專利名稱：一種壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微型燃機(jī)中壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種微型燃機(jī)中壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，具體地說，是指ー種用在微型地面燃機(jī)中壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
微型燃機(jī)是我國(guó)十幾年來(lái)重點(diǎn)研發(fā)的地面分布式能源動(dòng)カ系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是體積小、功率密度高、供能靈活、可用燃料范圍廣、節(jié)能環(huán)保等。目前國(guó)內(nèi)尚不具備整機(jī)設(shè)計(jì)能力，關(guān)鍵技術(shù)的突破對(duì)整機(jī)設(shè)計(jì)能力的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。本發(fā)明提出一種壓氣機(jī)與渦輪的背齒傳動(dòng)方式，為國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)提供積累?，F(xiàn)有技術(shù)中，微型旋轉(zhuǎn)動(dòng)カ機(jī)械的常用傳動(dòng)方式為分別通過壓氣機(jī)和渦輪與轉(zhuǎn)軸進(jìn)行過盈配合實(shí)現(xiàn)二者之間的動(dòng)力傳遞。該方法在單軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械中是常用的動(dòng)カ傳動(dòng)方式，但存在以下缺點(diǎn)需要足夠的預(yù)緊カ矩；壓氣機(jī)和渦輪存在相對(duì)轉(zhuǎn)角位移，從而影響動(dòng)平衡成果固化；需要軸向尺寸較大；動(dòng)力傳遞過程中有損失。本發(fā)明所述傳遞機(jī)構(gòu)能完全避免上述缺點(diǎn)，提高動(dòng)力裝置緊湊型，動(dòng)カ傳遞效率較前者更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的壓氣機(jī)與渦輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)和不足，提出ー種新型的壓氣機(jī)與渦輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該壓氣機(jī)與渦輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為背齒傳動(dòng)方式，在渦輪背面設(shè)置背齒和壓氣機(jī)葉輪端面設(shè)置端齒，通過齒形嚙合和在渦輪末端施加軸向預(yù)緊實(shí)現(xiàn)動(dòng)カ傳動(dòng)。本發(fā)明的壓氣機(jī)與渦輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其適用于2-0-0式支撐下的微型燃機(jī)。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，包括壓氣機(jī)葉輪-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和渦輪軸端錐面螺母鎖緊裝置，其特征在于所述壓氣機(jī)葉輪-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括相互嚙合的帶直線梯形背齒的渦輪和帶直線梯形端齒的壓氣機(jī)葉輪所述背齒的齒形在渦輪軸向?yàn)橹本€型齒廓，在渦輪徑向?yàn)樘菪涡螤?，齒廓截面從渦輪內(nèi)圈向外圈逐漸増大，齒形在徑向方向?yàn)榻孛鏉u大的梯形狀，齒形截面呈上窄下寬的形狀；所述端齒的齒形和所述背齒的齒形相同，但徑向長(zhǎng)度不同；所述渦輪軸端錐面螺母鎖緊裝置包括帶有外錐面的鎖緊螺母、帶有內(nèi)錐面的殼體和末端帶有外螺紋的渦輪軸所述鎖緊螺母的外錐面和所述殼體的內(nèi)錐面配合，二者錐面角相同；所述鎖緊螺母與所述渦輪軸的外螺紋配合，為所述壓氣機(jī)葉輪-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供軸向預(yù)緊力。優(yōu)選地，所述渦輪軸在與壓氣機(jī)葉輪及與內(nèi)軸套的配合段分別設(shè)置定位導(dǎo)向段，定位導(dǎo)向段與對(duì)應(yīng)配合軸段為過渡配合。優(yōu)選地，所述鎖緊螺母帶有內(nèi)螺紋通孔，與渦輪軸端外螺紋配合；外型面為錐型面，端面帶有若干個(gè)旋緊エ藝盲孔。
