一种发动机转子柔性支承转接结构的制作方法

1.本发明涉及民用航空设备技术领域，尤其是指一种发动机转子柔性支承转接结构。


背景技术：

2.随着发动机技术研究的深入，发动机转子部件在使用状态下的温度、应力状态成为当前关注的重点。测量发动机转子部件如叶片等的温度、应力状态，目前公认最好的方法是采用测试系统，测试系统的静子安装在发动机静子上，测试系统转子安装在发动机转子上，在发动机转子的被测位置粘贴应变片，将测量导线从发动机转轴中心引出，测量导线接入测试系统转子，通过测试技术将信号传输给测试系统静子，而后传输到静止的采集系统。
3.测试系统一般布置在发动机尾部，这种布置形式可以避免测试系统受发动机高温、高压的影响，降低测量信号受到的干扰，但由于发动机转子柔性大，导致其尾部与静子之间有相对较大的轴向位移和横向位移，而测试系统由于信号传输的限制，其转子和静子之间的相对位置苛刻，因而测试系统无法直接安装在发动机尾部，只能在二者之间设计一种柔性支承转接结构，来补偿发动机长转子与静子间的相对位移，从而保证测试系统的转子和静子之间相对位置稳定，实现测量信号的稳定传输。因此，如何提供一种可靠的、补偿能力满足要求的柔性支承转接结构成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种发动机转子柔性支承转接结构，安装该转接结构后输出的发动机转子与静子间隙控制稳定，保证测试系统的转子和静子之间相对位置稳定，实现测量信号的稳定传输。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种发动机转子柔性支承转接结构，包括：转接结构外壳组件，其用于连接发动机和测试系统，所述发动机包括发动机静子和发动机转子，所述测试系统包括测试系统静子和测试系统转子，所述转接结构外壳组件分别与所述发动机静子和所述测试系统静子相连；转子支承组件，其安装在转接结构外壳组件内部；转子柔性连接组件，所述转子支承组件的一侧与所述测试系统转子相连接，另一侧通过所述转子柔性连接组件与所述发动机转子相连接。
6.在本发明的一种实施方式中，所述转接结构外壳组件包括主体结构、轴承套、左侧端盖和右侧端盖；所述主体结构包括安装腔，所述主体结构设有通气孔；所述轴承套设于所述安装腔内，所述轴承套与所述安装腔之间形成冷却通孔；所述左侧端盖安装在所述安装腔的左端并设有第一冷气孔；安装在所述安装腔的右端并设有第二冷气孔；其中，所述冷却通孔分别与所述第一冷气孔和所述第二冷却孔连通并形成冷气通道。
7.在本发明的一种实施方式中，所述转接结构外壳组件还包括热电偶，所述轴承套外壁设有热电偶孔；所述热电偶穿过所述主体结构和轴承套并用于测量轴承套中轴承外环
温度。
8.在本发明的一种实施方式中，所述主体结构包括柱状壳体和延伸于所述柱状壳体的喇叭状壳体；所述安装腔设于所述柱状壳体内；所述喇叭状壳体外壁设有可拆卸的观察窗，所述通气孔设于所述观察窗上；所述喇叭状壳体上安装有用于测量所述内部柔性连接组件的振动位移传感器。
9.在本发明的一种实施方式中，所述轴承套轴向一端设有安装环面，所述安装环面周向分布有冷气孔，所述轴承套外壁轴向分布有轴向设置的冷却肋片；冷却气体穿过右侧端盖的第二冷却孔、冷却肋片、冷气孔和左侧端盖的第一冷却孔，并形成所述冷气通道。
10.在本发明的一种实施方式中，所述转子支承组件包括主轴、轴承一、套筒、轴承二、杯型垫圈、锁紧螺母、转接法兰和锁紧螺栓；所述主轴通过轴承一和轴承二安装在轴承套内部，所述套筒安装在轴承一外侧；所述左侧端盖与所述主轴左端之间形成密封结构；所述杯型垫圈和锁紧螺母依次安装于所述主轴右端，所述右侧端盖与杯型垫圈之间形成密封结构；所述转接法兰通过锁紧螺栓安装在主轴的右端。
11.在本发明的一种实施方式中，所述轴承一和轴承二均为角接触球轴承，且背对背安装。
12.在本发明的一种实施方式中，所述转子柔性连接组件包括膜盘联轴器、联轴器连接螺栓；所述膜盘联轴器通过联轴器连接螺栓与所述转接法兰相连接，安装在主体上的振动位移传感器正对膜盘联轴器的中间位置。
