[發(fā)明專利]一種樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)及具有其的航空發(fā)動機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910701930.2
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110454235B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李佳;曹航;伊鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)沈陽發(fā)動機(jī)研究所
• 主分類號: F01D5/30
• 分類號: F01D5/30
• 代理公司: 北京航信高科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請涉及一種樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)，屬于航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，所述樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)包括榫頭和輪緣凸塊，其中，所述輪緣凸塊至少具有兩個輪緣齒，相鄰兩個輪緣齒之間具有輪緣花槽，所述輪緣花槽包括依次連接在一起的輪緣反向圓弧、輪緣第一小圓弧、輪緣大圓弧及輪緣第二小圓弧，所述榫頭至少具有兩個榫頭齒，相鄰兩個榫頭齒之間具有榫頭花槽，所述榫頭花槽包括依次連接在一起的榫頭小圓弧和榫頭大圓弧。本申請的樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)能夠消除局部應(yīng)力過高帶來的安全隱患，同時通過合理優(yōu)化榫齒剛度提升了盤榫工作面配合可靠性，該結(jié)構(gòu)相對傳統(tǒng)盤榫連接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了減重約1％～3％。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)及具有其的航空發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)

目前航空發(fā)動機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子通常采用樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)渦輪盤和葉片的裝配，如圖1a和圖1b所示的兩齒型樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)和三齒型樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，榫頭1通過若干齒與輪緣凸塊2連接，此結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)設(shè)計空間狹小、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、應(yīng)力集中明顯等特點(diǎn)。因此。樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)設(shè)計一向是渦輪部件的設(shè)計難點(diǎn)，然而隨著航空發(fā)動機(jī)對性能更高的要求，渦輪部件的工作環(huán)境越發(fā)苛刻，傳統(tǒng)的樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)中局部應(yīng)力高、可靠性低的缺點(diǎn)越發(fā)明顯，已無法滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計要求。

傳統(tǒng)的樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)通常采用齒間單圓弧過渡設(shè)計，然而此種結(jié)構(gòu)存在以下突出問題：

1)如圖2所示，由于榫頭1、輪緣凸塊2齒間喉部空間較小，齒間單圓弧過渡設(shè)計會導(dǎo)致喉部R角尺寸設(shè)計空間嚴(yán)重受限，通常圓弧半徑最大難以超過2mm，進(jìn)而導(dǎo)致喉部應(yīng)力集中問題凸顯，影響結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性；

2)如圖3所示，榫頭1、輪緣凸塊2榫齒的齒距和齒頂角是影響榫齒剛度的關(guān)鍵參數(shù)，由于喉部R角尺寸受限，齒距和齒頂角的調(diào)整范圍也十分有限，難以合理設(shè)計榫齒剛度，若在齒面輪廓度范圍內(nèi)的接觸過渡工況，榫齒彈性補(bǔ)償能力較差，會導(dǎo)致各齒面配合狀態(tài)存在較大差異，各工作面載荷最大差異可達(dá)50％，進(jìn)而導(dǎo)致某一榫齒承受過大載荷，誘發(fā)微動磨損，導(dǎo)致榫齒失效。

為此，需要一種樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)以解決局部應(yīng)力集中問題，保證盤榫連接部位工作可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的是提供了一種樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)及具有其的航空發(fā)動機(jī)，以解決上述任一問題。

在一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)，所述樅樹型盤榫連接結(jié)構(gòu)包括榫頭和輪緣凸塊，其中，所述輪緣凸塊至少具有兩個輪緣齒，相鄰兩個輪緣齒之間具有輪緣花槽，所述輪緣花槽包括依次連接在一起的輪緣反向圓弧、輪緣第一小圓弧、輪緣大圓弧及輪緣第二小圓弧，所述榫頭至少具有兩個榫頭齒，相鄰兩個榫頭齒之間具有榫頭花槽，所述榫頭花槽包括依次連接在一起的榫頭小圓弧和榫頭大圓弧。

在本申請一實(shí)施方式中，所述輪緣大圓弧至少是所述輪緣第一小圓弧的六倍以上。

在本申請一實(shí)施方式中，所述榫頭大圓弧至少是所述榫頭小圓弧的四倍以上。

在本申請一實(shí)施方式中，所述輪緣凸塊的輪緣花槽距輪緣邊緣具有輪緣喉部，所述輪緣喉部的寬度不小于所述輪緣喉部所在半徑高度周長的/n，n為葉片數(shù)量。

在本申請一實(shí)施方式中，所述輪緣凸塊的輪緣齒包括至少一個輪緣承力齒和輪緣根部齒，所述輪緣承力齒具有輪緣輪緣承力齒厚，所述輪緣根部齒具有輪緣根部齒厚，所述輪緣輪緣承力齒厚大于所述輪緣根部齒厚。

在本申請一實(shí)施方式中，所述榫頭的榫頭齒包括至少一個榫頭承力齒和榫頭根部齒，所述所述承力齒具有榫頭承力齒厚，所述榫頭根部齒具有榫頭根部齒厚，所述榫頭承力齒厚小于所述榫頭根部齒厚。

在本申請一實(shí)施方式中，所述榫頭承力齒與所述輪緣花槽之間具有垂直于葉片軸線的間隙。

在本申請一實(shí)施方式中，所述榫頭承力齒與所述輪緣花槽之間具有沿葉片軸線的間隙。