一种基于3D打印的柔性航空发动机转子限幅机构

摘要

一种基于3D打印的柔性航空发动机转子限幅机构，属于发动机转子限幅机构技术领域。它包括三级转子限位轴承座及设置在三级转子限位轴承座上的一组轴承，传扭轴连接压气机三级转子，三级转子限位轴承座弹性限位安装在压气机三级静子中，三级转子限位轴承座的一侧设有第一阻尼结构，压气机三级静子上位于支撑三级转子限位轴承座的位置处设有第二阻尼结构。本发明中，支撑轴承的三级转子限位轴承座弹性限位设置在压气机三级静子中，通过三级转子限位轴承座将轴承的支撑力传递到压气机三级静子及压气机二级静子上，并通过设置的第一阻尼结构、第二阻尼结构，利用各部件自身的柔性结构及各部件之间的柔性连接结构，实现部件之间的减阻限幅。

说明书

技术领域

本发明属于发动机转子限幅机构技术领域，具体涉及一种基于3D打印的柔性航空发动机转子限幅机构。

背景技术

传统大型发动机限幅机构主要是弹性轴承座与弹性限位辐条组合结构，轴承座与限幅座之间预留0.15-0.4mm间隙不等；传统限幅机构依赖于精密制造加工，对同轴度，圆度等形位公差要求甚高，一般都在0.005mm以内；且传统限幅机构零件众多，装配精度要求高，装配、维护费时费力。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种设有两级阻尼结构，限幅效果好，且结构简单、装配方便的基于3D打印的柔性航空发动机转子限幅机构。

本发明提供如下技术方案：一种基于3D打印的柔性航空发动机转子限幅机构，包括三级转子限位轴承座及设置在三级转子限位轴承座上的一组用于对传扭轴进行支撑的轴承，传扭轴连接压气机三级转子，三级转子限位轴承座弹性限位安装在压气机三级静子中，三级转子限位轴承座的一侧设有第一阻尼结构，压气机三级静子上位于支撑三级转子限位轴承座的位置处设有第二阻尼结构。

进一步的，所述三级转子限位轴承座为柔性结构，其包括环形主体，环形主体的内侧设有一组支座，环形主体的一侧设有一组插接块，所述第一阻尼结构设置在环形主体的另一侧，环形主体另一侧的端部设有一组径向限位槽。

进一步的，所述支座通过主承力臂及辅助承力臂与环形主体的内侧壁相连接，支座上设有一组弹性翅片，一组弹性翅片沿着支座的外侧面呈圆周排布组合形成轴承安装结构。

进一步的，所述第一阻尼结构为柔性的波纹形板件结构，第一阻尼结构与主承力臂或辅助承力臂之间留有间隙，第一阻尼结构与主承力臂或辅助承力臂之间最小的间隙为0.1-0.5mm。

进一步的，所述压气机三级静子的内部设有凸起，插接块的前端设有与凸起相对应的插槽，插槽内设有弹片。

进一步的，所述第二阻尼结构为柔性的波纹形板件结构，其沿着压气机三级静子的内侧壁设置，两个相邻波峰之间的间距为9-11mm。

进一步的，所述压气机三级静子的内部设有一组波纹形弹片，所述波纹形弹片与径向限位槽一一对应设置。

进一步的，所述波纹形弹片的前端设有与径向限位槽相配合的径向限位头，径向限位头为椭圆型结构。

进一步的，所述轴承的数量至少为三个，一组轴承组合形成多点支撑结构。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明中，支撑轴承的三级转子限位轴承座弹性限位设置在压气机三级静子中，通过三级转子限位轴承座将轴承的支撑力传递到压气机三级静子及压气机二级静子上，并通过设置的第一阻尼结构、第二阻尼结构，利用各部件自身的柔性结构及各部件之间的柔性连接结构，实现部件之间的两级减阻限幅；

2）本发明中，一组轴承组成多点支撑结构，通过对传扭轴的稳定支撑，限制了压气机三级转子的旋转偏心，进而限制了整个转子组件的偏心幅度，实现了对转子组件的旋转偏心限位；

3）本发明中，一组轴承组成多点支撑结构，对传扭轴形成柔性支撑，能够根据转子组件重量、转速等参数进行定制化设计，同时降低了单个轴承承载能力要求，拥有更好的适用性；

4）本发明中，部件之间采用柔性装配，对零件的加工精度及装配精度要求低，从而降低了加工、装配成本，提高了加工效率及装配效率。

附图说明

图1为本发明限幅机构与转子组件的装配结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图；

图3为本发明三级转子限位轴承座的正面结构示意图；

图4为图3中B处的放大结构示意图；

图5为本发明三级转子限位轴承座的背面结构示意图；

图6为本发明插接块与压气机三级静子内部的凸起之间的配合结构示意图；

图7为应用本发明限幅机构的转子组件的装配结构示意简图；

图8为本发明实施例中，多点轴承支撑结构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例：

请参阅图1-8，一种基于3D打印的柔性航空发动机转子限幅机构，包括三个轴承4及三级转子限位轴承座5，三级转子限位轴承座5固定在压气机三级静子2中。

具体的，三级转子限位轴承座5包括环形主体501，环形主体501的内侧壁上设置有三个支座503，支座503通过主承力臂505及辅助承力臂506与环形主体501相连接，主承力臂505及辅助承力臂506均为弯曲结构；支座503上位于轴承的安装位置处设有一组弹性翅片507，其沿着支座503的外侧呈圆周排布组合形成轴承安装结构。