13.在本发明的一种实施方式中，所述转子柔性连接组件包括花键套、花键套螺栓和锥形定位销，所述花键套通过花键套螺栓和锥形定位销安装在发动机转子端部。
14.在本发明的一种实施方式中，所述膜盘联轴器包括保护法兰、柔性组件、中间管子和外花键端部，所述中间管子两端分别通过柔性组件与保护法兰和外花键端部相连，所述保护法兰与转接法兰相连。
15.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，在发动机转子与静子有相对位移时，依靠花键结构和转子柔性连接组件补偿轴向相对位移和径向相对位移，以保证支承结构外壳组件与转子支承组件之间位置恒定，从而保证测试系统转子与静子之间的相对位置恒定，实现测量信号的稳定传输。所述的发动机转子柔性支承转接结构安装方便、补偿量大，使得输出的发动机转子与静子间隙控制稳定，可满足发动机转子与静子之间有相对位移时的测试系统测试需求。
附图说明
16.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
17.图1为本发明提供的发动机转子柔性支承转接结构安装连接结构图。
18.图2为本发明提供的转接结构外壳组件的外形结构图。
19.图3为本发明提供的转接结构外壳组件的剖面结构图。
20.图4为本发明提供的转接结构外壳组件的结构图。
21.图5为本发明提供的转子支承组件结构图。
22.图6为本发明提供的转子柔性连接组件的结构示意图。
23.图7为本发明提供的转子柔性连接组件的膜盘联轴器结构图。
24.图8为本发明提供的花键套与发动机转子安装的结构示意图。
25.说明书附图标记说明：100、发动机转子柔性支承转接结构；110、转接结构外壳组件；111、观察窗；112、主体结构；113、通气孔；114、热电偶；115、振动位移传感器；116、螺栓；117、左侧端盖；118、轴承套；1181、安装环面；1182、冷却肋片；1183、冷气孔；1184、热电偶孔；119、右侧端盖；1110、左侧端盖螺栓；1111、右侧端盖螺栓；1112、冷气通道；120、转子支承组件；121、主轴；122、轴承一；123、套筒；124、轴承二；125、杯型垫圈；126、锁紧螺母；127、转接法兰；128、锁紧螺栓；130、转子柔性连接组件；131、膜盘联轴器；1311、保护法兰；1312、柔性组件；1313、中间管子；1314、外花键端部；132、联轴器连接螺栓；133、花键套；200、发动机；210、发动机静子；220、发动机转子；221、花键套螺栓；222、锥形定位销；300、测试系统；310、测试系统静子；320、测试系统转子。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
27.本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
29.本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
30.参照图1所示，本发明的一种发动机转子柔性支承转接结构，所述发动机转子柔性支承转接结构100分别与发动机200和测试系统300相连接。测试系统转接结构100包括转接结构外壳组件110、转子支承组件120、转子柔性连接组件130；发动机200包含发动机静子210和发动机转子220；测试系统300包含测试系统静子310和测试系统转子320；转接结构外壳组件110分别与发动机静子210和测试系统静子310相连接，转子支承组件120安装在转接结构外壳组件110内部，其一侧与测试系统转子320相连接，另一侧通过转子柔性连接组件
130与发动机转子220相连接。
31.如图2和图3所示，转接结构外壳组件110包含观察窗111、主体结构112、通气孔113、热电偶114、振动位移传感器115、螺栓116、左侧端盖117、轴承套118、右侧端盖119、左侧端盖螺栓1110、右侧端盖螺栓1111。观察窗111为180
