轮盘、发动机及提高轮盘疲劳寿命的方法技术

本发明专利技术公开了一种轮盘，包括叶片盘一、叶片盘二、叶片盘三和连接部，所述叶片盘一上设有安装孔一，叶片盘二设有安装孔二，叶片盘三设有安装孔三，连接部包括一端带有固定帽的连接杆和与连接杆配套使用的螺母，连接杆的另一端的外表面上设有外螺纹，连接杆依次穿过安装孔一、安装孔二和安装孔三并通过螺母套设在连接杆的外螺纹上进行固定，螺母与固定帽之间的连接杆的外表面上设有若干个环形设置的凸肩，凸肩与安装孔一和/或安装孔二间隙配合，凸肩与安装孔三间隙配合；本发明专利技术还公开了包括上述轮盘的发动机及一种提高轮盘疲劳寿命的方法。本发明专利技术可以解决现有的轮盘在叶片盘辐板处的螺栓孔的应力较大而导致的轮盘疲劳寿命较低的技术问题。的技术问题。的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
轮盘、发动机及提高轮盘疲劳寿命的方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，特别地，涉及一种轮盘及含该轮盘的发动机。此外，本专利技术还涉及一种包括上述轮盘或发动机的提高轮盘疲劳寿命的方法。

技术介绍

[0002]燃气涡轮发动机多级轴流式的压气机大量采用了盘
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鼓式结构，即叶片盘之间使用圆柱型的鼓筒结构连接，各级叶片盘之间采用螺栓连接，如图1所示。对于每一级叶片盘，一般都具有叶片、轮毂、辐板以及轮心等4个典型结构特征。其中叶片为压气机的做功构件，分布在叶片盘的最外缘，数量由十几个至数十个不等，叶片盘在旋转过程中叶片对气流进行压缩做功。轮毂则是整环的结构，对于整体式叶片盘，叶片与轮毂为同一实体；对于榫槽式设计，轮毂上加工有榫槽，叶片则加工有榫头，叶片通过榫接安装在轮毂上。由于离心力的作用，如果一级叶片盘仅有叶片和轮毂，则发动机工作时叶片将会在巨大的离心力作用下造成轮毂破裂，因此需要有辐板和轮心的实体结构将叶片和轮毂约束住。辐板之所以比轮心要薄，是因为对于同样质量的实体，在半径大的地方比在半径小的地方会产生更大的离心力。如果辐板具有与轮心同样的厚度，非但不能为叶片和轮毂提供更大的约束力，辐板本身产生的离心力将会使轮心本身发生破裂。典型的轴流式叶片盘都具有上述几种明显的结构特征。
[0003]如图1所示，对于中间的那一级叶片盘，使用了螺栓与前、后叶片盘的安装边进行固定，中间的叶片盘的辐板上设计了螺栓孔。对于中间的叶片盘而言，由上文所述，在离心力的作用下，辐板本身承受了巨大的应力，在辐板位置打孔，则会造成孔周围的实体出现应力集中的现象，特别是对于高转速、高负载，并且对减重要求十分严格的叶片盘设计，螺栓孔处的应力往往会接近材料本身的极限，理想状态下，螺栓的位置位于螺栓孔的中间，如图2所示。当发动机在工作时，由于离心力的作用，螺栓将会被甩到远离发动机轴线的位置。如图3所示，在叶片盘的螺纹孔内及安装边的螺纹孔内，螺栓杆将会挨着螺栓孔的边沿。如图4所示，在高转速之下，由于螺栓头和螺母悬空在两边，离心力作用在螺栓头和螺母上将使螺栓杆发生弯曲，弯曲到一定程度甚至会顶住中间那一级叶片盘辐板处的螺栓孔的孔壁，产生挤压作用，使螺纹孔处的轮盘疲劳寿命降低。由前文可知，辐板处的螺栓孔本身就是应力比较大的部位，螺栓杆挤压孔壁将会造成孔的应力进一步增加。对于静强度满足设计要求的叶片盘，螺栓孔的应力会在材料的许用应力范围以内。但对于疲劳寿命而言，较高的应力将会使零件的疲劳寿命降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种轮盘、发动机及提高轮盘疲劳寿命的方法，以解决现有的轮盘在叶片盘辐板处的螺栓孔的应力较大而导致的轮盘疲劳寿命较低的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种轮盘，包括叶片盘一、叶片盘二、叶片盘三和连接部，所述叶片盘二的辐板夹紧在叶片盘一的法兰边与叶片盘三的法兰边之间，所述叶片
