一种碳纤维叶片叶根连接结构制造技术

本发明专利技术属于叶片安装结构技术领域，尤其涉及一种碳纤维叶片叶根连接结构，包括锁紧开环、锁紧整环、连接螺钉和金属芯轴，叶根呈圆柱状，金属芯轴预埋固定在叶根内，叶根的外周上沿其轴向依次设置有第一环槽和第二环槽，第一环槽靠近叶根的后端设置，第一环槽的两侧壁均为圆锥面，第二环槽靠近第一环槽的侧壁也为圆锥面；锁紧开环套设在叶根上，锁紧开环的内圆周上延伸有与第一环槽配合的第一凸缘和与第二环槽配合的第二凸缘，锁紧开环的外周逐渐向叶根的后端收缩，叶根穿过轮毂内环，锁紧开环的前端与轮毂内环相抵，锁紧整环套设在锁紧开环上，连接螺钉用于将锁紧整环与金属芯轴固接，当连接螺钉拧紧时，锁紧整环逐渐向锁紧开环抱紧。环抱紧。环抱紧。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维叶片叶根连接结构


[0001]本专利技术属于叶片安装结构
，尤其涉及一种碳纤维叶片叶根连接结构。

技术介绍

[0002]压缩机或发动机叶片在旋转过程中转速很大，因此叶片在旋转时会产生较大离心力，该离心力由叶片固定在轮毂上的叶根承受。碳纤维复合材料具有重量轻、热变形小、强度及韧性较高的特点，适合制造对重量有严格要求的叶片。复合材料因为螺纹孔强度低，使用中易磨损，所以在使用中不会在复合材料上开螺纹孔。目前常规的解决方案是利用金属接头进行过渡处理，但是金属接头的使用会增加结构的重量。
[0003]碳纤维复合材料沿纤维方向具有高强度的特点，强度高达2300MPa，但是在厚度方向通过树脂进行粘接，所以强度较低，一般厚度方向层间强度约为400MPa。
[0004]碳纤维叶片在运转过程中主要是受沿半径方向的拉力，但是因为叶片根部需要与轮毂固定，所以也需要承担一定的压力。本申请的目的是为了能够充分发挥碳纤维复合材料沿纤维方向受拉强度高的性能的同时，又能避免因为压应力过大造成的层间的破坏。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的碳纤维叶片的根部径向强度较低的问题，本专利技术提供一种碳纤维叶片叶根连接结构。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下，一种碳纤维叶片叶根连接结构，包括锁紧组件、保险组件和金属芯轴，所述叶根呈圆柱状，所述金属芯轴预埋固定在叶根内，所述叶根的外周上沿其轴向依次设置有第一环槽和第二环槽，所述第一环槽靠近叶根的后端设置，所述第一环槽的两侧壁均为圆锥面，所述第二环槽靠近第一环槽的侧壁也为圆锥面；
[0007]所述锁紧组件包括锁紧开环、锁紧整环和连接螺钉，所述锁紧开环套设在叶根上，所述锁紧开环的内圆周上延伸有与第一环槽配合的第一凸缘和与第二环槽配合的第二凸缘，所述锁紧开环的外周逐渐向叶根的后端收缩，所述叶根穿过轮毂内环，所述锁紧开环的前端与轮毂内环相抵，所述锁紧整环套设在锁紧开环上，所述连接螺钉用于将锁紧整环与金属芯轴固定连接，当所述连接螺钉拧紧时，所述锁紧整环逐渐向锁紧开环抱紧；
[0008]所述保险组件包括保险螺栓和压紧块，所述压紧块转动设置在保险螺栓的下部，所述锁紧整环的外周上开设有若干压紧环槽，若干所述压紧环槽沿锁紧整环的轴向依次分布，所述保险螺栓与轮毂内环连接，所述轮毂内环上开设有用于限位压紧块转动的限位槽，当所述保险螺栓拧紧时，所述压紧块与压紧环槽配合将锁紧整环压紧在锁紧开环上。
