高速齿轮箱推力盘结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种推力盘结构。


背景技术：

2.高效的整体式多级离心压缩机和膨胀机广泛应用于化工、冶金、电力等领域，设计时候压缩机或膨胀机方面会投入更多的精力以提高叶轮效率，节省能耗；而传动件齿轮箱主要考虑工艺性和装配等因素，通常忽视了齿轮箱结果对整机效率的影响，特别在高速齿轮箱中，齿轮箱占相当大一部分功耗，径向轴承、搅油、推力轴承、鼓风产生的热损耗占比齿轮箱总消耗的90%以上，而推力盘可以替代推力轴承，大幅度减少推力轴承带来的功耗，但推力盘的工艺性和装配性能比推力轴承更为复杂，通常为了获得更高的压比，或单级焓降，需要更高速比传递，齿轮节圆线速度会达到150m/s以上；因此想要与叶轮直连的齿轮轴平稳传递扭矩、同时降低噪声、并减少齿宽降低大齿轮重量及成本 ，齿轮设计时往往选择较大的螺旋角以增大轴向重合度，因此齿轮对啮合传递时会产生较大的轴向分力fz，外加叶轮进出气侧的压差及速度差带来的气流力的轴向分力，会产生较大的推力均由推力面承担；
3.同时因为透平面临较多的变工况，并需要避开喘振点，诸多因素导致转子轴向力大小不稳定，因此使用推力轴承存在一定安全隐患，同时由于推力轴承的载荷较高，功耗损失自然也较大，采用推力轴承形式的高速齿轮轴止推面为平面，按正常轴齿轮加工即可，其配合的轴承推力面和相同的相关尺寸按正确公差加工可完成要求的间隙，但由于主推面和辅推面均需要和轴承配合，为满足推力要求，高速轴上需要固定较大直径的推力盘，同时需要的轴向间距较大。
4.通常高速轴的推力盘不能很大，因此高速推力轴承需要更多的润滑油量和油压，给机组的油润滑系统提出了更高的用油要求；配套推力轴承实现转子轴向力的平衡，单独的推力轴承成本较高，且动态稳定性较差。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑运行稳定的高速齿轮箱推力盘结构。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种高速齿轮箱推力盘结构，包括高速轴、轴套以及推力盘；所述高速轴包括高速齿轮部和位于高速齿轮部两侧的轴凸肩；在两侧轴肩部上各设置一个轴套，在每个轴套上设置一个推力盘；在所述高速齿轮部上啮合有低速齿轮部，在低速齿轮部的端部与推力盘之间形成一环形间隙。
8.所述推力盘与低速齿轮部配合面为锥面，锥面与垂直面的夹角为0.5
°±
30
″
。
9.所述推力盘与轴套径向为过盈配合，推力盘通过轴套外侧的台阶定位并固定。
10.每侧的轴套由上下半轴套构成，分别为右上半轴套、右下半轴套、左上半轴套及左
下半轴套，右上半轴套与右下半轴套组成整圈，左上半轴与左下半轴套组成整圈。
11.所述轴套的上下半轴套在中分面位置在静态时有0.1～0.2mm间隙。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
13.1. 本实用新型带锥度的推力盘和大齿轮的锥面同步高速旋转，推力盘的结构更为紧凑。齿轮对的相对速度远低于推力轴承，在满足平衡轴向力的同时可比推力轴承减少很多功耗。
14.2. 将高速轴上的推力通过高低速齿轮的斜推力盘传递至低速轴，在低速轴上采用推力轴承平衡机组轴系的轴向力，降低了机组的油耗。
15.3. 轴套与轴凸肩采用内部配合和力传递，轴套将轴向力通过推力盘与大齿轮锥面相互作用，实现了更为稳定的动态传动，缩短高速轴轴向长度。
16.4. 推力盘轴向窜动间隙受高速轴和低速轴的共同作用，从而获得了比固定盘推力轴承多1倍的窜动间隙，实现更大范围的窜动间隙控制。
