一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构制造技术

本发明专利技术公开了一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，涉及涡轮发动机技术领域，包括动力涡轮轴，包括动力输入端、动力输出端和细轴；加强筋，其均匀设于细轴外周壁；基准轴，其整体套设于动力涡轮轴上；测扭环，其适于装配在动力输出端上，与基准轴配合使用来测量扭矩，本发明专利技术涉及涡轮发动机技术领域。本具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，通过设置的细轴与其表面的加强筋，实现紧凑型涡轮轴的测扭功能的同时，也具备足够的抗弯能力；通过设置的基准轴，将细轴和加强筋完全包括在内部，避免动力涡轮轴直接暴露在油气环境中，减小加强筋摩擦，减弱加强筋所带来的鼓风效应，避免鼓风损失。

【技术实现步骤摘要】
一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构
本专利技术属于涡轮发动机
，具体是一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构。
技术介绍
涡轮轴为涡轮发动机的重要零件，看起来只是简单的一根金属管，但实际上它是一个肩负120000至160000rpm转动及超高温的精密零件，其精细的加工工差、精深的材料运用和处理正是所有涡轮厂最为核心的技术。目前，航空涡轴发动机通常要在发动机内部涡轮轴上设计测扭结构来监测发动机瞬时扭矩，通常采用的测扭原理为电相位法。电相位法的具体原理是在动力涡轮轴外侧或内部设置基准轴，基准轴一端与动力涡轮轴通过销钉来连接，保证此端处基准轴与动力涡轮轴周向位移始终保持一致，在基准轴另一端出设置一个测扭环(基准轴在此处与动力涡轮轴保持大的径向间隙配合，保证此处基准轴可以自由转动，不受动力涡轮轴限制)，在此处同样通过销钉将测扭环与动力涡轮轴连接起来，使得测扭环在此处与动力涡轮轴的周向位移始终保持一致。在发动机工作过程中，动力涡轮涡轮工作叶片将直接将气体膨胀做的功直接传递给动力涡轮轴，动力涡轮轴将产生扭矩，动力涡轮轴在承受扭矩的时候，不同轴向位置将发生不同的周向位移，也就是说动力涡轮轴在基准轴的两端所处位置将发生不同的周向位移，基准轴一端与动力涡轮轴通过销钉连接，另一端与动力涡轮轴保持大径向间隙配合，不受动力涡轮轴影响，使得基准轴与左端销钉连接处所示的周向位移相同，而测扭环与右端销钉连接处周向位移相同，发动机工作时，左端销钉连接处与右端销钉连接处的周向位移存在位移差，动力涡轮轴承受的扭矩越大，这个扭矩差就越大，基准轴与测扭轴的齿之间的夹角将发生变化，扭矩传感器通过基准轴与测扭环的切割磁感线感知基准轴与测扭环的相位和频率，随着扭矩的不断变大，基准轴与测扭环的夹角将发生变化，夹角的变化将由扭矩传感器直接通过相位角的变化感知，扭矩传感器通过相位角的变化来感知动力涡轮轴的瞬时扭矩，从而获取发动机的瞬时功率，上述即为电相位测扭的基本原理。能够在动力涡轮采用电相位测扭的多为前输出型发动机，这是因为前输出型发动机通常长度较长，同时为考虑动力涡轮轴可以从燃气发生器芯部穿过，轴的外径通常不大，轴自身的抗扭刚度不大，在发动机的设计功率下通常可以实现一个较大的扭转角，可以保证一个较好的测扭精度。但是，目前航空涡轴发动机在朝向紧凑型发展，对于功率后输出的发动机，动力涡轮轴的跨距通常较短，同时受到发动机的结构限制，动力涡轮转子多为悬臂转子，为满足动力涡轮抓着你顺利通过临界转速，此时往往需要涡轮轴具有较大的抗弯刚度，即轴外径足够大，而涡轮轴外径过大势必会造成轴的抗扭刚度也大，从而造成扭角过小，过小的扭角通常精度较低，实际工程意义不大，因此在此种情况下，涡轴发动机就不能在发动机内部测扭。因此，本领域技术人员提供了一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和缺陷的至少一个方面。根据本专利技术的一个方面，提供一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，包括：动力涡轮轴，所述动力涡轮轴一端为动力输入端，另一端为动力输出端，所述动力输入端与动力输出端之间为细轴；加强筋，所述加强筋设有若干个，且其均匀设于所述细轴外周壁；基准轴，其一端适于装配在所述动力输入端上，另一端适于装配在所述动力输出端上；测扭环，所述测扭环适于装配在所述动力输出端上，与基准轴配合使用来测量扭矩。根据本专利技术的一个实例性的实施例，所述动力输入端靠近细轴的一端设有轴环，所述动力输入端在所述轴环与细轴之间均匀设有第一销孔；所述动力输出端靠近细轴的一端设有轴肩，所述轴肩上均匀设有第二销孔。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述细轴可以为实心，也可以为空心，根据发动机实际需求进行选择。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述加强筋数量选取为质数，加强筋的具体数量与具体尺寸根据实际情况，通过计算和试验分析最终确定出合适尺寸；因为加强筋周向不连续，所以本具测扭功能的紧凑型涡轮轴测扭段的扭转刚度主要由细轴承担，加强筋对抗扭刚度的贡献较小；同时，外部加强筋结构类似于工字梁结构，工字梁在其纵截面方向具有较高的抗弯刚度，解决了细轴抗弯能力不足的问题。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述基准轴的轴向长度小于动力涡轮轴但大于细轴，基准轴套设在动力涡轮轴上，基准轴一端与轴环的立面贴合，基准轴另一端套在轴肩上；基准轴靠近轴环一端均匀设有基准轴销孔，基准轴另一端均匀设有第一测扭齿。