火箭發動機盤軸一體渦輪泵轉子高速動平衡驅動聯接裝置的制造方法
【專利摘要】一種火箭發動機盤軸一體渦輪泵轉子高速動平衡驅動聯接裝置，包括兩部分，一部分為圓盤結構，另一部分為圓柱結構，圓柱結構位于圓盤結構一側側面中部，圓盤結構與圓柱結構同軸并組成一體結構；圓盤結構上沿周向分布有配重安裝孔(2)，圓盤結構上配重安裝孔(2)內側沿周向分布有扭轉安裝孔(4)，柔性驅動軸(9)通過扭轉安裝孔(4)與圓盤結構連接，圓柱結構安裝在盤軸一體轉子(7)中部的渦輪泵軸內孔(8)內。本發明結構簡單，容易加工，能適應高轉速的盤軸一體型渦輪泵轉子，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】
火箭發動機盤軸一體渦輪泵轉子高速動平衡驅動聯接裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于火箭發動機盤軸一體式渦輪栗轉子的高速動平衡內螺紋驅動聯接結構，特別是液氫液氧火箭發動機。
【背景技術】
[0002]進入21世紀，美國、歐洲、俄羅斯等國家和地區為適應世界新軍事和政治變革，競相爭奪太空開發的戰略要地，重新調整航天發展戰略或發展規劃，載人航天和深空探測活動重新受到重視，運載火箭更新換代加快引領液體推進技術不斷向前發展。
[0003]氫氧發動機渦輪栗是輸送液氫液氧推進劑的關鍵組件，其運行狀態的好壞將直接影響發動機的性能和可靠性，目前國內外氫氧發動機渦輪栗的工作轉速普遍較高，一般在20000r/min以上，常采用工作在一、二階甚至二、三階臨界轉速之間的柔性轉子設計。高轉速給渦輪栗轉子的平穩工作帶來了挑戰，必須采用高速動平衡工藝對其進行平衡，以使轉子在工作轉速下運轉平穩，振幅處于設計允許范圍內。為了保證平衡質量，高速動平衡的驅動聯接裝置必須與渦輪栗轉子有較好的同軸度，同時能夠有效傳遞驅動扭矩。目前氫氧火箭發動機渦輪栗的高速動平衡驅動裝置主要采用定位塊與轉接外螺母結構，這種結構形式存在的問題有:I)采用2Crl3材料，自身重量偏大，對轉子的平衡精度造成消極影響;2)結構復雜，定位環節多，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子裝配和拆卸等工作的效率;4)采用外螺紋驅動的結構形式在盤軸一體式的渦輪栗轉子上無法應用；5)大部分廣泛應用的驅動裝置功能單一，在一些不具備配重條件的渦輪栗轉子上無法應用。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，本發明提供了一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，與現有氫氧發動機渦輪栗高速動平衡驅動連接裝置相比，本發明結構簡單，容易加工，能適應高轉速的盤軸一體型渦輪栗轉子，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]本發明所采用的技術方案是:一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，包括兩部分，一部分為圓盤結構，另一部分為圓柱結構，圓柱結構位于圓盤結構一側側面中部，圓盤結構與圓柱結構同軸并組成一體結構；圓盤結構上沿周向分布有配重安裝孔，圓盤結構上配重安裝孔內側沿周向分布有扭轉安裝孔，柔性驅動軸通過扭轉安裝孔與圓盤結構連接，圓柱結構安裝在盤軸一體轉子中部的渦輪栗軸內孔內。
[0006]所述圓盤結構側面中部有圓形的凸起結構，凸起結構卡入柔性驅動軸端部的凹槽內。
[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]所述扭轉安裝孔有四個且等夾角分布。
[0009]所述圓柱結構通過扭轉內螺紋與渦輪栗軸內孔配合。
[0010]所述平衡驅動聯接裝置的材料為鈦合金。
[0011 ]所述圓柱結構的圓柱面與圓盤結構軸線的同軸度為0.0 Imm。
[0012 ]所述圓盤結構的兩側面與圓盤結構軸線的垂直度均為0.0 Imm。
[0013]所述圓盤結構上凸起結構的圓周面與圓盤結構軸線的垂直度為0.01mm。
[0014]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0015](I)本發明的動平衡驅動聯接裝置為單體結構，結構簡單，與傳統的定位塊和外螺紋轉接螺母的方式相比，不涉及過盈定位，零件數量進一步減少，拆裝更方便，能夠有效減少對發動機渦輪栗產品表面狀態的損傷，提高了液體火箭發動機渦輪栗高速動平衡的效率，并具有可重復使用的優勢。
[0016](2)本發明的動平衡驅動聯接裝置定位精度高，單體結構其驅動端定位面和轉子端定位面基準一致，兩端定位面在機加工時可一次加工成型，能夠達到同軸度和垂直度
0.0lmm的高精度要求，相比之下傳統驅動聯接結構定位環節過多，且多零件上含有定位面，機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)本發明的動平衡驅動聯接裝置可直接在裝置上進行高精度配重；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的方式對渦輪盤進行配重，然后根據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)本發明的動平衡驅動聯接裝置采用內螺紋驅動的方式，避免了渦輪栗轉子末端結構突出，對渦輪栗的軸系結構設計適應性強，相比于傳統驅動聯接裝置，特別適用于盤軸一體式的渦輪栗轉子;該裝置采用鈦合金材料，進一步降低了聯接裝置的重量，提高了液體火箭發動機渦輪栗轉子的高速動平衡精度。