優(yōu)選地，所述旋緊エ藝盲孔個(gè)數(shù)可以為3，4，5…n，其中η為自然數(shù)。優(yōu)選地，所述殼體為渦輪軸末端殼體，加工出內(nèi)錐面，與鎖緊螺母外錐面配合，ニ者錐面角相同。優(yōu)選地，所述背齒的齒頂面與齒根面的距離約為7. 5_。優(yōu)選地，所述端齒的齒頂面到齒根面的距離約為6. 5mm。優(yōu)選地，所述相互嚙合的背齒和端齒的齒形也可以為非直線梯形，嚙合時(shí)無(wú)相對(duì)位移，配對(duì)齒形面之間為面接觸，周向間隙值為零。 優(yōu)選地，所述壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)適用于2-0-0式轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的直線梯形齒形，在軸向上齒形輪廓為直線，非傳統(tǒng)的漸開線齒廓，因此加工成本低廉，常規(guī)銑削加工即可實(shí)現(xiàn)。齒形在徑向方向?yàn)榻孛鏉u大的梯形狀，結(jié)合鎖緊螺母提供的軸向預(yù)緊力，使得壓氣機(jī)葉輪和渦輪在背齒嚙合過程中產(chǎn)生自定心作用，保證ニ者的關(guān)鍵位置公差-同軸度，從而保證葉頂間隙的均勻性。齒形截面上窄下寬的形狀與軸向預(yù)緊カ配合，保證壓氣機(jī)葉輪和渦輪軸向間隙為零，避免軸向振動(dòng)的產(chǎn)生。鎖緊螺母和殼體間的錐面配合，一方面配合背齒嚙合產(chǎn)生自定心作用；另一方面錐面間由螺旋預(yù)緊產(chǎn)生的干摩擦力可產(chǎn)生螺紋自鎖效應(yīng)，防止鎖緊螺母工作中松動(dòng)。渦輪軸上設(shè)置的兩段定位導(dǎo)向段有兩方面作用一方面安裝時(shí)提供定位導(dǎo)向作用，同時(shí)輔助壓氣機(jī)葉輪與渦輪的自定心過程；另一方面，限制壓氣機(jī)與渦輪徑向振動(dòng)的幅值(指剛性位移)，間接提高了軸系的動(dòng)態(tài)徑向剛度。本發(fā)明的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)尤其適用于2-0-0式轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，壓氣機(jī)和渦輪為外伸懸臂端，工作中容易產(chǎn)生較大振動(dòng)幅值。鎖緊螺母與渦輪軸配合產(chǎn)生的軸向預(yù)緊拉カ可以直接提高背齒結(jié)合面的正壓カ，從而提高接觸面之間的庫(kù)侖摩擦力，進(jìn)而使軸系外懸臂端徑向剛度提高，既減小其徑向振動(dòng)幅值，又能避免壓氣機(jī)葉輪與渦輪產(chǎn)生異步徑向振動(dòng)。“2-0-0”式轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)的含義是左邊的短線符號(hào)表示壓氣機(jī)；右邊的短線符號(hào)表示渦輪；三個(gè)數(shù)字表示軸承的具體數(shù)目；數(shù)字“2”位于壓氣機(jī)左端，表示壓氣機(jī)左端有兩個(gè)軸承支承；第一個(gè)“O”位于壓氣機(jī)和渦輪之間，表示壓氣機(jī)和渦輪之間沒有軸承；第二個(gè)“O”位于渦輪右端，表示渦輪右端沒有軸承。相對(duì)于傳統(tǒng)的單級(jí)渦輪、單級(jí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的背齒傳動(dòng)方式使壓氣機(jī)、渦輪之間直接進(jìn)行動(dòng)力傳遞。區(qū)別于傳統(tǒng)依靠轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩的方式。避免了轉(zhuǎn)軸扭振對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響?？s短了發(fā)動(dòng)機(jī)軸向尺寸，省去了裝配過程中分別對(duì)壓氣機(jī)、渦輪施加預(yù)緊カ矩的エ序，僅需要對(duì)拉桿施加鎖緊カ矩即可。背齒齒形的自定心作用利于徑向定位，梯形齒形利于軸向預(yù)緊，保證工作穩(wěn)定性。拉桿鎖緊、梯形齒形配合，是壓氣機(jī)和渦輪之間沒有軸向位移。渦輪背齒沿軸向帶有錐度，配合背齒的圓周對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使得壓氣機(jī)、渦輪配合后不會(huì)產(chǎn)生徑向位移。渦輪背齒槽高度，沿徑向由低到高線性變換，使得與壓氣機(jī)配合時(shí)產(chǎn)生自適應(yīng)作用消除各種因素引起的周向間隙。保證工作中，動(dòng)カ傳遞的平順性、連續(xù)性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明提供的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工成本低、機(jī)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率聞的優(yōu)點(diǎn)；(2)本發(fā)明的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)針對(duì)性強(qiáng)、傳動(dòng)可靠、適合工程應(yīng)用。


