端齿周向个数及齿根周向宽度已基本给定。出于发动机效率的需要，一般要求转速及半径越高越好，但是这样的设置会引起过渡区应力急剧上升，需加大过渡区转角半径以缓解应力集中现象，但受齿根周向宽度限制，转角半径不可能无限制加大，从而导致寿命偏短。此外，转角半径加大还可能引起齿根与相对端齿的齿顶干涉，从而无法装配。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种轮盘圆弧端齿及其轮盘以及带有该轮盘的燃气涡轮发动机，以解决现有圆弧端齿的过渡区无法承受高速运转产生的应力，无法消除应力集中现象；加大转角半径会导致无法装配的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:—种用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿，包括齿顶、压力面和齿根，压力面处于齿顶与齿根之间，压力面与齿根之间设有用以缓冲应力和减轻应力集中的圆弧过渡区，圆弧过渡区的径向截面包括至少两段圆弧段。进一步地，相邻两段圆弧段之间的圆弧相接处为平滑过渡；或者相邻两段圆弧段在圆弧相接处的切线重合。进一步地，紧靠压力面布置的圆弧段与压力面的相接处为平滑过渡；紧靠齿根布置的圆弧段与齿根的相接处为平滑过渡。进一步地，圆弧过渡区各圆弧段的圆弧半径由中间向两侧方向递减；或者圆弧过渡区各圆弧段的圆弧半径由压力面向齿根方向递减；或者圆弧过渡区各圆弧段的圆弧半径由齿根向压力面方向递减。进一步地，，圆弧段的圆弧半径不同和/或圆弧段的圆弧轴线处于不同直线。圆弧过渡区包括至少两组圆弧段，同组圆弧段的圆弧半径相同，不同组圆弧段的圆弧半径不同。进一步地，同组的圆弧段紧靠布置，多组圆弧段从压力面向齿根方向顺序排列。进一步地，两组圆弧段相互交替布置。进一步地，相邻两个圆弧端齿之间的中心线为周向宽度中分线，靠近齿根布置的圆弧段在齿根的终结处不超过周向宽度中分线。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种燃气涡轮发动机的轮盘，轮盘的至少一个端面上设有上述轮盘圆弧端齿。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机的转子包括有至少两个上述轮盘，轮盘与轮盘之间通过圆弧端齿相互啮合连接。本专利技术具有以下有益效果:本专利技术轮盘圆弧端齿，通过在压力面与齿根之间设置圆弧过渡区以消除轮盘在旋转过程中所产生的应力集中现象，并且通过圆弧过渡区缓冲离心应力；圆弧过渡区的径向截面设置为多段圆弧段，利用圆弧段的弧形结构逐步消减应力，而通过多段圆弧段将集中应力分散，圆弧段利用弧形结构将分散过来的应力进行逐步消弱，从而降低应力对圆弧端齿造成破坏，从而延长圆弧端齿甚至整个轮盘的使用寿命；通过多圆弧段的方式可以降低应力，并使得圆弧端齿的齿根与相对圆弧端齿的齿顶相互配合效果更好，相互之间无干涉，更容易装配。利用三维有限元仿真分析对传统结构及经过本专利技术改进后的结构进行了对比分析，结果表明，本专利技术的应力下降了 18%，寿命延长了 200%。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。【附图说明】构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中:图1是本专利技术优选实施例的用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的轮盘圆弧端齿的圆弧过渡区的结构示意图；图3是本专利技术优选实施例的燃气涡轮发动机的轮盘的结构示意图；图4是本专利技术优选实施例的燃气涡轮发动机转子的结构示意图。图例说明:1、齿顶；2、压力面；3、齿根；4、圆弧过渡区；401、圆弧段；5、圆弧端齿；6、轮盘。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由所限定和覆盖的多种不同方式实施。图1是本专利技术优选实施例的用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的轮盘圆弧端齿的圆弧过渡区的结构示意图；图3是本专利技术优选实施例的燃气涡轮发动机的轮盘的结构示意图；图4是本专利技术优选实施例的燃气涡轮发动机转子的结构示意图。