盘一的法兰边上设有安装孔一，叶片盘二的辐板上设有安装孔二，叶片盘三的法兰边上设有安装孔三，安装孔一、安装孔二和安装孔三的孔径一致且三个安装孔同轴布设，所述连接部包括一端带有固定帽的连接杆和与连接杆配套使用的螺母，所述连接杆的另一端的外表面上设有外螺纹，连接杆依次穿过安装孔一、安装孔二和安装孔三用于将叶片盘一、叶片盘二和叶片盘三依次连接并通过螺母套设在连接杆的外螺纹上进行固定，所述螺母与固定帽之间的连接杆的外表面上设有若干个环形设置的凸肩，安装孔一和/或安装孔二与所述凸肩间隙配合，安装孔三与所述凸肩间隙配合。
[0006]作为上述技术方案的进一步改进：所述凸肩凸出于连接杆表面的凸出高度为0.4～0.8mm。
[0007]进一步地，所述凸肩与安装孔一和/或安装孔二和/或安装孔三之间的配合间隙为0.04～0.11mm。
[0008]进一步地，若干个所述凸肩包括至少一个与安装孔一配合的凸肩一和至少一个与安装孔三配合的凸肩三，且凸肩一的直径等于凸肩三的直径。
[0009]进一步地，所述凸肩一的侧面轴向长度等于等于凸肩直径的1/3至安装孔一的轴向长度范围内的任意一个数值，所述凸肩三的侧面轴向长度等于等于凸肩直径的1/3至安装孔三的轴向长度范围内的任意一个数值。
[0010]进一步地，若干个所述凸肩还包括至少一个与安装孔二配合的凸肩二，所述凸肩二的侧面轴向长度等于1mm至安装孔二的轴向长度的1/2范围内的任意一个数值，所述凸肩二设置在安装孔二的一端孔口内。
[0011]进一步地，所述凸肩二设置在安装孔二的靠近安装孔一的一端孔口内，所述凸肩一的侧面轴向长度等于1mm至安装孔一的轴向长度的1/2范围内的任意一个数值，所述凸肩三的侧面轴向长度等于等于凸肩直径的1/3至安装孔三的轴向长度范围内的任意一个数值；或者，所述凸肩二设置在安装孔二的靠近安装孔三的一端孔口内，所述凸肩一的侧面轴向长度等于等于凸肩直径的1/3至安装孔一的轴向长度范围内的任意一个数值，所述凸肩三的侧面轴向长度等于1mm至安装孔三的轴向长度的1/2范围内的任意一个数值。进一步地，所述凸肩的宽度尺寸沿径向向中轴线的方向呈逐渐增加的趋势过渡。
[0012]本专利技术的轮盘上述论述中，凸肩的轴向长度为凸肩直径的三分之一以上时，即可认为属于宽肩设计，宽肩设计的最大长度不能超过其所在安装孔的长度，以避免凸肩跨过两处孔造成容易受剪切。凸肩的轴向长度小于直径的三分之一时即认为属于窄肩设计，但是窄肩的实际设计时其轴向长度一般按小于其所在安装孔的轴向长度1/2设计(一般情况下，所在安装孔的轴向长度1/2肯定小于凸肩直径的三分之一)，最小不能小于1mm。小于1mm一是会大大增加了加工难度，二是会容易对孔造成压伤。
[0013]本专利技术的轮盘的设计主要目的在于在螺杆上增加凸肩以抑制工作状态下的变形。如下图所示，在离心力作用下，右边悬空部分发生变形，由于宽肩的存在，会大大抑制连接杆的变形，凸肩一和凸肩二一起实际上相当于一个宽肩的功能。因此，当取消凸肩二时，凸肩一必须为宽肩。同理，如果将凸肩三改为窄肩设计，则在安装孔二靠近右边的孔口必须增加一处窄肩。
