一种高温部件的转子可靠连接结构及方法与流程

1.本技术属于航空发动机设计领域，特别涉及一种高温部件的转子可靠连接结构及方法。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展以及飞机超音速巡航的作战需求，航空发动机的推力不断提升，这就使得航空发动机的涡轮前温度屡创新高。航空发动机中的涡轮转子是一种将热能转化为机械能的高速旋转组件，工作转速可达10000转/分以上，需要在高温、高压的环境中可靠工作。在离心载荷、温度载荷、气动载荷的共同作用下，涡轮转子所承受的负荷极高，会产生很大的弹性变形。如果涡轮转子连接结构定心稳定连接可靠，则涡轮转子件之间的连接刚度和接触状态会保持在一种较好的状态，保证了发动机的安全工作，对提升发动机可靠性和耐久性有重要作用。
3.目前，航空发动机高温部件转子件之间普遍使用“柱面过盈止口定心和普通螺栓连接压紧”的连接方式。其中，柱面过盈止口主要是为了转子件工作时的径向和周向定位，普通螺栓则是为了转子件工作时的轴向定位和压紧。
4.现有高温部件的转子连接结构的缺点主要有：
5.1)转子件之间通过柱面的过盈止口径向和周向定位，装配时需要使用热装(热风枪加热大直径转子件的止口)或冷装(液氮冷却小直径转子件的止口)的方式，导致装配困难，如果装配操作不当容易出现装配不到位情况；
6.2)柱面过盈止口的过盈量选取需要十分准确，过大的过盈量会给止口造成附加损伤而降低使用寿命，过小的过盈量会使止口在工作状态下存在脱开风险而危害飞行安全；
7.3)转子件之间通过止口实现过盈配合，这就需要转子件配合止口处的加工尺寸公差和形位公差十分精确(需整周保证)，给试制带来难度，增加生产成本。
8.因此，如何实现转子件的稳定高效装配是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

9.本技术的目的是提供了一种高温部件的转子可靠连接结构及方法，以解决现有技术中转子之间装配复杂、装配精度要求高的问题。
10.本技术的技术方案是：一种高温部件的转子可靠连接结构，包括第一转子件、第二转子件和锥形精密螺栓，所述第一转子件和第二转子件内开设有对应设置的精密螺栓孔，所述精密螺栓孔的内壁上设有第一锥面，所述锥形精密螺栓的外表面上设有第二锥面，所述锥形精密螺栓安装于精密螺栓孔内，并且第一锥面和第二锥面过盈配合。
11.优选地，第一锥面和第二锥面的锥度要求均为1：50。
12.优选地，锥形精密螺栓的末端设有螺纹，螺纹上连接有自锁螺母，螺纹为滚压螺纹。
13.优选地，所述锥形精密螺栓的外周面上开设有对称设置的两组平面段，所述平面
段沿着锥形精密螺栓的轴线方向排布并且平面段的长度与第二锥面的长度相同。
14.优选地，精密螺栓孔采用成型铰刀加工而成。
15.优选地，精密螺栓孔的孔表面粗糙度满足ra0.8。
16.优选地，所述精密螺栓孔的垂直度要求t1＝0.04和位置度要求p＝0.08；所述锥形精密螺栓的垂直度要求t2＝0.03和同轴度要求c＝0.06。
17.作为一种具体实施方式，一种高温部件的转子可靠连接方法，包括：先在第一转子件和第二转子件内加工出圆柱形底孔，而后采用成型铰刀加工精密螺栓孔；将锥形精密螺栓预装在精密螺栓孔内，对锥形精密螺栓的第二锥面与精密螺栓孔的第一锥面进行着色检查，保证满足着色面积要求；对于第一转子件和第二转子件之间的多个精密螺栓孔，按照十字装配的顺序依次装配各个锥形精密螺栓，而后按照m1的拧紧力矩将各个锥形精密螺栓上的自锁螺母拧紧，保持30min后，将螺母松开；对锥形精密螺栓按照十字装配的顺序，以m2的设计拧紧力矩将自锁螺母拧紧，拧紧完成后按照航向顺时针对所有自锁螺母进行力矩限力确认，确认完成后，装配完成。