圖I動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)橫剖示意圖；圖2動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)等軸測(cè)示圖；圖3壓氣機(jī)渦輪背齒嚙合細(xì)構(gòu)圖；圖4渦輪機(jī)構(gòu)圖；圖5壓氣機(jī)葉輪機(jī)構(gòu)圖；
圖6帶內(nèi)錐面殼體機(jī)構(gòu)圖；圖7鎖緊螺母機(jī)構(gòu)圖；圖8齒形示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種微型燃機(jī)中壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，所述的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)用于安裝在2 — O — O支撐上的轉(zhuǎn)子，如圖I、圖2所示。所述的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)包括壓氣機(jī)葉輪-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和渦輪軸端錐面螺母鎖緊裝置，壓氣機(jī)葉輪-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括相互嚙合的帶直線梯形背齒201的渦輪I和帶直線梯形端齒301的壓氣機(jī)葉輪3，如圖3至5所示。所述直線梯形的背齒201、端齒301，其形狀是這樣的，背齒201、端齒301的齒形投影到經(jīng)過轉(zhuǎn)子中心軸線的平面上的形狀均呈梯形(如圖3所示)，而在背齒201和端齒301的嚙合區(qū)，背齒201和端齒301相互嚙合的接觸面均呈平面，表現(xiàn)在圖3中，背齒201和端齒301相互嚙合的接觸面均呈直線形。從圖3中還可以看出，在嚙合區(qū)，背齒201的齒頂和端齒301的齒槽之間留有間隙，以及端齒301的齒頂和背齒201的齒槽之間也留有間隙，并未接觸。更加具體地，如圖4、8所示，渦輪I的背齒201的齒形在渦輪軸向?yàn)橹本€型齒廓，在渦輪徑向?yàn)樘菪涡螤?，齒廓截面從渦輪內(nèi)圈向外圈逐漸増大，齒形在徑向方向?yàn)榻孛鏉u大的梯形狀，齒形截面呈上窄下寬的形狀。如圖5所示，壓氣機(jī)葉輪3的端齒301的齒形和渦輪I的背齒201的齒形相同，但徑向長(zhǎng)度不同。如圖I、2、6、7所示，渦輪軸端錐面螺母鎖緊裝置包括帶有外錐面的鎖緊螺母6、帶有內(nèi)錐面的殼體5和末端帶有外螺紋102的渦輪軸。鎖緊螺母6的外錐面和殼體5的內(nèi)錐面配合，二者錐面角相同；鎖緊螺母6與渦輪軸的外螺紋102配合，為壓氣機(jī)葉輪-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供軸向預(yù)緊カ；渦輪軸在與壓氣機(jī)葉輪3及與內(nèi)軸套702的配合段分別設(shè)置定位導(dǎo)向段101，定位導(dǎo)向段101與對(duì)應(yīng)配合軸段為過渡配合。所述渦輪機(jī)構(gòu)如圖4所示，包括渦輪背齒區(qū)201，兩段定位導(dǎo)向段101，渦輪軸末端外螺紋段102。所述壓氣機(jī)葉輪如圖5所示，壓氣機(jī)葉輪端齒如301所示。所述螺母鎖緊裝置包括帶內(nèi)錐面殼體5和鎖緊螺母6和渦輪軸末端外螺紋段102。安裝吋，渦輪3與壓氣機(jī)葉輪通過背齒區(qū)2嚙合，并在渦輪軸末端外螺紋102處由鎖緊螺母6預(yù)緊固定。其中，鎖緊螺母6的外錐面601與殼體內(nèi)錐面501貼合，輔助嚙合區(qū)2產(chǎn)生自定心作用，保證渦輪3與壓氣機(jī)葉輪2滿足同軸度的位置公差要求。同時(shí)，錐面之間的庫(kù)侖摩擦カ可以防止鎖緊螺母6在工作過程中發(fā)生松動(dòng)。所述帶內(nèi)錐面殼體5，如圖6所示，內(nèi)孔為錐面501，錐面角與鎖緊螺母外錐面601 —祥。所述鎖緊螺母6機(jī)構(gòu)如圖7所示，其端面加工旋轉(zhuǎn)エ藝盲孔602，用以旋緊時(shí)配合旋緊工具產(chǎn)生扭矩。旋轉(zhuǎn)孔602的數(shù)目可根據(jù)需要自行設(shè)定，可為3，4,5……n，其中η為自然數(shù)。本實(shí)施例中設(shè)定數(shù)目為8。所述渦輪軸上的定位導(dǎo)向段101分別與壓氣機(jī)葉輪3的內(nèi)孔及內(nèi)軸套702的內(nèi)孔進(jìn)行過渡配合，一方面安裝時(shí)提供定位導(dǎo)向作用，同時(shí)輔助壓氣機(jī)葉輪與渦輪的自定心過程；另一方面限制壓氣機(jī)與渦輪徑向振動(dòng)的幅值(指剛性位移)，間接提高了軸系的動(dòng)態(tài)徑向剛度。所述嚙合區(qū)2的齒形202如圖8所示，齒形輪廓兩側(cè)為直線203，非傳統(tǒng)的漸開線齒廓，因此加工成本低廉，常規(guī)銑削加工即可實(shí)現(xiàn)。齒形在徑向方向?yàn)榻孛鏉u大的梯形狀204，結(jié)合鎖緊螺母6提供的軸向預(yù)緊力，使得壓氣機(jī)葉輪3和渦輪I在背齒嚙合過程中產(chǎn)生自定心作用，保證二者的關(guān)鍵位置公差-同軸度，從而保證葉頂間隙的均勻性。