火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪泵轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置的制造方法
【專利摘要】一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪泵轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，包括兩部分，一部分為圓盤結(jié)構(gòu)，另一部分為圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)位于圓盤結(jié)構(gòu)一側(cè)側(cè)面中部，圓盤結(jié)構(gòu)與圓柱結(jié)構(gòu)同軸并組成一體結(jié)構(gòu)；圓盤結(jié)構(gòu)上沿周向分布有配重安裝孔(2)，圓盤結(jié)構(gòu)上配重安裝孔(2)內(nèi)側(cè)沿周向分布有扭轉(zhuǎn)安裝孔(4)，柔性驅(qū)動軸(9)通過扭轉(zhuǎn)安裝孔(4)與圓盤結(jié)構(gòu)連接，圓柱結(jié)構(gòu)安裝在盤軸一體轉(zhuǎn)子(7)中部的渦輪泵軸內(nèi)孔(8)內(nèi)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的盤軸一體型渦輪泵轉(zhuǎn)子，拆裝方便，平衡精度高，同時具備單面配重功能并在多次升、降速條件下工作可靠。
【專利說明】
火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪泵轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體式渦輪栗轉(zhuǎn)子的高速動平衡內(nèi)螺紋驅(qū)動聯(lián)接結(jié)構(gòu)，特別是液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)，美國、歐洲、俄羅斯等國家和地區(qū)為適應(yīng)世界新軍事和政治變革，競相爭奪太空開發(fā)的戰(zhàn)略要地，重新調(diào)整航天發(fā)展戰(zhàn)略或發(fā)展規(guī)劃，載人航天和深空探測活動重新受到重視，運載火箭更新?lián)Q代加快引領(lǐng)液體推進(jìn)技術(shù)不斷向前發(fā)展。
[0003]氫氧發(fā)動機(jī)渦輪栗是輸送液氫液氧推進(jìn)劑的關(guān)鍵組件，其運行狀態(tài)的好壞將直接影響發(fā)動機(jī)的性能和可靠性，目前國內(nèi)外氫氧發(fā)動機(jī)渦輪栗的工作轉(zhuǎn)速普遍較高，一般在20000r/min以上，常采用工作在一、二階甚至二、三階臨界轉(zhuǎn)速之間的柔性轉(zhuǎn)子設(shè)計。高轉(zhuǎn)速給渦輪栗轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)工作帶來了挑戰(zhàn)，必須采用高速動平衡工藝對其進(jìn)行平衡，以使轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振幅處于設(shè)計允許范圍內(nèi)。為了保證平衡質(zhì)量，高速動平衡的驅(qū)動聯(lián)接裝置必須與渦輪栗轉(zhuǎn)子有較好的同軸度，同時能夠有效傳遞驅(qū)動扭矩。目前氫氧火箭發(fā)動機(jī)渦輪栗的高速動平衡驅(qū)動裝置主要采用定位塊與轉(zhuǎn)接外螺母結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式存在的問題有:I)采用2Crl3材料，自身重量偏大，對轉(zhuǎn)子的平衡精度造成消極影響;2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位環(huán)節(jié)多，定位精度不高；3)定位塊與軸采用過盈配合的定位方式保證同心度，降低了高速動平衡轉(zhuǎn)子裝配和拆卸等工作的效率;4)采用外螺紋驅(qū)動的結(jié)構(gòu)形式在盤軸一體式的渦輪栗轉(zhuǎn)子上無法應(yīng)用；5)大部分廣泛應(yīng)用的驅(qū)動裝置功能單一，在一些不具備配重條件的渦輪栗轉(zhuǎn)子上無法應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，與現(xiàn)有氫氧發(fā)動機(jī)渦輪栗高速動平衡驅(qū)動連接裝置相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的盤軸一體型渦輪栗轉(zhuǎn)子，拆裝方便，平衡精度高，同時具備單面配重功能并在多次升、降速條件下工作可靠。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，包括兩部分，一部分為圓盤結(jié)構(gòu)，另一部分為圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)位于圓盤結(jié)構(gòu)一側(cè)側(cè)面中部，圓盤結(jié)構(gòu)與圓柱結(jié)構(gòu)同軸并組成一體結(jié)構(gòu)；圓盤結(jié)構(gòu)上沿周向分布有配重安裝孔，圓盤結(jié)構(gòu)上配重安裝孔內(nèi)側(cè)沿周向分布有扭轉(zhuǎn)安裝孔，柔性驅(qū)動軸通過扭轉(zhuǎn)安裝孔與圓盤結(jié)構(gòu)連接，圓柱結(jié)構(gòu)安裝在盤軸一體轉(zhuǎn)子中部的渦輪栗軸內(nèi)孔內(nèi)。
[0006]所述圓盤結(jié)構(gòu)側(cè)面中部有圓形的凸起結(jié)構(gòu)，凸起結(jié)構(gòu)卡入柔性驅(qū)動軸端部的凹槽內(nèi)。
[0007]所述配重螺紋孔為等夾角分布，各配重螺紋孔之間夾角為22.5°。