18.优选地，对编号为0-9的10个锥形精密螺栓或自锁螺母进行十字装配时，装配顺序为0
→5→7→2→9→4→6→1→8→
3。
19.本技术的一种高温部件的转子可靠连接结构，包括第一转子、第二转子和锥形精密螺栓；由于第一锥面和第二锥面在不同位置处的直径不同，锥形精密螺栓在装配时只需要插入至精密螺栓孔内而后用力向内推，在第二锥面到达与第一锥面的直径相同处时即可实现定位和装配，不需要复杂的安装工艺；通过第一锥面和第二锥面的过盈配合保证第一锥面和第二锥面相互贴合，保证了第一转子件和第二转子件的径向和周向定位，转子连接结构可靠。由于采用非止口结构，锥形结构配合装配方便，不会出现装配不到位的情况；采用锥形面进行过盈配合，配合简单，尺寸公差和形位公差要求低，过盈量的选取不需要非常精确，即可保证有效的装配，试制难度低、生产成本低。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
21.图1为本技术第一转子件和第二转子件的组合加工示意图；
22.图2为本技术锥形精密螺栓加工示意图；
23.图3为本技术锥形精密螺栓与转子件的连接结构示意图；
24.图4为本技术自锁螺母和锥形紧密螺栓的周向拧紧顺序示意图。
25.1、第一转子件；2、第二转子件；3、精密螺栓孔；4、第一锥面；5、锥形精密螺栓；6、螺纹；7、第二锥面；8、平面段；9、自锁螺母。
具体实施方式
26.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
27.一种高温部件的转子可靠连接结构，如图1-3所示，包括第一转子、第二转子和锥形精密螺栓5。第一转子件1和第二转子件2内开设有对应设置的精密螺栓孔3，精密螺栓孔3
的内壁上设有第一锥面4，锥形精密螺栓5的外表面上设有第二锥面7，锥形精密螺栓5安装于精密螺栓孔3内，并且第一锥面4和第二锥面7过盈配合。
28.由于第一锥面4和第二锥面7在不同位置处的直径不同，锥形精密螺栓5在装配时只需要插入至精密螺栓孔3内而后用力向内推，在第二锥面7到达与第一锥面4的直径相同处时即可实现定位和装配，不需要复杂的安装工艺。
29.在加工时，先在第一转子和第二转子内加工出第一锥面4，而后再锥形精密螺栓5上加工出第二锥面7，而后再对两个转子和螺栓进行组合装配。并且需要说明的是，转子的数量不限于两组，当三组或以上的转子件进行装配时，同样可以采用该方式进行装配。
30.通过第一锥面4和第二锥面7的过盈配合保证第一锥面4和第二锥面7相互贴合，保证了第一转子件1和第二转子件2的径向和周向定位，转子连接结构可靠。由于采用非止口结构，锥形结构配合装配方便，不会出现装配不到位的情况；采用锥形面进行过盈配合，配合简单，尺寸公差和形位公差要求低，过盈量的选取不需要非常精确，即可保证有效的装配，试制难度低、生产成本低。
31.优选地，第一锥面4在第一转子件1上的端面直径为d，第一锥面4在第二转子件2上的端面直径为d0，第一转子件1的截面直径为d1，第二转子件2的截面直径为d2，第一转子件1和第二转子件2的总宽度为l1，第一转子件1和第二转子件2的总宽度为l2，1和第二转子件2的总宽度为l1，第一转子件1和第二转子件2的总宽度为l2，