齒形截面 上窄205下寬206的形狀與軸向預(yù)緊カ配合，保證壓氣機(jī)葉輪和渦輪軸向間隙為零，避免軸向振動(dòng)的產(chǎn)生。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，包括壓氣機(jī)葉輪端齒-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和渦輪軸端錐面螺母鎖緊裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述壓氣機(jī)葉輪端齒-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括相互嚙合的帶直線梯形背齒的渦輪和帶直線梯形端齒的壓氣機(jī)葉輪所述背齒的齒形在渦輪軸向?yàn)橹本€型齒廓，在渦輪徑向?yàn)樘菪涡螤睿X廓截面從渦輪內(nèi)圈向外圈逐漸増大，齒形在徑向方向?yàn)榻孛鏉u大的梯形狀，齒形截面呈上窄下寬的形狀；所述端齒的齒形和所述背齒的齒形相同，但所述端齒的徑向長(zhǎng)度小于所述背齒的徑向長(zhǎng)度；在嚙合區(qū)，背齒的齒頂和端齒的齒槽之間留有間隙，端齒的齒頂和背齒的齒槽之間也留有間隙； 所述渦輪軸端錐面螺母鎖緊裝置包括帶有外錐面的鎖緊螺母、帶有內(nèi)錐面的殼體和末端帶有外螺紋的渦輪軸所述鎖緊螺母的外錐面和所述殼體的內(nèi)錐面配合；所述鎖緊螺母與所述渦輪軸的外螺紋配合，為所述壓氣機(jī)葉輪-渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供軸向預(yù)緊力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述渦輪軸在與壓氣機(jī)葉輪及與內(nèi)軸套的配合段分別設(shè)置定位導(dǎo)向段，定位導(dǎo)向段與對(duì)應(yīng)配合軸段為過渡配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述鎖緊螺母帶有內(nèi)螺紋通孔，與渦輪軸端外螺紋配合；外型面為錐型面，端面帶有若干個(gè)旋緊エ藝盲孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述旋緊エ藝盲孔個(gè)數(shù)可以為3,4,5…η,其中η為自然數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述殼體為渦輪軸末端殼體，加工出內(nèi)錐面，與鎖緊螺母外錐面配合，二者錐面角相同。
7.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述背齒的齒頂面與齒根面的距離約為7. 5mm。
8.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述端齒的齒頂面到齒根面的距離約為6. 5mm。
9.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述相互嚙合的背齒和端齒的齒形也可以為非直線梯形，嚙合時(shí)無(wú)相對(duì)位移，配對(duì)齒形面之間為面接觸，周向間隙值為零。
10.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于所述壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)カ傳遞機(jī)構(gòu)適用于2-0-0式轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于微型地面燃機(jī)的壓氣機(jī)與渦輪的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，所述動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)包括壓氣機(jī)葉輪、渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和渦輪軸端錐面螺母鎖緊裝置；所述壓氣機(jī)葉輪、渦輪背齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為帶直線梯形背齒的渦輪和直線梯形端齒的壓氣機(jī)葉輪互相嚙合；所述渦輪軸端錐面螺母鎖緊裝置為帶錐面的鎖緊螺母與殼體配合，軸向鎖緊嚙合齒圈。本發(fā)明的機(jī)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，加工成本低，傳動(dòng)可靠，能在實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)、渦輪動(dòng)力傳遞功能的前提下，有效縮短燃機(jī)軸向尺寸，提高機(jī)構(gòu)緊湊性。
文檔編號(hào)F02C7/00GK102691576SQ201210196589
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者郭寶亭, 陳巍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所