°
的半环形，通过螺栓116安装在主体结构112上；在观察窗111上设计有通气孔113，可将外部冷却气体通过通气孔113导入到主体112的内部；主体结构112上设计有多个热电偶114,热电偶114穿过主体结构112和轴承套118，用于测量内部轴承外环温度；主体结构112上安装有振动位移传感器115，用于测量内部柔性连接组件130的振动位移。
32.本实施例中，所述主体结构112包括安装腔，所述主体结构112包括柱状壳体和延伸于所述柱状壳体的喇叭状壳体；所述安装腔设于所述柱状壳体内；可拆卸的观察窗111设于所述喇叭状壳体外壁，所述通气孔113设于所述观察窗111上；所述喇叭状壳体上安装振动位移传感器115。
33.左侧端盖117和轴承套118通过左侧端盖螺栓1110安装在主体结构112上；右侧端盖119通过右侧端盖螺栓1111安装在主体结构112上；所述轴承套与所述安装腔之间形成冷却通孔，右侧端盖119和左侧端盖117上分别设有第一冷气孔和第二冷气孔，与轴承套118的冷却通孔共同形成冷气通道1112，由通气孔113进入的冷却气体最终从测试系统静子310和测试系统转子320之间排出，对轴承套118和测试系统转子320进行冷却，由于轴承套118与轴承一122和轴承二124的外圈直接接触，相当于是对轴承一122和轴承二124进行了冷却。在测试系统转接结构100和测试系统300安装在发动机200上之后，如果需要对转子柔性连接组件130进行更换时，可拆下螺栓116和观察窗111，实现快速更换。
34.进一步地，所述的转接结构外壳组件上110还安装有冷却气管，以向主体结构112内部通冷却气体，冷却气体穿过轴承套118上的冷却通孔，进入测试系统转子320与测试系统静子310之间，为轴承套118中的轴承和测试系统提供冷却。
35.如图4所示，轴承套118上设计有安装环面1181、冷却肋片1182、冷气孔1183、热电偶孔1184。冷却气体穿过右侧端盖119、冷却肋片1182、冷气孔1183和左侧端盖117，形成冷气通道1112。主体结构112上的热电偶114穿过热电偶孔1184。
36.如图5所示，所述转子支承组件120包括主轴121、轴承一122、套筒123、轴承二124、杯型垫圈125、锁紧螺母126、转接法兰127和锁紧螺栓128；所述主轴121通过轴承一122和轴承二123安装在轴承套内部，所述套筒123安装在轴承一122外侧；所述左侧端盖117与所述主轴121左端之间形成密封结构；所述杯型垫圈125和锁紧螺母126依次安装于所述主轴121右端，所述右侧端盖119与杯型垫圈125之间形成密封结构；所述转接法兰127通过锁紧螺栓128安装在主轴121的右端；轴承一122和轴承二124为角接触球轴承，背对背安装；在装配时，先将左侧端盖117套在主轴121上，再将轴承一122加热至80～100
°
c，套装在主轴121上，将套筒123安装在轴承一122外侧，再将轴承二124加热至80～100
°
c，套装在主轴121上，将此时安装好的结构整体装入轴承套118，并通过左侧端盖螺栓1110将左侧端盖117和轴承套118安装到主体结构112上，而后将杯型垫圈125和锁紧螺母126依次安装到主轴121上，再将右侧端盖119通过右侧端盖螺栓1111安装到主体112上，采用扭矩扳手拧紧锁紧螺母126，到达指定扭矩后将杯型垫圈125外沿敲变形，卡在锁紧螺母126上以实现锁紧，再将转接法兰127通过锁紧螺栓128安装在主轴121的端部，主轴121的安装孔内部安装有锁紧型钢丝螺
套，以实现螺栓自锁。
37.所述的转接结构外壳组件110上安装有轴承外圈挡板，该外圈挡板上设计有密封结构，以对轴承进行密封；所述的转子支承组件120的定制转子，在发动机侧设计有外螺纹，并安装杯型锁片和锁紧螺母，以调整两个角接触球轴承的轴承预紧力，调整到位后，将杯型锁片敲击变形后卡在锁紧螺母的凹槽上。