[0019](5)本發明的動平衡驅動聯接裝置適用于高轉速(n = 60000r/min)渦輪栗特別是盤軸一體式渦輪栗轉子的高速動平衡，扭矩傳遞好，可滿足多次升降速、拆裝的要求，最高平衡工作轉速可達60000r/min，
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的盤軸一體渦輪栗高速動平衡驅動聯接裝置應用裝配圖；
[0021]圖2為本發明的驅動聯接裝置配重孔布局圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，包括兩部分，一部分為圓盤結構，另一部分為圓柱結構，圓柱結構位于圓盤結構一側側面中部，圓盤結構與圓柱結構同軸并組成一體結構；圓盤結構上沿周向分布有配重安裝孔2，圓盤結構另一側側面中部有圓形的凸起結構，圓盤結構上配重安裝孔2和凸起結構之間沿周向分布有扭轉安裝孔4，柔性驅動軸9通過扭轉安裝孔4與圓盤結構連接，凸起結構卡入柔性驅動軸9端部的凹槽內；圓柱結構安裝在盤軸一體轉子7中部的渦輪栗軸內孔8內。配重安裝孔2和扭轉安裝孔4為螺紋孔。
[0023]從功能上，本發明由轉接母體1、配重螺紋孔2、扭轉內螺紋6、傳扭法蘭、驅動端定位面3和轉子端定位面5六個功能部分組成，如圖1所示。該驅動聯接裝置為單體結構，圓盤結構和圓柱結構定義為轉接母體I，圓柱結構與渦輪栗軸內孔8采用扭轉內螺紋6連接實現驅動傳扭，安裝力矩為150N.m。本發明的圓柱結構的圓柱面上一端分布有扭轉內螺紋6，扭轉內螺紋6根部的圓柱面和圓盤結構的側面定義為轉子端定位面5，與圓盤結構軸線的同軸度和垂直度分別為0.0lmm;盤軸一體轉子7的渦輪盤螺紋內孔8基圓與圓盤結構軸線的同軸度0.0 Imm ；圓盤結構定義為傳扭法蘭，圓盤結構上凸起結構圓周面和根部的圓盤結構側面定義為驅動端定位面3，與圓盤結構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動端定位面3和轉子端定位面5在機加工車床上一次加工成型。
[0024]應用此裝置進行高速動平衡最高工作轉速60000r/min，通過4顆螺釘和扭轉安裝孔10將傳扭法蘭與柔性驅動軸9連接，并通過扭轉內螺紋6與盤軸一體轉子7的渦輪栗軸內孔8直接連接實現扭矩傳遞功能，高精度的定位結構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°的小角度分割實現高速動平衡時對轉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，可進一步提高高速動平衡精度。
[0025]本發明未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知技術。
【主權項】
1.一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，其特征在于，包括兩部分，一部分為圓盤結構，另一部分為圓柱結構，圓柱結構位于圓盤結構一側側面中部，圓盤結構與圓柱結構同軸并組成一體結構；圓盤結構上沿周向分布有配重安裝孔(2)，圓盤結構上配重安裝孔(2)內側沿周向分布有扭轉安裝孔(4)，柔性驅動軸(9)通過扭轉安裝孔(4)與圓盤結構連接，圓柱結構安裝在盤軸一體轉子(7)中部的渦輪栗軸內孔(8)內。2.根據權利要求1所述的一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，其特征在于，所述圓盤結構側面中部有圓形的凸起結構，凸起結構卡入柔性驅動軸(9)端部的凹槽內。3.根據權利要求1或2所述的一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，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.根據權利要求3所述的一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，其特征在于，所述扭轉安裝孔(4)有四個且等夾角分布。5.根據權利要求1或2所述的一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，其特征在于，所述圓柱結構通過扭轉內螺紋(6)與渦輪栗軸內孔(8)配合。6.根據權利要求1或2所述的一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，其特征在于，所述平衡驅動聯接裝置的材料為鈦合金。7.根據權利要求1或2所述的一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，其特征在于，所述圓柱結構的圓柱面與圓盤結構軸線的同軸度為0.01mm。8.根據權利要求1或2所述的一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，其特征在于，所述圓盤結構的兩側面與圓盤結構軸線的垂直度均為0.01mm。9.根據權利要求1或2所述的一種火箭發動機盤軸一體渦輪栗轉子高速動平衡驅動聯接裝置，其特征在于，所述圓盤結構上凸起結構的圓周面與圓盤結構軸線的垂直度為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
【發明人】劉洋, 竇唯, 閆宇龍, 姜緒強, 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