[0008]所述扭轉(zhuǎn)安裝孔有四個且等夾角分布。
[0009]所述圓柱結(jié)構(gòu)通過扭轉(zhuǎn)內(nèi)螺紋與渦輪栗軸內(nèi)孔配合。
[0010]所述平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置的材料為鈦合金。
[0011 ]所述圓柱結(jié)構(gòu)的圓柱面與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的同軸度為0.0 Imm。
[0012 ]所述圓盤結(jié)構(gòu)的兩側(cè)面與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的垂直度均為0.0 Imm。
[0013]所述圓盤結(jié)構(gòu)上凸起結(jié)構(gòu)的圓周面與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的垂直度為0.01mm。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0015](I)本發(fā)明的動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置為單體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，與傳統(tǒng)的定位塊和外螺紋轉(zhuǎn)接螺母的方式相比，不涉及過盈定位，零件數(shù)量進(jìn)一步減少，拆裝更方便，能夠有效減少對發(fā)動機(jī)渦輪栗產(chǎn)品表面狀態(tài)的損傷，提高了液體火箭發(fā)動機(jī)渦輪栗高速動平衡的效率，并具有可重復(fù)使用的優(yōu)勢。
[0016](2)本發(fā)明的動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置定位精度高，單體結(jié)構(gòu)其驅(qū)動端定位面和轉(zhuǎn)子端定位面基準(zhǔn)一致，兩端定位面在機(jī)加工時可一次加工成型，能夠達(dá)到同軸度和垂直度
0.0lmm的高精度要求，相比之下傳統(tǒng)驅(qū)動聯(lián)接結(jié)構(gòu)定位環(huán)節(jié)過多，且多零件上含有定位面，機(jī)加工無法滿足高定位精度的要求，影響高速動平衡效果。
[0017](3)本發(fā)明的動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置可直接在裝置上進(jìn)行高精度配重；該裝置與渦輪盤緊貼，到盤面的軸向距離僅有10mm，自身包含22.5°間隔的均布配重螺紋孔，可通過在配重孔上擰配重螺釘?shù)姆绞綄u輪盤進(jìn)行配重，然后根據(jù)與渦輪盤的半徑換算可方便地計算對渦輪盤的去重量，解決了開式渦輪盤無法試配重的問題，采取小角度間隔的配重孔布置，提升了試配重精度。
[0018](4)本發(fā)明的動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置采用內(nèi)螺紋驅(qū)動的方式，避免了渦輪栗轉(zhuǎn)子末端結(jié)構(gòu)突出，對渦輪栗的軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計適應(yīng)性強(qiáng)，相比于傳統(tǒng)驅(qū)動聯(lián)接裝置，特別適用于盤軸一體式的渦輪栗轉(zhuǎn)子;該裝置采用鈦合金材料，進(jìn)一步降低了聯(lián)接裝置的重量，提高了液體火箭發(fā)動機(jī)渦輪栗轉(zhuǎn)子的高速動平衡精度。
[0019](5)本發(fā)明的動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置適用于高轉(zhuǎn)速(n = 60000r/min)渦輪栗特別是盤軸一體式渦輪栗轉(zhuǎn)子的高速動平衡，扭矩傳遞好，可滿足多次升降速、拆裝的要求，最高平衡工作轉(zhuǎn)速可達(dá)60000r/min，
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的盤軸一體渦輪栗高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置應(yīng)用裝配圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的驅(qū)動聯(lián)接裝置配重孔布局圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，包括兩部分，一部分為圓盤結(jié)構(gòu)，另一部分為圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)位于圓盤結(jié)構(gòu)一側(cè)側(cè)面中部，圓盤結(jié)構(gòu)與圓柱結(jié)構(gòu)同軸并組成一體結(jié)構(gòu)；圓盤結(jié)構(gòu)上沿周向分布有配重安裝孔2，圓盤結(jié)構(gòu)另一側(cè)側(cè)面中部有圓形的凸起結(jié)構(gòu)，圓盤結(jié)構(gòu)上配重安裝孔2和凸起結(jié)構(gòu)之間沿周向分布有扭轉(zhuǎn)安裝孔4，柔性驅(qū)動軸9通過扭轉(zhuǎn)安裝孔4與圓盤結(jié)構(gòu)連接，凸起結(jié)構(gòu)卡入柔性驅(qū)動軸9端部的凹槽內(nèi)；圓柱結(jié)構(gòu)安裝在盤軸一體轉(zhuǎn)子7中部的渦輪栗軸內(nèi)孔8內(nèi)。配重安裝孔2和扭轉(zhuǎn)安裝孔4為螺紋孔。