32.锥形精密螺栓5对应第一转子件1的第一截面直径为d3，对应第二转子件2的第二截面直径为d4，第二锥面7对应第一转子件1的端面直径为d5，第二锥面7对应第二转子件2的端面直径为d6，第二锥面7的长度为l3，第一截面和第二截面之间的长度为l4，的端面直径为d6，第二锥面7的长度为l3，第一截面和第二截面之间的长度为l4，
33.优选地，d1为10.3mm，d2为10.5mm，d3为10.32mm，d4为10.52mm。
34.优选地，精密螺栓孔3设置有形位公差要求，包括垂直度要求t1＝0.04和位置度要求p＝0.08；锥形精密螺栓5设置有形位公差要求，包括垂直度要求t2＝0.03和同轴度要求c＝0.06。可以看出，采用该形位公差要求下的精密螺栓孔和锥形精密螺栓加工并不困难，甚至可以说较为简单。
35.该锥度较小，因此既能保证一些圆柱形精密螺栓孔3的受力、连接稳定的同时，又能够实现快捷高效的装配。
36.优选地，锥形精密螺栓5的末端设有螺纹6，螺纹6上连接有自锁螺母9，所述螺纹6为滚压螺纹。滚压螺纹通过钢筋滚丝机直接滚压而成，由于锥形精密螺栓5通过第一锥面4和第二锥面7已经实现稳定精密的装配，因此在螺纹6位置不需要太过负载的螺纹6加工工艺，直接采用滚压螺纹即可，锥形精密螺栓5的螺纹6加工更为方便。
37.优选地，锥形精密螺栓5的外周面上开设有对称设置的两组平面段8，平面段8沿着锥形精密螺栓5的轴线方向排布并且平面段8的长度与第二锥面7的长度相同。转子件工作时锥形精密螺栓5在离心载荷、温度载荷、气动载荷的共同作用下会产生较大的变形量，而平面段8的设计能够将第二锥面7上变形量转移至平面段8的平面位置，从而实现卸荷功能，有效减少第二锥面7的变形，有利用工作时第一锥面4和第二锥面7始终贴合，转子连接结构
可靠。
38.优选地，精密螺栓孔3采用成型铰刀加工而成，加工方便。
39.优选地，精密螺栓孔3的孔表面粗糙度满足ra0.8，粗糙度要求低。
40.作为一种具体实施方式，一种高温部件的转子可靠连接方法，包括：
41.先在第一转子件1和第二转子件2内加工出圆柱形底孔，而后采用成型铰刀加工精密螺栓孔3；
42.将锥形精密螺栓5预装在精密螺栓孔3内，对锥形精密螺栓5的第二锥面7与精密螺栓孔3的第一锥面4进行着色检查，保证满足着色面积要求；
43.对于第一转子件1和第二转子件2之间的多个精密螺栓孔3，按照十字装配的顺序依次装配各个锥形精密螺栓5，而后按照m1的拧紧力矩将各个锥形精密螺栓5上的自锁螺母9拧紧，保持30min后，将螺母松开；
44.对锥形精密螺栓5按照十字装配的顺序，以m2的设计拧紧力矩将自锁螺母9拧紧，拧紧完成后按照航向顺时针对所有自锁螺母9进行力矩限力确认，确认完成后，装配完成。
45.采用该方法，不需要采用热装、冷装等装配方式，不需要精确的过盈量选取，不需要很大的拧紧即可完成装配，装配简单稳定，耗费时间短。
46.通过采用十字装配法进行装配，在装配过程中转子件不同位置处的受力均匀，不会因受力不均而产生变形，装配稳定。
47.如图4所示，优选地，对编号为0-9的10个锥形精密螺栓5或自锁螺母9进行十字装配时，装配顺序为0
→5→7→2→9→4→6→1→8→
3。采用该顺序进行装配时，任意相邻两次装配之间的装配位置距离较远，能够保证在任一次装配完成后，转子件不会因为受力不均匀而产生变形。对于其它数量的螺栓和螺母进行装配式，同样采用该方式进行装配，具体不再赘述。
48.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。