38.如图6所示，转子柔性连接组件130包括膜盘联轴器131、联轴器连接螺栓132、花键套133。膜盘联轴器131通过联轴器连接螺栓132与转接法兰127相连接，在转接法兰127的螺栓孔内安装有锁紧型钢丝螺套，以实现螺栓自锁。安装在主体112上的振动位移传感器115正对膜盘联轴器131的中间位置，可测量在膜盘联轴器131在工作状态下的位移值。
39.如图7所示，通过花键套螺栓221和锥形定位销222，花键套133安装在发动机转子220端部，在发动机转子220的螺栓孔内安装有锁紧型钢丝螺套，以实现螺栓自锁。
40.如图8所示为膜盘联轴器131的结构，其保护法兰1311、柔性组件1312（数量为4个）、中间管子1313、外花键端部1314，通过电子束焊接的形式，依次排列焊接成一个整体。膜盘联轴器131随发动机转子220做高速旋转，在发动机转子220相对于发动机静子210有轴向位移和径向位移时，外花键端部1314与花键套133之间可相对移动以补偿一部分轴向位移，柔性组件1312可产生变形以补偿轴向位移和径向位移，柔性组件1312的直径和厚度根据补偿量大小设计。
41.通过上述设置，在发动机转子220与发动机静子210之间有相对位移时，依靠花键结构和转子柔性连接组件130补偿轴向相对位移和径向相对位移，以保证转接结构外壳组件110与转子支承组件120之间位置恒定，从而保证测试系统转子320与测试系统静子310的相对位置恒定，实现测试信号的稳定传输。
42.所述的发动机转子柔性支承转接结构，其可补偿发动机转子与静子之间相对轴向位移不小于
±
2mm、相对径向位移不小于
±
1mm，转接结构的转速不小于20000r/min。
43.本发明提供的发动机转子柔性支承转接结构安装方便、补偿量大，在转接后输出的转子与静子间隙控制稳定，可满足发动机转子与静子之间有相对位移时的测试系统测试需求。
44.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，包括：转接结构外壳组件（110），其用于连接发动机（200）和测试系统（300），所述发动机（200）包括发动机静子（210）和发动机转子（220），所述测试系统（300）包括测试系统静子（310）和测试系统转子（320），所述转接结构外壳组件（110）分别与所述发动机静子（210）和所述测试系统静子（310）相连；转子支承组件（120），其安装在转接结构外壳组件（110）内部；转子柔性连接组件（130），所述转子支承组件（120）的一侧与所述测试系统转子（320）相连接，另一侧通过所述转子柔性连接组件（130）与所述发动机转子（220）相连接。2.根据权利要求1所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述转接结构外壳组件（110）包括主体结构（112）、轴承套（118）、左侧端盖（117）和右侧端盖（119）；所述主体结构（112）包括安装腔，所述主体结构（112）设有通气孔（113）；所述轴承套（118）设于所述安装腔内，所述轴承套（118）与所述安装腔之间形成冷却通孔；所述左侧端盖（117）安装在所述安装腔的左端并设有第一冷气孔（1183）；安装在所述安装腔的右端并设有第二冷气孔（1183）；其中，所述冷却通孔分别与所述第一冷气孔（1183）和所述第二冷却孔连通并形成冷气通道（1112）。3.根据权利要求2所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述转接结构外壳组件（110）还包括热电偶（114），所述轴承套（118）外壁设有热电偶孔（1184）；所述热电偶（114）穿过所述主体结构（112）和轴承套（118）并用于测量轴承套（118）中轴承外环温度。4.