17.5.通过推力盘实现了齿轮箱轴系多向更大轴向力的传递，并在高载荷时保持动态稳定运行。
18.6.推力盘结构紧凑，减少高低速轴的轴向尺寸，进一步减小了箱体横向宽度。
19.7.锥面结构设计使机组更加稳定，同时在承受高推力时降低发热量，提高了使用寿命，降低了整体功耗；该结构成本较低，同时也降低了机组的整体油耗，给设备带来较好的经济性。
附图说明
20.图1 高速齿轮箱用推力盘结构图；
21.图2是轴套的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图，对本实用新型做详细说明：
23.本实用新型高速齿轮箱推力盘结构，如图1所示，包括高速轴1、轴套以及推力盘；高速轴1包括高速齿轮部9和位于高速齿轮部两侧的轴凸肩；在两侧轴肩部上各设置一个轴套，在每个轴套上设置一个推力盘。
24.每侧的轴套由上下半轴套构成，分别为右上半轴套2、右下半轴套3、左上半轴套7及左下半轴套8，右上半轴套2与右下半轴套3组成整圈，左上半轴7与左下半轴套8组成整圈。
25.两个推力盘分别为右推力盘4和左推力盘6。
26.两个轴凸肩分别为右侧轴凸肩11和左侧轴凸肩12。
27.高速齿轮部9与低速齿轮部5啮合，低速齿轮部5端部与推力盘之间形成一环形间隙，右上半轴套2与右下半轴套3组成整圈，左上半轴7与左下半轴套8组成整圈，与右侧轴凸肩11、左侧轴凸肩12过渡配合安装在高速齿轮部两侧，轴套外部套装有右推力盘4和左推力盘6，与轴套过盈配合热装，低速齿轮部与推力盘内侧面形成推力面，该结构推力盘结构紧凑，无需特别增大增厚推力盘，其径向轴向尺寸更小，使得齿轮箱高速动态转动更加稳定。
28.推力盘与低速齿轮部配合面相对于高速轴的垂直面均为锥面，其与垂直面的夹角
为0.5
°±
30
″
；角度越小推力盘可承受的轴向力增大，并减少摩擦面积，减少推力盘的发热量，提高使用寿命。
29.推力盘与轴套径向为过盈配合，推力盘拖过轴套外侧的台阶定位并固定。
30.轴套由上下两半组成，上下两半在中分面位置在静态时有0.1～0.2mm间隙。
31.轴套材料为17cr2ni2mo，具有较高的硬度和耐磨性，心部具有高的硬度和韧性。综合机械性能较好。
32.推力盘采用低碳合金钢材料，通过渗碳淬火，具有良好的力学性能，表面硬度可达到hrc55
‑
hrc62，可以承受更高的线速度，与轴套安装时可以有较大的过盈量，以保证推力盘的热装安全性。
33.在高速旋转过程中，由于带锥面的推力盘和低速齿轮均在高速旋转，锥面角度面积小，功耗自然小，而且锥面的分力使其运行更为稳定可靠。
34.相对固定盘推力轴承，高速轴轴向窜动间隙受高速轴和低速轴共同控制，从而获得了比固定盘推力轴承多1倍的窜动间隙。
35.本实用新型轴套内凹卡在轴凸肩上，整体减小了轴向长度，结构更紧凑，便于制造，紧固配合后更加牢靠，与推力盘紧装后形成一个整体盘，能可靠承受齿轮轴的双向推力。
36.需要更大轴向推力时，可通过增加推力盘的外径以增加和低速齿轮的推力摩擦面，无需改变轴的设计。
37.工作时，叶轮上的轴向力通过轴凸肩传递给轴套，轴套再传递给推力盘，推力盘与低速齿轮在两侧主推和辅推锥面的共同作用下保持平衡。
38.高速齿轮部和低速齿轮部可为直齿轮、斜齿轮、螺旋齿、人字齿等多种形式，实现不同大小不同方向力的传递，高速齿轮和低速齿轮均可为主动轮。
39.推力盘处无需额外供油，工作时依靠齿面挤压的油流足以满足推力用油，从而减少了齿轮箱的整体油耗。该推力盘结构简单，成本较低，无需径向螺钉固定，为齿轮箱的整体设计带来较好的经济性。