环形主体501的一侧设有三个插接块504，插接块504的前端设有插槽，插槽内设有弹片509。

环形主体501的另一侧设置有第一阻尼结构502，第一阻尼结构502为波纹形板件结构，第一阻尼结构502与主承力臂505或辅助承力臂506之间留有间隙，第一阻尼结构502与主承力臂505或辅助承力臂506之间最小的间隙为0.1-0.5mm。当主承力臂505及辅助承力臂506在受到转子不平衡力作用时，能够接触第一阻尼结构502，将力扩散到三级转子限位轴承座5的外圆上，起到减阻作用。

环形主体501另一侧的端部设有三个条形的径向限位槽508。

具体的，压气机三级静子2上位于支撑三级转子限位轴承座5的位置处设有第二阻尼结构201，第二阻尼结构201为柔性的波纹形板件结构，其沿着压气机三级静子2的内侧壁设置，为了满足3D无支撑打印，两个相邻波峰之间的间距设置为9-11mm。当不平衡力较大时，三级转子限位轴承座5与第二阻尼结构201接触，将力扩散到压气机三级静子2上，进一步起到限幅作用。

压气机三级静子2内部设有三个波纹形弹片202，波纹形弹片202与径向限位槽508一一对应设置；波纹形弹片202的前端设有与径向限位槽508相配合的径向限位头203，径向限位头203为椭圆型结构。

本实施例限幅机构中，主承力臂505直径为5mm，辅助承力臂506直径为3mm，发动机转子组件与静子机匣间设计间隙为0.5mm，因此保证轴承4与压气机三级转子6之间的初始间隙为0-0.25mm，当压气机三级转子6旋转过程中偏心量小于0.25mm时，限幅机构为待机状态；当转子偏心量超过0.25mm时，限幅机构中的轴承4与压气机三级转子6接触，该过程可能有一个或三个轴承4与压气机三级转子6接触，其取决于三级转子限位轴承座5的制造精度，该结构无需控制零件精度，本方案中允许单个或多个轴承4与压气机三级转子6接触的状态。

当第一阻尼结构502无法完全限制压气机三级转子6偏心时，偏心量大于0.35mm后第二阻尼结构201参与工作。通过两个阻尼机构，最终需将压气机三级转子6偏心量限制在0.45mm内。

其中，为了满足3D无支撑打印要求，第二阻尼结构201采用波纹形板阻尼机构，波峰间距取值为9-11mm；为满足0.45mm限位幅度，厚度取值为1.5mm 。

为了减少零部件数量，本实施例中，采取无螺栓连接限位结构，三级转子限位轴承座5的装配过程如下：在三级转子限位轴承座5装入时，先挤开压气机三级静子2内部的三块波纹形弹片202，由于三级转子限位轴承座5前端的插接块504上设置三块弹片509，当弹片509受到挤压变形后，压气机三级静子2内部的三块波纹形弹片202复位，卡入三级转子限位轴承座5上的径向限位槽508中，实现轴向限位。

三级转子限位轴承座5径向通过三块波纹形弹片202进行限位，三块波纹形弹片202沿着压气机三级静子2内部的周向均布，每一片宽度5mm，波纹形弹片202顶部设置高度0.6mm、宽度0.5mm椭圆型径向限位机构，其与径向限位槽508相配合。

本发明的工作原理如下：

发动机在运转中，因转子组件刚度或不平衡量影响，如图7所示，与传扭轴连接的转子组件与压气机组件7及涡轮组件8相连接，其以前轴承9、后轴承10为支点，做摇绳旋转。

本实施例限幅机构是为了将旋转偏心幅度限制在一定范围内。本实施例中，三级转子限位轴承座5固定在压气机三级静子2中，通过压气机三级静子2结构中柔性的波纹形弹片202限位。转子组件是通过一组轴承4经过三级转子限位轴承座5，最终将各个轴承4上的支撑力与中压气机二级静子1和压气机三级静子2建立联系。

三个轴承4组成三点轴承支撑结构用于限制压传扭轴3的旋转偏心，进而限制压气机三级转子6的旋转偏心，避免出现压气机三级转子6与压气机二级静子1内壁之间出现旋转碰磨，而压气机三级转子6与转子组件可以看作为一个整体旋转组件。从而实现对整个转子组件的旋转偏心限位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。