根据权利要求2所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述主体结构（112）包括柱状壳体和延伸于所述柱状壳体的喇叭状壳体；所述安装腔设于所述柱状壳体内；所述喇叭状壳体外壁设有可拆卸的观察窗（111），所述通气孔（113）设于所述观察窗（111）上；所述喇叭状壳体上安装有用于测量所述内部柔性连接组件的振动位移传感器（115）。5.根据权利要求2所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述轴承套（118）轴向一端设有安装环面（1181），所述安装环面（1181）周向分布有冷气孔（1183），所述轴承套（118）外壁轴向分布有轴向设置的冷却肋片（1182）；冷却气体穿过右侧端盖（119）的第二冷却孔、冷却肋片（1182）、冷气孔（1183）和左侧端盖（117）的第一冷却孔，并形成所述冷气通道（1112）。6.根据权利要求2所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述转子支承组件（120）包括主轴（121）、轴承一（122）、套筒（123）、轴承二（124）、杯型垫圈（125）、锁紧螺母（126）、转接法兰（127）和锁紧螺栓（128）；所述主轴（121）通过轴承一（122）和轴承二（124）安装在轴承套（118）内部，所述套筒（123）安装在轴承一（122）外侧；所述左侧端盖（117）与所述主轴（121）左端之间形成密封结构；所述杯型垫圈（125）和锁紧螺母（126）依次安装于所述主轴（121）右端，所述右侧端盖
（119）与杯型垫圈（125）之间形成密封结构；所述转接法兰（127）通过锁紧螺栓（128）安装在主轴（121）的右端。7.根据权利要求6所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述轴承一（122）和轴承二（124）均为角接触球轴承，且背对背安装。8.根据权利要求6所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述转子柔性连接组件（130）包括膜盘联轴器（131）、联轴器连接螺栓（132）；所述膜盘联轴器（131）通过联轴器连接螺栓（132）与所述转接法兰（127）相连接，安装在主体上的振动位移传感器（115）正对膜盘联轴器（131）的中间位置。9.根据权利要求1所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述转子柔性连接组件（130）包括花键套（133）、花键套螺栓（221）和锥形定位销（222），所述花键套（133）通过花键套螺栓（221）和锥形定位销（222）安装在发动机转子（220）端部。10.根据权利要求8所述的一种发动机转子柔性支承转接结构，其特征在于，所述膜盘联轴器（131）包括保护法兰（1311）、柔性组件（1312）、中间管子（1313）和外花键端部（1314），所述中间管子（1313）两端分别通过柔性组件（1312）与保护法兰（1311）和外花键端部（1314）相连，所述保护法兰（1311）与转接法兰（127）相连。

技术总结
本发明涉及一种发动机转子柔性支承转接结构。本发明包括转接结构外壳组件，其用于连接发动机和测试系统，所述发动机包括发动机静子和发动机转子，所述测试系统包括测试系统静子和测试系统转子，所述转接结构外壳组件分别与所述发动机静子和所述测试系统静子相连；转子支承组件，其安装在转接结构外壳组件内部；转子柔性连接组件，所述转子支承组件的一侧与所述测试系统转子相连接，另一侧通过所述转子柔性连接组件与所述发动机转子相连接。所述的发动机转子柔性支承转接结构安装方便、补偿量大，使得输出的发动机转子与静子间隙控制稳定，可满足发动机转子与静子之间有相对位移时的测试系统测试需求。的测试系统测试需求。的测试系统测试需求。


技术研发人员：文龙 周吉 方建敏 刘国平
受保护的技术使用者：中国航发控制系统研究所
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/12