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述基准轴靠近轴环一端与动力涡轮轴为过渡配合，限制基准轴靠近轴环一端与动力涡轮轴的相对转动；基准轴另一端与轴肩为间隙配合，保证基准轴可以顺利在轴肩上进行转动，使得基准轴与测扭环可以配合使用实现测扭功能。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述基准轴销孔与第一销孔相对应设置，二者与第一销钉配合使用，用于限制基准轴在动力涡轮轴上的轴向位移。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述测扭环套设在轴肩上，测扭环上均匀设有测扭环销孔，且其一端均匀设有第二测扭齿。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述测扭环销孔与第二销孔相对应设置，二者与第二销钉配合使用，用于限制测扭环在动力涡轮轴上的轴向位移。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述第一测扭齿和第二测扭齿在非工作状态时，二者之间呈90°夹角。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、通过本专利技术设置的细轴与其表面的加强筋，实现紧凑型涡轮轴的测扭功能，由于外部加强筋周向不连续，本具测扭功能的紧凑型涡轮轴测扭段的扭转刚度主要由细轴承担，外部加强筋对抗扭刚度的贡献较小；同时，外部加强筋结构类似于工字梁结构，工字梁在其纵截面方向具有较高的抗弯刚度，解决了细轴抗弯能力不足的问题。2、通过本专利技术设置的基准轴，基准轴长度大于细轴及加强筋长度，使得基准轴可以将细轴和加强筋完全包括在内部，从而避免动力涡轮轴直接暴露在油气环境中，减小加强筋摩擦，消除或减弱加强筋所带来的鼓风效应，避免鼓风损失。附图说明为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构爆炸图；图2为一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构整体装配示意图；图3为一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构剖视图；图4为动力涡轮轴主观图；图5为空心细轴剖视图；图6为实心细轴剖视图；图7为实验涡轮粗轴示意图；图8为实验涡轮细轴示意图；图9为测扭环与基准轴非工作状态剖视图；图10为测扭环与基准轴工作状态剖视图。图中：1、动力涡轮轴；101、动力输入端；102、动力输出端；103、细轴；104、加强筋；105、轴环；106、轴肩；107、第一销孔；108、第二销孔；2、基准轴；201、基准轴销孔；202、第一测扭齿；3、测扭环；301、测扭环销孔；302、第二测扭齿；4、第一销钉；5、第二销钉；6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，其特征在于，包括:/n动力涡轮轴(1)，所述动力涡轮轴(1)一端为动力输入端(101)，另一端为动力输出端(102)，所述动力输入端(101)与动力输出端(102)之间为细轴(103)；/n加强筋(104)，所述加强筋(104)设有若干个，且其均匀设于所述细轴(103)外周壁；/n基准轴(2)，其一端适于装配在所述动力输入端(101)上，另一端适于装配在所述动力输出端(102)上；/n测扭环(3)，所述测扭环(3)适于装配在所述动力输出端(102)上，与基准轴(2)配合使用来测量扭矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，其特征在于，包括:
动力涡轮轴(1)，所述动力涡轮轴(1)一端为动力输入端(101)，另一端为动力输出端(102)，所述动力输入端(101)与动力输出端(102)之间为细轴(103)；
加强筋(104)，所述加强筋(104)设有若干个，且其均匀设于所述细轴(103)外周壁；
基准轴(2)，其一端适于装配在所述动力输入端(101)上，另一端适于装配在所述动力输出端(102)上；
测扭环(3)，所述测扭环(3)适于装配在所述动力输出端(102)上，与基准轴(2)配合使用来测量扭矩。


2.根据权利要求1所述的一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，其特征在于，所述动力输入端(101)靠近细轴(103)的一端设有轴环(105)，所述动力输入端(101)在所述轴环(105)与细轴(103)之间均匀设有第一销孔(107)；所述动力输出端(102)靠近细轴(103)的一端设有轴肩(106)，所述轴肩(106)上均匀设有第二销孔(108)。


3.根据权利要求1所述的一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，其特征在于，所述加强筋(104)数量选取为质数。


4.根据权利要求1所述的一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，其特征在于，所述基准轴(2)的轴向长度小于动力涡轮轴(1)但大于细轴(103)，基准轴(2)套设在动力涡轮轴(1)上，基准轴(...

【专利技术属性】
技术研发人员：余索远，包幼林，行峰涛，冯磊，段兵兵，张婷婷，李立新，成文娟，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43