[0023]從功能上，本發(fā)明由轉(zhuǎn)接母體1、配重螺紋孔2、扭轉(zhuǎn)內(nèi)螺紋6、傳扭法蘭、驅(qū)動端定位面3和轉(zhuǎn)子端定位面5六個功能部分組成，如圖1所示。該驅(qū)動聯(lián)接裝置為單體結(jié)構(gòu)，圓盤結(jié)構(gòu)和圓柱結(jié)構(gòu)定義為轉(zhuǎn)接母體I，圓柱結(jié)構(gòu)與渦輪栗軸內(nèi)孔8采用扭轉(zhuǎn)內(nèi)螺紋6連接實現(xiàn)驅(qū)動傳扭，安裝力矩為150N.m。本發(fā)明的圓柱結(jié)構(gòu)的圓柱面上一端分布有扭轉(zhuǎn)內(nèi)螺紋6，扭轉(zhuǎn)內(nèi)螺紋6根部的圓柱面和圓盤結(jié)構(gòu)的側(cè)面定義為轉(zhuǎn)子端定位面5，與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的同軸度和垂直度分別為0.0lmm;盤軸一體轉(zhuǎn)子7的渦輪盤螺紋內(nèi)孔8基圓與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的同軸度0.0 Imm ；圓盤結(jié)構(gòu)定義為傳扭法蘭，圓盤結(jié)構(gòu)上凸起結(jié)構(gòu)圓周面和根部的圓盤結(jié)構(gòu)側(cè)面定義為驅(qū)動端定位面3，與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的同軸度和垂直度分別為0.01mm。為保證定位精度該裝置的驅(qū)動端定位面3和轉(zhuǎn)子端定位面5在機(jī)加工車床上一次加工成型。
[0024]應(yīng)用此裝置進(jìn)行高速動平衡最高工作轉(zhuǎn)速60000r/min，通過4顆螺釘和扭轉(zhuǎn)安裝孔10將傳扭法蘭與柔性驅(qū)動軸9連接，并通過扭轉(zhuǎn)內(nèi)螺紋6與盤軸一體轉(zhuǎn)子7的渦輪栗軸內(nèi)孔8直接連接實現(xiàn)扭矩傳遞功能，高精度的定位結(jié)構(gòu)保證高速動平衡的對中精度。此裝置上的16個配重安裝孔2與配重螺釘配合使用，通過22.5°的小角度分割實現(xiàn)高速動平衡時對轉(zhuǎn)子渦輪端的高精度試配重功能，如圖2所示。此裝置使用鈦合金材料加工，減輕裝置重量，可進(jìn)一步提高高速動平衡精度。
[0025]本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，包括兩部分，一部分為圓盤結(jié)構(gòu)，另一部分為圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)位于圓盤結(jié)構(gòu)一側(cè)側(cè)面中部，圓盤結(jié)構(gòu)與圓柱結(jié)構(gòu)同軸并組成一體結(jié)構(gòu)；圓盤結(jié)構(gòu)上沿周向分布有配重安裝孔(2)，圓盤結(jié)構(gòu)上配重安裝孔(2)內(nèi)側(cè)沿周向分布有扭轉(zhuǎn)安裝孔(4)，柔性驅(qū)動軸(9)通過扭轉(zhuǎn)安裝孔(4)與圓盤結(jié)構(gòu)連接，圓柱結(jié)構(gòu)安裝在盤軸一體轉(zhuǎn)子(7)中部的渦輪栗軸內(nèi)孔(8)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，所述圓盤結(jié)構(gòu)側(cè)面中部有圓形的凸起結(jié)構(gòu)，凸起結(jié)構(gòu)卡入柔性驅(qū)動軸(9)端部的凹槽內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，所述配重螺紋孔(2)為等夾角分布，各配重螺紋孔(2)之間夾角為22.5。。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)安裝孔(4)有四個且等夾角分布。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，所述圓柱結(jié)構(gòu)通過扭轉(zhuǎn)內(nèi)螺紋(6)與渦輪栗軸內(nèi)孔(8)配合。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，所述平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置的材料為鈦合金。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，所述圓柱結(jié)構(gòu)的圓柱面與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的同軸度為0.01mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，所述圓盤結(jié)構(gòu)的兩側(cè)面與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的垂直度均為0.01mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種火箭發(fā)動機(jī)盤軸一體渦輪栗轉(zhuǎn)子高速動平衡驅(qū)動聯(lián)接裝置，其特征在于，所述圓盤結(jié)構(gòu)上凸起結(jié)構(gòu)的圓周面與圓盤結(jié)構(gòu)軸線的垂直度為O-Olmm0
【文檔編號】G01M1/32GK106052959SQ201610587113
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月22日 公開號201610587113.5, CN 106052959 A, CN 106052959A, CN 201610587113, CN-A-106052959, CN106052959 A, CN106052959A, CN201610587113, CN201610587113.5
【發(fā)明人】劉洋, 竇唯, 閆宇龍, 姜緒強(qiáng), 褚寶鑫, 須村, 周永華, 吳霖, 劉洪杰
【申請人】北京航天動力研究所