[0014]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种发动机，其包括上述所述的轮盘。
[0015]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种提高轮盘疲劳寿命的方法，包括上述所述
的轮盘或包括上述所述的发动机，具体包括如下步骤：
[0016]S1、根据现有的螺母的型号确定连接杆的直径，根据连接杆的直径确定凸肩的高度；
[0017]S2、将叶片盘一的安装边、叶片盘二的辐板、叶片盘三的安装边三者紧密对齐，采用钻孔设备依次加工出孔径符合设计要求的安装孔一、安装孔二和安装孔三；
[0018]S3、确定凸肩的数量，并根据凸肩的数量以及安装孔一、安装孔二和安装孔三的轴向长度确定每个凸肩的宽度及位置；
[0019]S4、根据步骤S2的结果，使用车削设备加工出带有凸肩及外螺纹的连接杆，将连接杆依次穿入安装孔一、安装孔二和安装孔三内，使用螺母套设在外螺纹上并拧紧螺母进行固定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮盘，包括叶片盘一(1)、叶片盘二(2)、叶片盘三(3)和连接部(4)，所述叶片盘二(2)的辐板夹紧在叶片盘一(1)的法兰边与叶片盘三(3)的法兰边之间，所述叶片盘一(1)的法兰边上设有安装孔一(11)，叶片盘二(2)的辐板上设有安装孔二(21)，叶片盘三(3)的法兰边上设有安装孔三(31)，安装孔一(11)、安装孔二(21)和安装孔三(31)的孔径一致且三个安装孔同轴布设，所述连接部(4)包括一端带有固定帽(41)的连接杆(42)和与连接杆(42)配套使用的螺母(43)，所述连接杆(42)的另一端的外表面上设有外螺纹，连接杆(42)依次穿过安装孔一(11)、安装孔二(21)和安装孔三(31)用于将叶片盘一(1)、叶片盘二(2)和叶片盘三(3)依次连接并通过螺母(43)套设在连接杆的外螺纹上进行固定，其特征在于，所述螺母(43)与固定帽之间的连接杆(42)的外表面上设有若干个环形设置的凸肩(5)，安装孔一(11)和/或安装孔二(21)与所述凸肩(5)间隙配合，安装孔三(31)与所述凸肩(5)间隙配合。2.根据权利要求1所述的轮盘，其特征在于，所述凸肩(5)凸出于连接杆(42)表面的凸出高度为0.4～0.8mm。3.根据权利要求1所述的轮盘，其特征在于，所述凸肩(5)与安装孔一(11)和/或安装孔二(21)之间的配合间隙为0.04～0.11mm，凸肩(5)与安装孔三(31)之间的配合间隙为0.04～0.11mm。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的轮盘，其特征在于，若干个所述凸肩(5)包括至少一个与安装孔一(11)配合的凸肩一(51)和至少一个与安装孔三(31)配合的凸肩三(53)，且凸肩一(51)的直径等于凸肩三(53)的直径。5.根据权利要求4所述的轮盘，其特征在于，所述凸肩一(51)的侧面轴向长度等于凸肩直径的1/3至安装孔一(11)的轴向长度范围内的任意一个数值，所述凸肩三(53)的侧面轴向长度等于凸肩直径的1/3至安装孔三(31)的轴向长度范围内的任意一个数值。6.根据权利要求4所述的轮盘，其特征在于，若干个所述凸肩(5)还包括至少一个与安装孔二(21)配合的凸肩二(52...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱银方，劳贤豪，扶宗礼，贺象，邓敬亮，
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：