如图1和图2所示，本实施例的用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿，包括齿顶1、压力面2和齿根3，压力面2处于齿顶I与齿根3之间，压力面2与齿根3之间设有用以缓冲应力和减轻应力集中的圆弧过渡区4，圆弧过渡区4的径向截面包括至少两段圆弧段401。本专利技术轮盘圆弧端齿，通过在压力面2与齿根3之间设置圆弧过渡区4以消除轮盘在旋转过程中所产生的应力集中现象，并且通过圆弧过渡区4缓冲离心应力；圆弧过渡区4的径向截面设置为多段圆弧段401，利用圆弧段401的弧形结构逐步消减应力，而通过多段圆弧段401将集中应力分散，圆弧段401利用弧形结构将分散过来的应力进行逐步消弱，从而降低应力对圆弧端齿造成破坏，从而延长圆弧端齿甚至整个轮盘的使用寿命；通过多圆弧段401的方式可以降低应力，并使得圆弧端齿的齿根3与相对圆弧端齿的齿顶I相互配合效果更好，相互之间无干涉，很容易装配。利用三维有限元仿真分析对传统结构及经过本专利技术改进后的结构进行了对比分析，结果表明，本专利技术的应力下降了 18%，寿命延长了 200%。本实施例中，相邻两段圆弧段401之间的圆弧相接处为平滑过渡。相邻两段圆弧段401在圆弧相接处的切线重合。保证整个圆弧过渡区4的表面光顺，减少装配后构件在运转过程中的相互摩擦以及相互作用力。本实施例中，紧靠压力面2布置的圆弧段401与压力面2的相接处为平滑过渡。紧靠齿根3布置的圆弧段401与齿根3的相接处为平滑过渡。保证整个圆弧过渡区4的表面光顺，减少装配后构件在运转过程中的相互摩擦以及相互作用力。本实施例中，圆弧过渡区4各圆弧段401的圆弧半径由中间向两侧方向递减。圆弧过渡区4各圆弧段401的圆弧半径由压力面2向齿根3方向递减。圆弧过渡区4各圆弧段401的圆弧半径由齿根3向压力面2方向递减。根据配合安装后的轮盘在发动机中所起的作用、运转环境、作用力方向以及应力分布情况等，选择相匹配的圆弧段401布置方式，以最大限度的消除应力对圆弧端齿造成的破坏，从而提高圆弧端齿甚至整个轮盘的使用寿命O本实施例中，圆弧段401的圆弧半径不同并且圆弧段401的圆弧轴线处于不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿，包括齿顶(1)、压力面(2)和齿根(3)，所述压力面(2)处于所述齿顶(1)与所述齿根(3)之间，其特征在于，所述压力面(2)与所述齿根(3)之间设有用以缓冲应力和减轻应力集中的圆弧过渡区(4)，所述圆弧过渡区(4)的径向截面包括至少两段圆弧段(401)。

【技术特征摘要】
1.一种用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿，包括齿顶(I)、压力面(2)和齿根(3)， 所述压力面(2)处于所述齿顶(I)与所述齿根(3)之间， 其特征在于， 所述压力面(2)与所述齿根(3)之间设有用以缓冲应力和减轻应力集中的圆弧过渡区⑷， 所述圆弧过渡区(4)的径向截面包括至少两段圆弧段(401)。2.根据权利要求1所述的用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿，其特征在于， 相邻两段所述圆弧段(401)之间的圆弧相接处为平滑过渡； 或者相邻两段所述圆弧段(401)在圆弧相接处的切线重合。3.根据权利要求1所述的用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿，其特征在于， 紧靠所述压力面(2)布置的所述圆弧段(401)与所述压力面(2)的相接处为平滑过渡； 紧靠所述齿根(3)布置的所述圆弧段(401)与所述齿根(3)的相接处为平滑过渡。4.根据权利要求1 至3中任一项所述的用于燃气涡轮发动机的轮盘圆弧端齿，其特征在于， 所述圆弧过渡区(4)各所述圆弧段(401)的圆弧半径由中间向两侧方向递减； 或者所述圆弧过渡区(4)各所述圆弧段(401)的圆弧半径由所述压力面(2)向所述齿根⑶方向递减； 或者所述圆弧过渡区(4)各所述圆弧段(401)的圆弧半径由所述齿根(3)向所述压力面⑵方向递减。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：米栋，张立章，朱亮，
申请(专利权)人：中国航空动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43