[0009]作为优选，所述碳纤维叶片由内至外依次包括碳梁和碳纤维蒙皮，所述金属芯轴预埋固定在碳梁的后端，所述叶根处的碳梁由内至外依次包括第一碳梁层和第二碳梁层，所述叶根处的碳梁上沿其轴向依次设置有第一丢层和第二丢层，所述第一丢层靠近叶根的后端设置，所述第一丢层位于第一碳梁层的内部，所述第一丢层处仅设置所述第一碳梁层，
所述第二丢层位于第一碳梁层和第二碳梁层之间，所述第一丢层和第二丢层之间形成所述第一环槽，所述第二丢层远离第一丢层的一侧形成所述第二环槽。在该碳纤维叶片加工制造的同时形成第一环槽和第二环槽，便于第一环槽和第二环槽的加工制造；第二环槽处的碳纤维蒙皮和第二碳梁层为受力层，承受了该碳纤维叶片旋转过程中部分拉力；第一环槽处的第一碳梁层为受力层，第一碳梁层从第二碳梁层的内部穿过与叶身连成一体，承受了该碳纤维叶片旋转过程中剩余的拉力；第一环槽和第二环槽一起承受了该碳纤维叶片旋转过程中的压应力，相应的受压面积远大于单个锥面，增加了叶根的可靠性。
[0010]作为优选，所述第一环槽的两个所述圆锥面的角度均为45
°
，所述第二环槽的圆锥面的角度为45
°
。
[0011]作为优选，所述锁紧开环的外圆锥面的角度为11
°
。
[0012]作为优选，所述碳梁包括依次设置的片状部、过渡部和柱状部，所述片状部位于该碳纤维叶片的叶身处，所述过渡部和柱状部位于该碳纤维叶片的叶根处，所述片状部的两侧均设置有叶身泡沫缘，所述叶身泡沫缘也位于碳纤维蒙皮内；所述金属芯轴预埋固定在柱状部的后端，所述碳梁内设置有过渡段，所述过渡段与金属芯轴靠近叶身的一端连接。该碳纤维叶片整体采用碳纤维复合材料，叶身部位局部采用叶身泡沫缘进行填充，重量大大减轻，金属芯轴保证该碳纤维叶片与压缩机轮毂连接的可靠性，过渡段形成金属芯轴和碳梁间的柔性过渡，防止该处因刚度梯度过大造成的应力集中。
[0013]作为优选，所述金属芯轴呈哑铃型，所述金属芯轴的中部向其两端平滑过渡，所述金属芯轴的端部截面均呈多边形；所述过渡段的一端呈球状，其另一端呈圆锥状，所述金属芯轴的一端向内凹陷，所述过渡段的球状端位于金属芯轴的凹陷内，所述过渡段的圆锥状端远离金属芯轴收缩；所述金属芯轴的材质采用钛合金，所述过渡段的材质由碎碳纤和低温树脂混合制成。有效防止金属芯轴在碳梁内产生相对轴向和角向位移，提高该碳纤维叶片的安装精度；过渡段的设计更加合理可靠，过渡段更有效的形成金属芯轴和碳梁间的柔性过渡，防止该处因刚度梯度过大造成的应力集中。
[0014]作为优选，位于所述叶根处的碳纤维蒙皮外设置有碳纤维缠绕层，所述碳纤维缠绕层包括沿叶根轴向依次分布的第一缠绕层和第二缠绕层，所述第一缠绕层和第二缠绕层之间设置有防扭块，所述叶根依次穿过压缩机的轮毂外环和轮毂内环，所述轮毂内环位于防扭块和锁紧开环之间；所述锁紧开环和轮毂内环，以及防扭块和轮毂内环之间均设置有弹性件，所述叶根与轮毂外环之间设置有垫圈。碳纤维缠绕层增强叶根的整体性，防扭块保证该碳纤维叶片与压缩机轮毂的装配关系，有效防止该碳纤维叶片周向扭动。
[0015]进一步地，所述压紧块呈与压紧环槽配合的环形，所述保险螺栓上开设有连接环槽，所述压紧块上设置有与连接环槽转动配合的连接凸缘。压紧块的转动设置简单可靠，结构设计巧妙，便于加工制造。
[0016]进一步地，所述锁紧开环和锁紧整环的材质均选用钛合金。保证锁紧开环和锁紧整环具有一定的强度，提高锁紧整环和锁紧开环的锁紧功能。
[0017]有益效果：本专利技术的碳纤维叶片叶根连接结构，连接螺钉依次穿过锁紧整环和锁紧开环拧紧在金属芯轴上，因金属芯轴预埋固定在叶根内，金属芯轴不会被连接螺钉拉出，同时，锁紧整环的内圆锥面和锁紧开环的外圆锥面配合，连接螺钉带动锁紧整环不断压紧锁紧开环，使锁紧开环在拉力的作用下不被撑开，锁紧开环的前端紧贴轮毂内环，锁紧开环
的第一凸缘的圆锥面与第一环槽的圆锥面紧贴，锁紧开环的第二凸缘的两个圆锥面与第二环槽的两个圆锥面紧贴，即第一环槽和第二环槽一起承受了该碳纤维叶片旋转过程中的压应力，避免在该碳纤维叶片上开螺纹孔，又能增加受力面积，增加了叶根的可靠性，该叶根连接结构具有结构可靠、安全性好、抗拉强度高的特点，降低运行过程中的叶根断裂的风险；本专利技术的碳纤维叶片叶根连接结构，保险螺栓与轮毂内环连接，此时，压紧块位于限位槽内，拧紧保险螺栓，直至压紧块压紧在对应的锁紧整环上的压紧环槽内，因压紧块和压紧环槽的配合，进一步使锁紧整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维叶片叶根连接结构，其特征在于：包括锁紧组件(1)、保险组件(2)和金属芯轴(3)，所述叶根(5)呈圆柱状，所述金属芯轴(3)预埋固定在叶根(5)内，所述叶根(5)的外周上沿其轴向依次设置有第一环槽(5
‑
1)和第二环槽(5
‑
2)，所述第一环槽(5
‑
1)靠近叶根(5)的后端设置，所述第一环槽(5
‑
1)的两侧壁均为圆锥面，所述第二环槽(5
‑
2)靠近第一环槽(5
‑
1)的侧壁也为圆锥面；所述锁紧组件(1)包括锁紧开环(1
‑
1)、锁紧整环(1
‑
2)和连接螺钉(1
‑
3)，所述锁紧开环(1
‑
1)套设在叶根(5)上，所述锁紧开环(1
‑
1)的内圆周上延伸有与第一环槽(5
‑
1)配合的第一凸缘(1
‑
11)和与第二环槽(5
‑
2)配合的第二凸缘(1
‑
12)，所述锁紧开环(1
‑
1)的外周逐渐向叶根(5)的后端收缩，所述叶根(5)穿过轮毂内环(13)，所述锁紧开环(1
‑
1)的前端与轮毂内环(13)相抵，所述锁紧整环(1
‑
2)套设在锁紧开环(1
‑
1)上，所述连接螺钉(1
‑
3)用于将锁紧整环(1
‑
2)与金属芯轴(3)固定连接，当所述连接螺钉(1
‑
3)拧紧时，所述锁紧整环(1
‑
2)逐渐向锁紧开环(1
‑
1)抱紧；所述保险组件(2)包括保险螺栓(2
‑
1)和压紧块(2
‑
2)，所述压紧块(2
‑
2)转动设置在保险螺栓(2
‑
1)的下部，所述锁紧整环(1
‑
2)的外周上开设有若干压紧环槽(1
‑
21)，若干所述压紧环槽(1
‑
21)沿锁紧整环(1
‑
2)的轴向依次分布，所述保险螺栓(2
‑
1)与轮毂内环(13)连接，所述轮毂内环(13)上开设有用于限位压紧块(2
‑
2)转动的限位槽(13
‑
1)，当所述保险螺栓(2
‑
1)拧紧时，所述压紧块(2
‑
2)与压紧环槽(1
‑
21)配合将锁紧整环(1
‑
2)压紧在锁紧开环(1
‑
1)上。2.根据权利要求1所述的碳纤维叶片叶根连接结构，其特征在于：所述碳纤维叶片由内至外依次包括碳梁(6)和碳纤维蒙皮(7)，所述金属芯轴(3)预埋固定在碳梁(6)的后端，所述叶根(5)处的碳梁(6)由内至外依次包括第一碳梁层(6
‑
1)和第二碳梁层(6
‑
2)，所述叶根(5)处的碳梁(6)上沿其轴向依次设置有第一丢层(6
‑
3)和第二丢层(6
‑
4)，所述第一丢层(6
‑
3)靠近叶根(5)的后端设置，所述第一丢层(6
‑
3)位于第一碳梁层(6
‑
1)的内部，所述第一丢层(6
‑
3)处仅设置所述第一碳梁层(6
‑
1)，所述第二丢层(6
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，韩旭，肖卫华，刘煜，马婷，张辰，何元清，王颖，
申请(专利权)人：江苏航宇航空装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：